觀察冷熱流體的升降。

用食用色素和水在不同溫度下對對流進行研究。

實驗器材

• 四個相同的寬口玻璃瓶
• 兩塊硬塑料片
• 食用色素，兩種顏色
• 熱水和冷水
• 兩個塑料盤子或托盤(用來盛溢出的水)
• 剪刀

組裝

• 在兩個瓶子裡裝滿熱水。不斷填充，直到水面上形成表面張力(向上隆起的部分)。
• 把兩個瓶子裝滿冷水。不斷填充，直到水面上形成表面張力(向上隆起的部分)。
• 在瓶子裡加入食用色素。兩個熱水瓶用一種顏色，兩個冷水用另一種顏色。(在下圖中，我們用黃色來裝熱水瓶，藍色來裝冷水瓶。)看看食用色素是如何在水中混合的。

• 把兩個塑料盤子放在桌子上。把一個冷水瓶子放在一個盤子上，把一個熱水瓶放在另一個盤子上。
• 剪一塊塑料片，讓它比一個瓶子的開口稍大一點，然後把卡片放在第二個熱水瓶的口上。輕輕地敲塑料片。這將有助於確保卡片與瓶子的整個邊緣相接觸。
• 小心地，在不接觸塑料片的情況下，慢慢地翻轉瓶子，把它直接放在盤子上的冷水瓶子上。把瓶子的口對齊。
• 重復上兩步，用一張塑料片蓋住剩下的冷水瓶，把它倒過來放在盤子上的熱水瓶上。當你完成後，一個熱水瓶在一個冷水瓶子上，一個冷水瓶子在一個熱水瓶上。

開始實驗

• 試著同時對兩組瓶子做下一步：小心地把卡片從兩組瓶子之間滑出來，不要把水濺出來。(做這件事你可能需要幫助。)觀察每組瓶子裡的液體發生瞭什麼變化。

實驗進展

• 當你把塑料片從一組瓶子裡拿出來時，熱水仍然在上面，冷水仍然在下面，顏色幾乎保持不變。然而，在另一組中，情況卻截然不同，熱水上升，冷水下沉。當這種運動發生時，顏色就混合瞭。這是由於液體密度的差異造成的，密度是由給定體積內的物質數量定義的。
• 一切都是由分子構成的。熱分子比冷分子移動得更快，熱的物體在冷的時候通常比相同的物體占據更多的空間。這意味著裝一瓶水需要的熱水分子比冷水分子少。因此，熱水的密度比冷水小。
• 重力可以根據流體的密度將其分離。因為冷水在單位體積上的質量比熱水的質量大，所以在一定數量的冷水上的重力比在相同數量的熱水上的重力大。這迫使冷水向下，導致熱水被推或上升。這種流體的運動稱為對流。在一組瓶子裡，熱水在冷水上面，冷水已經在底部瞭，所以沒有對流。

繼續展開

• 下次你去遊泳池遊泳的時候，試著註意地表水和深層水之間的溫差。對流可能通過密度將流體分離，下面的水將會更冷。
• 比較兩碗熱湯。用嘴吹氣吹過一隻碗的表面。比較它們，你會發現你吹的碗比你不吹的碗涼得更快。當你吹熱湯時，你幫助推動瞭對流過程。頂部的表面冷卻並下沉，下面的熱湯上升並冷卻。