W pewnym momencie swojej szkoły podstawowej prawdopodobnie słyszałeś o podstawowej zasadzie, że gorące powietrze unosi się w górę. Łatwo to zapamiętać, ale może nie być powodem. Gorące powietrze unosi się w wyniku rozszerzalności cieplnej, której zasady można przetestować za pomocą szeregu prostych eksperymentów. Eksperymenty z rozszerzalnością cieplną są odpowiednie dla dzieci, chociaż eksperymenty z użyciem ognia lub innych źródeł ciepła powinny być przeprowadzane wyłącznie pod nadzorem rodzica, nauczyciela lub innej zaufanej osoby dorosłej.
Taniec Cząsteczek
Temperatura powstaje poprzez „taniec” atomów i cząsteczek. Kiedy są wystawione na energię dostarczaną przez ciepło, stają się poruszone i poruszają się, zajmując więcej miejsca, niż gdyby były nieruchome. Można to sprawdzić, przykładając ciepło pod miniaturowy balon na ogrzane powietrze lub spadochron. Kiedy cząsteczki powietrza rozchodzą się i tańczą w ten sposób, powietrze staje się lżejsze i unosi się. W ten sposób możemy stwierdzić, że cząsteczki są wzburzone po podgrzaniu.
Pierścień i piłka
Nie tylko powietrze rozszerza się po podgrzaniu. Metale również ulegają rozszerzaniu termicznemu. Do tego eksperymentu będziesz musiał kupić aparat z kulką i pierścieniem. W zestawie znajdują się dwa uchwyty śrubokrętowe. Na końcu jednej znajduje się metalowa kulka. Na drugim końcu znajduje się pierścień, przez który kulka ledwo się mieści. To urządzenie jest dostępne w sklepach naukowych oraz w Internecie. Włóż piłkę przez pierścień. Poruszaj nim w przód iw tył, aby pokazać, że piłka łatwo wchodzi i wychodzi z dołka. Włóż kulkę jeszcze raz i podgrzej ją świeczką lub zapalniczką. Po podgrzaniu spróbuj wyjąć go z pierścienia. Przekonasz się, że kulka rozszerzyła się i nie będzie w stanie przejść przez pierścień, dopóki się nie ochłodzi.
Rozszerzenie balonu
Weź balon i rozciągnij otwór nad pustą butelką po keczupie. Umieść butelkę w pojemniku z gorącą wodą. Umieszczenie kamienia na dnie butelki pomoże go zważyć. Poczekaj około minuty, aż butelka się nagrzeje. Zauważysz, że gdy powietrze w butelce się nagrzewa, balon zaczyna się rozszerzać. Dzieje się tak, ponieważ powietrze wewnątrz butelki rozszerzyło się.
Balon i świeca
Ten eksperyment jest świetną kontynuacją podstawowego eksperymentu z rozszerzaniem balonu. Wysadź balon i zwiąż koniec. Umieść go nad płonącą świecą i poczekaj, aż wybuchnie. Powietrze w środku szybko rozszerzyło się i pękło balon. Teraz wysadź kolejny balon i napełnij go częściowo wodą, zanim zwiążesz koniec. Umieść balon nad świecą. Nie pęknie, ponieważ woda wewnątrz balonu pochłania ciepło. Ponieważ woda pochłania ciepło, powietrze nie rozszerza się, dzięki czemu balon pozostaje nienaruszony.