PDF《科别：化学科》

科别:化学科组别:国中组作品名称:微波观点 关键词:微波、热敏电阻、肥皂编号:030205 学校名称: 台北县立中和国民中学 作者姓名: 刘洁、翁睿妤、康闳森、郭静澄 指导老师: 李一之

1 壹、 摘要 振频 2450MHz 的微波已堂堂走入家庭成为一股新兴热源,就其高效能与普及性理 应具有更宽广的应用空间.

本研究由观察微波效能著手,透过热敏电阻温度计监测微波 炉内的升温历程,试著与实验室内酒精灯热源进行实作比较,并藉以探索水温变化量与 水量多寡、加热时间的确切关系.针对微波环境的特异性,设计系列实验探讨并厘清旋 转盘上不同位置的吸波性与相互之间的遮蔽作用.又经由多种试样的微波升温情况比 较,确认分子极性与吸收微波能力的相依性.另外,通过实验观测建立了酒精度、醋酸 度与微波升温的关系图.在持续聚焦的微波观点下,完成了五分钟肥皂速成法、硫酸铜 晶体或氯化亚钴晶体的脱结晶水、无字天书、指纹现形、喷墨纸的酸性鉴定、发面做美 食等实验设计与实作成果,积极拓展微波炉的应用价值与微波实验的新思维. 贰、 研究动机

一、理化课本实验 5-2 测量水温的变化及实验 5-3 测量不同物质受热后温度的变化,实 作结果不理想,所得数龉┒ㄐ悦枋,实在无法定量说明:水温变化量与加热时 间成正比,而与水量多寡成反比.令我们不禁怀疑课本及老师说法的正确性,实验 成果不佳是谁的错呢?热源供热不稳定是不是主因呢?

二、 几乎成为现代家庭必备的「微波热源」 ,其加热方式与原理较之传统「燃烧热源」 截然不同.身为现代人,在充分享受科技文明之余,也必须对其所涉及之科学原理 与操作方式有一些基本认识,才得以用的「心安理得」!本研究?「微波观点」 ,即 在有限的实验资源下,从现有的知识背景出发,试图从多元观点重新检视「微波热 源」 的加热环境及应用层面.在一番脑力激荡之下,我们执著地展开生命历程中 「空 前繁复」的科学之旅!本研究与现阶段理化课程的关联性,经整理如下: 本研究项目及说明 关联理化课本章节 1. 水温变化量与加热时间、水量多寡的关系【酒精灯热源】 2. 水温变化量与加热时间、水量多寡的关系【微波炉热源】 (含水银温度计及热敏电阻温度计的校准) § 5-1 温度与温度计 § 5-2 热量 §5-3 比热 §11-5 电阻与欧姆定律 3. 微波加热环境的认识 4. 微波面积与水温变化的关系 § 9-3 粒子观点 §17-2 能的形式与能的转换 5. 酒精度与微波升温的关系 6. 醋酸度与微波升温的关系 §13-3 酸碱的浓度 § 9-3 粒子观点 7. 微波观点?分子极性(有机分子结构的再认识) §10-2 常见的有机化合物 8. 微波观点?五分钟肥皂速成法(皂化新历程) §10-4 常用的清洁剂 9. 微波观点?氯化亚钴晶体、硫酸铜晶体的脱结晶水 § 5-4 热对物质的影响 10.微波观点?无字天书(稀硫酸浓缩与浓硫酸的脱水性) §13-2 酸与碱 11.微波观点?指纹现形(微波型水浴法) § 7-1 物质的变化 12.微波观点?喷墨纸的酸性鉴定 13.微波观点?发面做美食 §13-4 酸碱中和

2 参、 研究目的 由明t微波加热原理、探索炉内微波环境入手,进而研究微波热源的特性及其相关 应用,试图改良现阶段实验的加热方式并提供微波实验的新观点,藉以拓展现代人对微 波加热系统的认识,并「得心应手」地加以充分应用. 肆、 研究设备及器材 微波炉(厂牌:Whirpool 型号:AKM103 微波振频:2450 MHz 消耗功率:1400 W) 酒精灯 水银温度计 铁架及铁圈 三梁天平 刮勺 烧杯(50 mL、100 mL、250 mL、500 mL) 玻棒 陶瓷纤维网 器材热敏电阻(UEI-150) 数位式三用电表(YU FONG YF-3503) 冰醋酸 乙醇 丙三醇 丙醇 沙拉脱 丙酮 乙酸乙酯 氯仿 四氯化碳 椰子油 沙拉油 氢氧化钠 碳酸氢钠 硫酸 硫酸铜 氯化亚钴 低筋面粉 方糖 小苏打粉 香蕉、柠檬、蛋药品喷墨纸 影印纸 广用试纸 碘伍、 研究过程及方法

一、 水温变化量与加热时间、水量多寡的关系【酒精灯热源】 1. 量取 100g 的水置於

250 mL 烧杯,测初温. 2. 以陶瓷纤维网衬底,用酒精灯加热之.每隔

1 分钟测量水温一次,连续测五分钟. 3. 重覆步骤

2 二次,总计测得三组数. 4. 改取 200g 的水置於

250 mL 烧杯,重覆步骤

2 和3. 5. 改取 400g 的水置於

500 mL 烧杯,重覆步骤

2 和3.

