干冰|【物理实验】人造雪花实验
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高速摄影拍下的雪花形成过程
雪花都是六个瓣 , 对于不同的雪花 , 瓣的形状是不同的 。
为什么是六个瓣?这是由于水的晶体结构所决定的 。
为什么形状不同?这是由于结晶核和外部条件差异造成的 。 雪是水或冰在空中凝结再落下的自然现象 , 或指落下的雪花 。 雪是水在固态的一种形式 。
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下面是一种制作雪花的科学小实验 , 请同学们注意观察制作过程的每一个环节以及用到的道具 , 并思考:制作过程中用到了哪些物理知识?实验道具的作用是什么?
视频来源:CCTV
实验中涉及的物态变化:干冰升华吸热、水蒸气在低温下凝华成固态的小冰晶 。
为什么几样简单的道具就可以制作出美丽的雪花呢?
这还得从雪花的形成条件说起 , 雪花的形成要满足三个要素:第一要有结晶核;第二要有低温环境;第三要有湿度 , 即足够的水蒸气 。
下面 , 我们围绕制作雪花的过程 , 来详细了解制作雪花的三个要素 。
第一步:向玻璃瓶中哈气 , 是为了增加瓶中的湿度 , 使瓶中有足够的水蒸气(水汽饱和) , 这是为了满足形成雪花的第一个要素 。 空气在某一个温度下所能包含的最大水蒸气量 , 叫做饱和水汽量 。 空气达到饱和时的温度 , 叫做露点 。 饱和的空气冷却到露点以下的温度时 , 空气里就有多余的水蒸气变成水滴或冰晶 。
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第二步:把两根鱼线绑在一块橡皮上 , 通过橡皮把两根鱼线悬于瓶中 , 这是为了满足形成雪花的第二个要素 , 两根鱼线就是制作出雪花所需的凝结核 。 没有凝结核的话 , 地球上就很难能见到雨雪 。 凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒 。 最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒 。 比如说海盐、硫酸、氮和其它一些化学物质的微粒 。
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第三步:在瓶的四周放置干冰 , 这是为了满足形成雪花的第三个要素:降低气温 。 那么干冰又是如何降低气温的呢?原来 , 干冰是固态的二氧化碳 , 干冰很容易升华 , 干冰升华时要吸热 , 从而使周围空气的温度降低 。
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看 , 这就是制作出来的美丽雪花 。
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