瑞鑫行 2021年6月15日 星期二
冰的~親子科學課(2):#熱水跟冷水誰會先結冰?這還用問嗎?!
Swan ice shaver 極致鵝絨日式刨冰 · 鵝絨雪花冰
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。
#安靜白鵝.輕鬆成為高質感外帶/外送冰品名店🦢
https://tinyurl.com/white-swan-2020
⬇️第(1)集:冰淇淋拋接遊戲&吸熱反應⬇️
----
訂閱:
張貼留言 (Atom)
沒有留言:
張貼留言