二、 水温变化量与加热时间、水量多寡的关系【微波炉热源】 1. 水银温度计的校准 (1) 选取数根在室温下读数相等的水银温度计. (2) 以正在熔化的冰 (0℃) 和正在沸腾的水 (100℃) 来对水银温度计做粗略的校准. (3) 择取其中最准确的两根水银温度计进行后续实验. 2. 热敏电阻温度计的校准 (1) 烧一杯沸腾的水,并将一特定规格之热敏电阻浸泡其中,电阻两端导线延伸出水 面,连结至三用电表,如下图

(一)

(二)所示.

3 (2) 利用一已校准的水银温度计测定水温,同时测量热敏电阻相对应之电阻值. (3) 随著水温下降,测量一系列的水温和热敏电阻相对应之电阻值. (4) 将取得之实验数兄露茸怀煽(绝对)温标的倒数 1/T,相对应之电阻 值改取自然对数 lnR,以1/T 对应 lnR 透过 EXCEL 软体作图,套入回归直线公式 求取 1/T=A+B lnR 式中的 A、B 值. (5) 完成热敏电阻温度计的校准. 3. 水温变化量与加热时间、水量多寡的关系 (1) 量取 100g 的水置於

500 mL 烧杯. (2) 测定初温后,放入微波炉旋转盘之中央位置. (3) 将热敏电阻浸於水中,两端导线延伸至炉外与三用电表连结,关闭遮波面版,如 下图所示. (4) 进 行微波(强度 P-HI) ,每隔

20 秒测量瞬间电阻值一次,连续测四?五次. (5) 改取 200g 的水,重覆步骤 2?4. (6) 改取 400g 的水,重覆步骤 2?4. (7) 将以上所取得之瞬间电阻值透过 1/T = A + B lnR 式子转换成温度. 图二热敏电阻温度计的校准图一浸泡在水中的热敏电阻4

三、 微波加热环境的认识 1. a+b+c+d+e 组(1) 量取 100g 的水置於 100mL 烧杯中, 共五杯,分别标以 a、b、c、d、e. (2) 测量水的初温,接著以保鲜膜覆盖杯 口. (3) 五杯水按标示依序排列於微波炉内 旋转盘之直径上.a、e 位於两端外侧 ,b、d 位於内侧,c 则位於旋转盘中 央,如右图所示. (4) 强度设定 P-HI(强、100) ,微波

1 分钟. (5) 测量五杯水的末温,并计算水温变化量. (6) 重覆上述步骤(1)~(5)二次,总计测得三组数. 2. c、(c+b)、(c+a)组(1) 量取 100g 的水置於 100mL 烧杯中, 共五杯,分别标以 a、b、c、c、c. (2) 测量水的初温,接著以保鲜膜覆盖杯 口. (3) 将c杯单独置於旋转盘中央,强度设 定P-HI,微波

1 分钟,测量水温. (4) 另取一 c 杯置於旋转盘中央,同时将 b 杯紧邻 c 杯放置(即旋转盘内环带 上) ,如右上图所示.强度设定 P-HI, 微波

1 分钟,测量水温. (5) 另取一 c 杯置於旋转盘中央,同时将 a 杯置於旋转盘外环带上,如右下图 所示.强度设定 P-HI,微波

1 分钟, 测量水温. (6) 计算步骤(3)~(5)中水温变化量,并比 较其间的差异性. (7) 重覆上述步骤(1)~(6)二次,总计测得 三组实验数. 3. c+(b1+b2+b3+b4)+(a1+a2+a3+a4) 组(1) 量取 100g 的水置於 100mL 烧杯中, 共九杯,分别标以 c、b

1、b

2、b

3、 b

4、a

1、a

2、a

3、a4. c a c b c b1 a1 a2 b b b4 a3 a a b c d e

5 (2) 测量水的初温,接著以保鲜膜覆盖杯口. (3) 将九杯水按右图所示排列於旋转盘上(c:中央、b:内环、a:外环) ,强度设定 P-HI,微波

1 分钟,测量 c、b

1、a1 水温. (4) 计算水温变化量,并比较其间的差异性. (5) 重覆上述步骤(1)~(4)二次,总计测得三组实验数. 4. 大满贯组 (1) 量取100g的水置於100mL烧杯 中,共21 杯. (2) 测量水的初温 , 接著以保鲜膜覆 盖杯口. (3) 将21 杯水塞满旋转盘,如右图 所示,强度设定 P-HI,微波

