У якийсь момент своєї початкової освіти ви, напевно, чули про основне правило, що гаряче повітря піднімається. Це легко запам’ятати, але причина може бути не такою. Гаряче повітря піднімається завдяки тепловому розширенню, принципи якого можна перевірити за допомогою ряду простих експериментів. Експерименти з тепловим розширенням підходять для дітей, хоча експерименти, що використовують вогонь або інші джерела тепла, слід проводити лише під наглядом батьків, вчителя або іншої дорослої людини, якій довіряють.
Танцюючі молекули
Температура створюється завдяки "танцю" атомів і молекул. Коли вони піддаються дії енергії, яку забезпечує тепло, вони збуджуються і пересуваються, займаючи більше місця, ніж якби вони були нерухомі. Це можна перевірити, подаючи тепло під мініатюрний повітряний куля або парашут. Коли молекули повітря розподіляються і танцюють таким чином, повітря стає легшим і піднімається вгору. Ось як ми можемо сказати, що молекули збуджуються при нагріванні.
Кільце і куля
Повітря - це не єдине, що розширюється при нагріванні. Метали також зазнають теплового розширення. Для цього експерименту вам доведеться придбати кульовий і кільцевий апарат. У комплект входять дві ручки, схожі на викрутку. На кінці одного - металева кулька. На кінці іншого - кільце, крізь яке м’яч ледве поміщається. Цей апарат доступний як у наукових магазинах, так і в Інтернеті. Вставте кульку через кільце. Переміщайте його вперед-назад, щоб показати, що м’яч легко рухається в діру та виходить з нього. Вставте кульку ще раз і нагрійте її свічкою або запальничкою. Після нагрівання спробуйте зняти його з кільця. Ви виявите, що кулька розширилася і не зможе пройти через кільце, поки не охолоне.
Розширення повітряних куль
Візьміть повітряну кулю і розтягніть отвір над верхньою частиною порожньої пляшки з кетчупом. Помістіть пляшку в ємність з гарячою водою. Поміщення каменю на дно пляшки допоможе зважити її. Зачекайте хвилину або близько того, поки пляшка нагріється. Ви помітите, що в міру нагрівання повітря всередині пляшки повітряна куля починає розширюватися. Це пов’язано з тим, що повітря всередині пляшки розширився.
Повітряна куля і свічка
Цей експеримент є чудовим продовженням основного експерименту з розширенням аеростатів. Здуйте повітряну кулю і зав'яжіть кінець. Поставте його над палаючою свічкою і почекайте, поки він вибухне. Повітря всередині швидко розширилося і вискочило повітряна куля. Тепер підірвіть ще одну повітряну кульку і наповніть її наполовину водою, перш ніж зав'язувати кінець. Помістіть повітряну кулю над свічкою. Він не буде спливати, оскільки вода всередині повітряної кулі поглинає тепло. Оскільки вода поглинає тепло, повітря не розширюється, тим самим зберігаючи повітряну кульку цілою.