能源追追追

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1.實驗目的

設計加熱裝置,以 5 毫升酒精加熱 100 公克的水,使水溫上升越高越好。

2.實驗原理

  1. 酒精熱值為 29.3 仟焦/公克,95%酒精密度為 0.83 公克/毫升,1 毫升酒精完全燃燒放出熱量 24.32 仟焦(5.81 仟卡)。根據熱學公式 H=MSΔT,假設無熱量散逸,1 毫升酒精能使 100 公克水溫度上升 58.1℃。
  2. 根據熱能傳遞方式(傳導、對流、輻射) 與材料特性,架設一最佳加熱裝置,使燃燒的熱量可充份傳遞給水。

3.活動說明

活動一

  1. 大會提供:
    1. 共用材料:電子天平、溫度計、點火槍、5 毫升針筒、布手套、100 毫升燒杯、濕抹布各 9 份、礦泉水、95%酒精
    2. 各組材料:鋁箔紙(45×45 公分)1 張、三角架 1 個、鐵絲(註一:鋁箔紙、鐵絲、三角架,活動一、二共用。)(註二:活動一架設的加熱裝置,活動二可續用。)
  2. 自行準備:
    1. 250毫升燒杯1個、100毫升燒杯1個、尖嘴鉗
  3. 競賽製作
    1. 運用三角架、鋁箔紙、鐵絲、250 毫升(或 100 毫升)燒杯組裝成加熱裝置。
    2. 另一燒杯盛水 100 公克,放在加熱裝置上,點燃酒精加熱,測量 3 分鐘內之最高水溫,紀錄最大溫差(ΔTmax)。
    3. 鋁箔紙可彈性運用,例如:包覆燒杯(三角架)、盛裝酒精燃料、墊高等,但不能局部或全部蓋住燒杯口。
  4. 競賽說明
    1. 100 公克水量由裁判量定後發給各組。
    2. 抽取酒精燃料工具為 5 毫升針筒,僅能抽取一次。
    3. 製作時間最後 30 秒時,大會統一報時;製作時間結束,各組同時點火,點火時間 5 秒鐘,點火時間結束即熄火,不可再碰觸任何競賽裝置。
    4. 溫度測量方式:加熱過程(全部測量時間 3 分鐘)中,由裁判手持溫度計置於杯中央,測量最高溫度,並記錄最大溫差(ΔTmax)。
    5. 確認點火槍功能時,不可任意調整點火槍上任一裝置設定。
    6. 各組可自行攜帶溫度計測量水初(末)溫,但以裁判測量數據為準。
    7. 加熱過程,水份蒸發量忽略不計,不可人為減少水量。
    8. 整個加熱裝置中共有 2 個燒杯(包括盛水燒杯,250 毫升燒杯、100 毫升燒杯各一個)。
    9. 請善用鐵絲,加熱裝置下不能有任何墊高裝置。
  5. 評分標準
    1. 水溫上升度數(℃, 四捨五入取整數)設為 x
    2. 若水開始沸騰,且維持同溫十秒,則停止計時,此時時間為 y(以秒計)
    3. 本組得分為 x+180-y

(註:每組競賽時間為 3 分鐘,即 180 秒,而 180-y 為剩餘時間之意)

活動二

  1. 場地需求
    1. 長條桌 9 張、碼錶 1 個、擴音廣播器材。
    2. 每張桌面擺放共用材料和各組材料:電子天平、溫度計、點火槍、5 毫升針筒、布手套、100 毫升燒杯、95%酒精、礦泉水
  2. 使用材料
    1. 大會提供:
      1. 共用材料:電子天平、溫度計、點火槍、5 毫升針筒、布手套、100 毫升燒杯、濕抹布、礦泉水、95%酒精、錶玻璃
      2. 各組材料: 10 公克醋酸鈣、100 公克水、20 公克水(壓克力杯裝)、不織布
  3. 自行準備:250 毫升燒杯、100 毫升燒杯、尖嘴鉗、溫度計、刮勺或湯匙、玻璃棒
  4. 競賽製作
    1. 用醋酸鈣與酒精做成固體酒精膏
    2. 將固體酒精膏挖出放在不織布上(不織布由裁判放在錶玻璃上)
    3. 倒出衛生紙上之固體酒精膏,點燃酒精膏加熱 100 公克的水量。
    4. 測量 8 分鐘內之最高水溫,紀錄最大溫差(ΔTmax)。
  5. 競賽說明
    1. 100 公克水量由裁判量定後發給各組。
    2. 抽取酒精燃料工具為 5 ㏄針筒,僅可抽取 1 次。
    3. 製作時間最後一分鐘時,由大會統一報時;製作時間結束時,各組即點火,點火時間五秒鐘,點火時間結束即熄火,不可再碰觸任何競賽裝置。
    4. 溫度測量方式:加熱過程(全部測量時間 8 分鐘)由裁判手持溫度計置於杯中央,測量最高溫度,記錄最大溫差(ΔTmax)。
    5. 確認點火槍功能時,不可任意調整點火槍上任一裝置設定。
    6. 各組可自行攜帶溫度計測量水初(末)溫,但以裁判測量數據為準。
    7. 加熱過程,水份蒸發量忽略不計,不可人為減少水量。
    8. 整個加熱裝置中共有 2 個燒杯(250 毫升燒杯、100 毫升燒杯各 1 個)。
    9. 請善用鐵絲,加熱裝置下不能有任何墊高裝置。
  6. 評分標準
    1. 水溫上升度數(℃, 四捨五入取整數)設為 x
    2. 若水開始沸騰,且維持同溫 10 秒,則停止計時,此時時間為 y(以分計)
    3. 本組得分為 x+480-y

(註:每組競賽時間為 8 分鐘,即 480 秒,而 480-y 為剩餘時間之意)

活動三

創意競賽

  1. 創意作品;請用酒精、醋酸鈣作成酒精膏,發揮創意並寫約 300 字創作理念,說明用途和使用方式。
  2. 評分標準
    1. 創意 50
    2. 環保節能 50
    3. 時間分配流程

活動一、二間隔 2 分鐘

4.評分

5.準備材料

大隊提供

自行準備

6.探究問題

1.酒精為何能燃燒

2.酒精對人類文明的益處和壞處

3.為什麼很多實驗都喜歡用酒精燈,而不用蠟燭