天气科学每天都在影响着我们!对流、高压和低压系统、蒸发——这些东西有助于决定我们的比赛是会因雨而取消还是会有一个晴朗的天气去滑雪。通过这些动手做的实验,了解更多关于天气的工作方式。
实验1:对流电流
你听说过热空气上升吗?这是真的!当空气升温时,它的分子膨胀和扩散,使空气的密度比以前小。它漂浮在密度更大的冷空气中。随着暖空气上升,它开始冷却,它的分子移动到一起,导致它再次下沉。这种循环被称为对流,空气的上升和下降被称为电流。对流电流是导致不同种类的天气的一部分。(你会发现在下一个实验中如何。)
我们在空中看不到对流;你认为水可能同样行动吗?做这个实验找出答案!
你应该有一个成人用热水和刀子帮助你。
你需要什么:
你该怎么做:
1.用非常热的(几乎沸腾)水填充小杯子或烧杯,并加入几滴食物着色。将塑料包裹伸展在杯子上方并用橡皮筋密封。(塑料包裹会淡化 - 这是因为水上的热空气正在扩大!)
2.用水龙头里的冷水将罐子灌满。
3.用一把钳子把一杯热水放在罐子的底部。
4.用刀切开保鲜膜,看看会发生什么!(一个长长的口子就够了。)
发生了什么事?热水的密度比周围冷水的密度小,所以它在一个对流电流。当有颜色的水到达顶部时会发生什么?它会留在那里吗?为什么或为什么不?
实验2:海风
空气似乎是世界上最轻的东西,但它实际上以大量的力量推动你和地面。这个力量被称为空气压力。气压并不总是保持不变;气象学家用a来测量其变化晴雨表。在最后一个实验中,我们看到,当空气加热时,它开始上升。当它上升时,它不会用压力推动地面。一个充满光线的区域,暖气被称为低压区。空气凉爽、密度大的地区被称为高压区。当低压区和高压区彼此相邻时会发生什么?做这个实验找出答案!让一个成年人帮你准备烤箱和火柴。
你需要什么:
你该怎么做:
1.在保护其保护的区域中设置实验。如果您需要,您可以通过切断纸板箱的一侧来制作三面屏幕。
2.将一些沙子倒入其中一个平底锅里,把它放在烤箱里加热它。(5-8分钟300度。)
3.当沙子升温时,点一支蜡烛,然后吹灭它。烟向哪个方向流动?如果你已经保护你的区域不受气流的影响,它应该像对流一样垂直向上流动。
4.填充冰块的第二个锅。将锅煎的沙子和冰块并排。(将热锅放在锅架上!)
5.再次点亮蜡烛并将其吹出,然后将其保持在两个平底锅之间,右上方的冰盘边缘。烟雾流动哪个方向?
发生了什么事?当你在空气压力恒定的一个区域时亮起蜡烛时,烟雾就会直接流动。当你并排设置平底锅时,冰块会冷却它周围的空气,产生迷你高压区,并将沙子温热在其周围的空气中以产生迷你低压区域。空气总是从高压区流到低压区,以甚至增加压力 - 这就是风的原因。你在冰平底锅和锅的锅之间做了微小的微风,烟雾横向飘落在微风中。在冷海洋水和热海滩沙之间发生同样的事情,这就是为什么海滩几乎总是微风!
气压变化会产生风,但也会导致其他类型的天气。低气压区通常会产生云和雨,因为随着热空气上升,它会带走蒸发的水分,这些水分可以凝结成云。高压区通常导致晴朗的天空和晴朗的日子,因为下沉的洋流阻止了水分上升和形成云。
尝试在您所在地区追踪空气压力几天,看看它是如何与天气有关的。你可以使用一个晴雨表或检查国家天气服务网站。
实验3:蒸发站
低气压区之所以形成云,是因为上升的热空气携带着水分。水分是以一种气体的形式存在的水蒸气。当水蒸气冷却时,它形成加入云的水滴以形成云。水蒸气首先如何进入空气?大部分来自蒸发。当水分子升温时,蒸发就发生了——它们获得足够的能量,从液体变成气体,然后上升到空气中,继续上升的对流。你在厨房里也见过这种情况,沸腾的水冒出蒸汽。
是否有可能改变水蒸发的速度?您可以通过建立实验来了解测试风,温度和表面积的效果,以蒸发速度。以下程序将为您提供基础知识,但随时可以提出自己的测试方法和测量结果。这种实验将成为一个伟大的科学公平项目。(要耐心:其中一些测试可能需要多一天!)
你需要什么:
- 两个厨房海绵(它们应该是相同的大小)
- 电扇
- 灯
- 小玻璃或烧杯
- 馅饼盘或浅盘
问题和假设:风,温度和表面积等因素如何影响蒸发速率?风或热量会导致水更快地蒸发吗?将更大的表面积加速或减慢蒸发吗?写下你的预测。
你该怎么做:
1.测试温度使用白炽灯提供热量。将两块厨房海绵放在盘子上,分别在上面倒1/8杯水。(根据海绵的大小,你可能需要使用更多的水。使用足够的量,让海绵从头到尾都湿透。)将一块海绵直接放在灯下,另一块放在室温下,避免阳光直射。定期观察海绵,当它们接近干燥时,缩短观察间隔时间。记录每一块海绵完全变干所需的时间。哪块海绵干得更快?
2.测试效果风使用电风扇。在步骤1.在步骤1.上弄湿海绵1.将一个海绵从电风扇设置到远离电动风扇并转动风扇。将其他海绵设置为草案的一些地方。定期观察海绵。记录每一块海绵完全变干所需的时间。哪一个更快干燥?在步骤1中的灯泡下的风扇中的海绵是否干燥得更快?
3.最后,测试效果或多或少表面积。将1/8 C水倒入小玻璃杯中。使用等式πr找到杯子中的水的表面积2π = 3.14, r =半径通过测量杯子的直径并将其除以2得到)。将1/8摄氏度的水倒入馅饼盘或宽浅盘。测量这个容器中水的表面积。把杯子和锅放在柜台上,每天检查几次。哪一种水蒸发得更快-小表面积的水还是大表面积的水?
结论:你的预测正确吗?风和热,哪一个加速蒸发得更快?根据你的结果,你认为温度或风速会影响蒸发率吗?你能想到其他需要测试的因素吗?或者有更精确的方法来再次测试这些因素吗?