การทดลองวิทยาศาสตร์การขยายตัวทางความร้อนสำหรับเด็ก

ในบางช่วงของการศึกษาระดับประถมศึกษา คุณอาจเคยได้ยินกฎพื้นฐานที่ว่าอากาศร้อนจัด จำง่าย แต่สาเหตุอาจไม่ใช่ อากาศร้อนขึ้นเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อน ซึ่งหลักการดังกล่าวสามารถทดสอบได้จากการทดลองง่ายๆ จำนวนหนึ่ง การทดลองการขยายตัวทางความร้อนเหมาะสำหรับเด็ก แม้ว่าการทดลองที่ใช้ไฟหรือแหล่งความร้อนอื่นๆ ควรดำเนินการภายใต้การดูแลของผู้ปกครอง ครู หรือผู้ใหญ่ที่เชื่อถือได้เท่านั้น

อุณหภูมิเกิดขึ้นจากการ "เต้น" ของอะตอมและโมเลกุล เมื่อพวกมันได้รับพลังงานจากความร้อน พวกมันจะกระวนกระวายและเคลื่อนที่ไปรอบๆ โดยกินพื้นที่มากกว่าที่ยังคงอยู่ สามารถทดสอบได้โดยใช้ความร้อนใต้บอลลูนลมร้อนขนาดเล็กหรือร่มชูชีพ เมื่อโมเลกุลของอากาศแผ่ออกและเต้นในลักษณะนี้ อากาศจะเบาลงและลอยขึ้น นี่คือวิธีที่เราสามารถบอกได้ว่าโมเลกุลจะกระวนกระวายเมื่อถูกความร้อน

อากาศไม่ใช่สิ่งเดียวที่ขยายตัวเมื่อถูกความร้อน โลหะก็มีการขยายตัวทางความร้อนเช่นกัน สำหรับการทดลองนี้ คุณจะต้องซื้ออุปกรณ์ลูกบอลและแหวน ชุดนี้ประกอบด้วยด้ามจับแบบไขควงสองตัว ปลายด้านหนึ่งเป็นลูกโลหะ อีกด้านหนึ่งเป็นวงแหวนที่ลูกบอลจะพอดี เครื่องมือนี้มีจำหน่ายในร้านวิทยาศาสตร์และทางออนไลน์ ใส่ลูกบอลผ่านวงแหวน เลื่อนไปมาเพื่อแสดงว่าลูกเคลื่อนที่เข้าและออกจากหลุมได้ง่าย ใส่ลูกบอลอีกครั้งแล้วอุ่นด้วยเทียนหรือไฟแช็ก เมื่อได้รับความร้อนแล้ว ให้ลองถอดออกจากวงแหวน คุณจะพบว่าลูกบอลขยายตัวและจะไม่สามารถผ่านวงแหวนได้จนกว่าจะเย็นลง

หยิบบอลลูนขึ้นมาแล้วยืดช่องเปิดเหนือขวดซอสมะเขือเทศเปล่า วางขวดในภาชนะที่มีน้ำร้อน การวางก้อนหินไว้ที่ก้นขวดจะช่วยลดน้ำหนักได้ รอสักครู่เพื่อให้ขวดร้อนขึ้น คุณจะสังเกตได้ว่าเมื่ออากาศภายในขวดร้อนขึ้น บอลลูนจะเริ่มขยายตัว เนื่องจากอากาศภายในขวดขยายตัว

การทดลองนี้เป็นการติดตามผลการทดสอบการขยายบอลลูนขั้นพื้นฐานอย่างดีเยี่ยม เป่าลูกโป่งแล้วมัดปลาย วางไว้เหนือเทียนที่จุดไฟแล้วรอให้มันระเบิด อากาศภายในขยายตัวอย่างรวดเร็วและทำให้บอลลูนแตก ทีนี้ ให้เป่าลูกโป่งอีกลูกหนึ่งแล้วเติมน้ำให้เต็มก่อนจะมัดปลาย วางบอลลูนไว้เหนือเทียน มันจะไม่แตกเพราะน้ำในลูกโป่งจะดูดซับความร้อน เนื่องจากน้ำดูดซับความร้อน อากาศจึงไม่ขยายตัว จึงทำให้บอลลูนไม่เสียหาย