冰的～親子科學課（２）：＃熱水跟冷水誰會先結冰？這還用問嗎？！

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冰的～親子科學課（２）


＃熱水跟冷水誰會先結冰？

這還用問嗎？！


停課延長到暑假，雙親壓力山大，如何安排親子活動？不妨從最適合夏天的「冰」開始！上一篇為冰淇淋製作，但如果孩子把熱牛奶直接放進冷凍，告訴你：「熱牛奶結冰了！」你的反應會是甚麼？......

一定超級傻眼，非洲學生彭巴卻正是因為在學校做冰淇淋，意外發現熱牛奶竟然比冰牛奶先凍結，四處提問，和老師聯手發表論文，被科學界注意，「英國皇家化學學會」甚至舉辦比賽，邀大家解釋彭巴效應，收到兩萬件作品，最有創意的人獲得一千英鎊。

冰編也實際做了實驗（若只是一小杯熱水或溫水，並不會對冰箱造成傷害，這點不用太擔心喔），三十分鐘後打開冷凍庫，是冷水先結冰，冰編的學生冰了一小時，結果熱水結凍的部分比冷水多，難道熱水後來居上？。
實驗作法簡單，但跟小孩聊的內容可以很豐富：

✦練「＃假設」：猜猜看誰會先結冰。

✦練「＃變項」：討論如果我們想求證，針對材料與環境要做哪些控制？比方：兩杯水的容器要一樣嗎？水質要一樣嗎？水量要一樣嗎？──發現只有溫度是不一樣的（那熱水要幾度、冷水要幾度），探究實驗的基礎「變項」，培養思考的邏輯。

✦練「＃推論」：除了彭巴，其實兩千多年前的亞里斯多德也對此有過描述，那到底為什麼熱水先結冰？科學界對彭巴效應尚無共識，但反而因此，更能鼓勵發想，跳脫對錯，與經驗連結，例如小孩猜熱水離出風口近、位置左右了結冰的速度。

✦練「＃求證」：如果還有興致，可以聚焦於你們的推論，再做一次實驗，比較不同之處，例如如果認為關鍵在出風口，就改變冷凍的位置，看看結果如何。

✦練「＃同理」：跟小孩一起研究其他人的想法，感受多元並陳的樂趣。
----＃那其他人的想法是甚麼呢？




簡單講幾個英國皇家化學學會徵件中的回覆：

❶＃蒸發：溫度高的水，蒸發速度快，所以失去更多的液態水，水量變少，提前結凍。

冰編分享這個意見時，小孩認為蒸發的量不大，應該不足以驅動結凍的速度，的確，也有科學家如此聲稱，或直接使用加蓋的水杯，降低蒸發的影響。


❷＃環境：溫暖的水可能溶掉了杯底附著在冷凍室壁的白霜，形塑更厚的冰橋，增強吸熱效果。

這裡，冰編畫了三張圖，第一張為冷凍庫裡靜置並列著熱水跟冷水，第二張的熱水水杯下出現一攤水，第三張時，熱水水杯下融化的水，重新凝固成厚厚的冰；同時，冷水水杯始終沒有變化。

邀小孩猜圖片在說甚麼，讓孩子有參與感，藉圖也更能意會。




----接下來的觀點，＃中年級以上的孩子較能理解。

❸＃對流：用熱氣球和天燈舉例，問孩子它們為什麼會飛？說明熱空氣上升、冷空氣下降，由此呼應到水也有的對流現象，所以，水中形成很像蛙式手部姿勢的循環，裡面熱，表面冷。
再請小孩回憶或推測，水從表面還是從裡面開始結冰？小孩普遍回答表面。表面先結冰也就證明了表面和裡面的溫差。
因為水有對流，而熱水的對流比冷水快，所以熱水先結冰。

冰編分享這個意見時，小孩認為蒸發的量不大，應該不足以驅動結凍的速度，的確，也有科學家如此聲稱，或直接使用加蓋的水杯，降低蒸發的影響。


❹＃過冷水：上次做冰淇淋，以鹽加冰塊作為冷劑，鹽吸熱「融化」冰塊，但冰鹽水卻驟降至零度以下，這種零度以下還不結冰的水，稱為「過冷水」。 除了鹽加冰外，「點水成冰」的科學魔術，也是利用過冷水的原理。 許多人相信，熱水循對流，表面結冰，冷水卻變成「過冷水」，反而不結冰，綜合兩者，出現「彭巴效應」。


----接下來更難了，有機會和孩子談到「＃原子和分子」。
❺＃氫鏈：水由水分子組成，化學式 H2O，即水分子為兩個氫原子跟一個氧原子，常溫時，水分子自由活動，但隨溫度降低，越來越冷──我跟孩子的形容是，原本到處亂跑的水分子好冷好冷，想跟其他水分子靠近，於是靠氫鏈，緊緊牽在一起──

這就是水結冰為什麼變固體，以及冰的體積為什麼比水大的理由。

而熱水的水分子比冷水「活耀」，「牽手」比冷水快，所以先結成冰。




----好了太多啦，先講到這裡！

看似理所當然的簡單問題，半世紀以來卻導引出如此繽紛的想像，一直是冰編好喜歡彭巴效應的原因。

這個月，孩子跟爸媽都辛苦了，朝夕相處容易生氣氣，既然知道了「過冷水」，下周我們就按照過冷水特性，用同樣容易生氣氣的「可樂」，「＃一秒結冰」做冰沙吧！




❰❰冰的親子科學課初衷❱❱

冰不只是冰，一碗冰裡包涵著許多科學原理，甚至是至今未解的謎。防疫期間，冰編想介紹六個、大人小孩可以結伴玩耍的科學實驗，也分享我跟小孩遊戲後的互動方向。

不管科學解釋為何，當我們欣賞孩子的推測，鼓勵他繼續探索：「有可能耶，我們有甚麼方法能證明這個假設嗎？」那麼天馬行空或出乎意料，其實就是對大人的啟發：

「好酷喔，我從來沒有這樣想過耶。」冰不只是冰，讓家，變成共學或同樂的基地。



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⬇️第（１）集：冰淇淋拋接遊戲＆吸熱反應⬇️

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