3 分钟,测量 c、b、a 三杯水温. (4) 计算水温变化量 , 并比较其间的 差异性. (5) 重覆上述步骤(1)~(4)二次,总计 测得三组实验数. 5. c、b、a 组(1) 量取 100g 的水置於 100mL 烧杯中,共三杯,分别标以 a、b、c. (2) 测量水的初温,接著以保鲜膜覆盖杯口. (3) 将c杯单独置於旋转盘中央,强度设定 P-HI,微波

1 分钟,测量水温. (4) 将b杯单独置於旋转盘内环带上,强度设定 P-HI,微波

1 分钟,测量水温. (5) 将a杯单独置於旋转盘外环带上,强度设定 P-HI,微波

1 分钟,测量水温. (6) 计算步骤(3)~(5)中水温变化量,并比较其间的差异性. (7) 重覆上述步骤(1)~(6)二次,总计测得三组实验数.

四、 微波面积与水温变化的关系 1. 以100mL、250mL、500mL 三种规格的烧杯分别盛装 100g 的水. 2. 依序测量三烧杯之水深,酝扑闳谋砻婊. 3. 依序将三杯水置於微波炉旋转盘中央,强度设定 P-HI,微波

1 分钟,测量水温. 4. 重覆步骤

1、3 四次,总计取得五组数. 5. 计算水温变化量,并比较接受微波辐射面积与水温变化量的关系.

五、 酒精度与微波升温的关系 1. 测室温. 2. 将酒精量(mL)与水量(mL)按0/

50、5/

45、10/

40、15/

35、20/

30、25/

25、30/

20、 35/

15、40/

10、45/

5、50/0 等不同比例分别混合於

100 mL 烧杯中. 3. 立即测量各杯酒精水溶液之混合初温. c b a

6 4.

5 分钟后,测量各杯酒精水溶液之微波初温,随即以保鲜膜覆盖杯口. 5. 强度设定 P-HI,微波

30 秒,测量末温. 6. 重覆上述步骤 1~4 二次,总计测得三组数. 7. 计算酒精度,并探讨酒精度与温度变化量的关系.

六、 醋酸度与微波升温的关系 1. 测室温. 2. 将冰醋酸量(mL)与水量(mL)按0/

50、5/

45、10/

40、15/

35、20/

30、25/

25、30/

20、 35/

15、40/

10、45/

5、50/0 等不同比例分别混合於

100 mL 烧杯中. 3. 立即测量各杯醋酸水溶液之混合初温. 4.

5 分钟后,测量各杯醋酸水溶液之微波初温,随即以保鲜膜覆盖杯口. 5. 强度设定 P-HI,微波

30 秒,测量末温. 6. 重覆上述步骤 1~4 二次,总计测得三组数. 7. 计算醋酸度,并探讨醋酸度与温度变化量的关系.

七、 微波观点?分子极性 1. 分取下列试样各

100 mL 置於

100 mL 烧杯中. (试样:水、甲醇、乙醇、丙醇、丙三醇、冰醋酸、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、四氯 化碳、椰子油、沙拉油、沙拉脱) 2. 测量各试样之微波初温. 3. 强度设定 P-HI,微波

1 分钟,测量末温. 4. 比较各试样的温度变化量,并探讨与其分子极性的相关性.

八、 微波观点?五分钟肥皂速成法 1. 取4.65M 氢氧化钠水溶液

20 mL、椰子油

20 g(约26 mL)与4mL 乙醇混合於

250 mL 烧杯中,搅拌

30 秒. 2. 微波(强度:P-HI)1 分钟,在炉内进行皂化,如下图

(一)所示. 3. 取出溶液搅拌

20 秒. 4. 续微波(强度:P-50)20 秒. 5. 取出溶液,缓缓注入饱和食盐水

100 mL,同时不断地搅拌. (约1分钟) 6. 静置

1 分钟,如下图

(二)所示. 7. 以丝袜充做滤网滤取上层肥皂,并强力挤压去水,如下图

(三)

(四)所示. 8. 填充模子,待其乾燥结块.

7 9. 试做透明皂.将上述制成之肥皂,接续下列简易流程(1)或(2): (1) 肥皂+15 mL 95%乙醇+ 5mL 甘油 → 搅散 → 微波(强度:P-HI)30 秒→倒入模子. (2) ........