【初中化学】利用高温热电偶探究酒精灯燃烧时外焰、内焰、焰心的温度差异
在上一期【趣味科学】小实验中,小队长向大家展示了用高温传感器测量花露水燃烧时的温度!
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趁热打铁,那今天我们就用高温传感器测量一下酒精灯燃烧时候的火焰不同位置的温度吧!
在初中化学课本中,有一个关于酒精灯的小实验如下:
此实验利用一根火柴棒,将其横放在酒精灯火焰上燃烧,通过观察其哪一部位最先碳化,由此判断火焰的哪一层温度最高。
通常,课本上的总结为:外焰温度>内焰温度>焰心温度。
因为普通的温度计无法测量较高的温度,所以学生并不可以通过直接测量来证明此结论,火柴棒的实验也只能定性,无法定量。
但是!有了手持技术!有了数字化实验的出现!有了高温传感器!这一切都不是问题啦!
学生可以亲自动手测量火焰不同位置的温度!加深知识点的认知!
一、实验准备
1、实验物品:酒精灯、酒精、火柴、铁架台;
2、数字化实验仪器:装有数据采集软件的电脑、数据采集器、高温传感器。
二、实验步骤
1、将高温传感器、数据采集器、电脑相互连接,用铁架台在适当的高度固定住高温传感器,酒精灯放在相应的位置;
2、点燃酒精灯,观察酒精灯的火焰,可以看出,火焰的确分3层;
3、将高温传感器的热电偶对准酒精灯焰心处,点击开始采集,采集60秒的数据,记录焰心的温度。
曲线图:焰心的温度非常平稳。
4、保存上一组数据之后,将热电偶对准内焰,重新点击数据采集,采集60秒,测量其温度;
曲线图:数据相对来说有波动。
5、保存上一组数据之后,将热电偶对准外焰,重新点击数据采集,采集60秒,测量其温度。
曲线图:数据比内焰的更加波动。
三、实验数据
1、焰心,最低温度为338℃,最高温度为348.2℃;
2、内焰,低温度为638.5℃,最高温度为740℃;
3、外焰,低温度为636.6℃,最高温度为874.4℃。
数据统计:
四、实验结论
1、通过实验数据对比分析,通过平均温度和最高温度看来,酒精灯火焰的温度规律为:外焰>内焰>焰心;
2、三层火焰温度的稳定程度是:焰心>内焰>焰心。
五、总结与思考
1、为什么酒精灯火焰的外焰温度最高呢?
答:理论上应该是酒精灯的外焰温度最高,原因是酒精蒸汽在外焰和氧气接触面积最大,燃烧最充分,所以温度最高。
2、为什么焰心的温度数据最稳定,越外层的火焰温度越不稳定呢?
答:外焰受外界空气影响最大,和空气的能量交换剧烈,火焰温度受到很大的影响,所以波动最大;
而内焰较稳定,与空气接触适中,所以温度也有小的波动;
焰心部位因空气最稀薄,受空气影响最小,温度变化最小。
3、有人说通过测量,发现其实内焰的温度大于外焰的,为什么会出现这样的情况?
答:在小编测得的数据里,也出现了内焰温度大于外焰的情况——对比二者的最低温度,内焰最低温度为638.5℃,外焰的最低温度为636.6℃。
那么问题来了,不是说外焰温度最高吗?怎么会出现略低的情况呢?
其实这样的情况很正常!理论上,因为外焰与空气最充分接触,所以燃烧最充分,温度最高;在燃烧过程中,正因为外焰与空气接触最多,进行的能量交换也最多,所以外焰经常飘忽不定,且温度忽高忽低。出现偶然低于内焰的温度也是正常的!
对比二者的最高温度和平均温度,足可以说明其实外焰的温度是高于内焰的!
之所以测得外焰低于内焰的数据,很有可能是测量时间过短,数据统计不够全面导致的。
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