氣體膨脹
用肉眼就看得出氣體在膨脹
目的
演示氣體的熱膨脹(thermal expansion)幅度。
實驗
在瓶蓋的平滑處沾水倒放在寶特瓶的瓶口。雙手搓熱輕輕地將寶特瓶握實，幾秒鐘後，將會看到瓶蓋在瓶口一直跳動。
×實驗演示
原理思考
空氣是否容易熱膨脹？
×原理探究
如果空氣可以視為理想氣體，則可以套用理想氣體方程式。在這個系統的討論下，可視體積為定值。系統一但被加熱，壓力會等比例增加（溫度的單位必須為絕對溫度），若壓力若比瓶蓋的重力大，就可突破而出。相對於液體，液體被加熱時，其膨脹幅度遠不如氣體，這是因為分子間的吸引力較大之故。但被加熱時體積仍會變大，在實驗上，我們可以觀察它的膨脹幅度而決定它的熱膨脹係數。
雙手的溫度約30°C，以這樣的溫度和室溫的差距，是造成寶特瓶裡空氣膨脹的主因。
討論
- 瓶蓋有沾水和沒沾水是否會影響演示效果？
- 夏天做這個實驗，效果會比冬天好或差？
- 小瓶子(750ml)和大瓶子(2000ml)的效果有差別嗎？
×討論探究
- 沾水的目的是為了讓瓶蓋與瓶口更密合。我們會看到瓶蓋會被氣體擠壓而有暫時性打開的情況，再度密合時，若密合不緊，則空氣會從漏縫逸散，就觀察不到瓶蓋被擠壓打開了。
- 這個實驗是手溫與室溫相差愈大，瓶蓋彈跳的情形會愈明顯。根據熱力學第零定律，溫度一樣的物體是不會彼此傳熱的。室溫與手溫相差愈小，手的熱就愈難傳給寶特瓶。也就是說，冬天時，室溫與手溫相差較大，較易觀察到瓶蓋的跳動。
- 小瓶子的空氣比大瓶子少，手溫如果一樣，則給熱的能力應也相同，在這樣的條件下，小瓶子的空氣溫度容易上升，壓力上升的速度也會比大瓶子快，讓瓶蓋彈跳的效果應該較明顯。
關於實驗
- 由於空氣為無色不可見，在內部點煙，可以更明顯看出空氣在往外竄出的模樣。
參考資料
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fundamentals of Physics", 5th ed., John Wiley & Sons, 1997, USA, Chapter 19
製作
王中川
指導老師
朱慶琪、張宇靖
撰稿
王中川
