汽水会热胀冷缩吗?

作者: 叶骏飞浙江省湖州市织里镇轧村小学

前几天小区附近一家超市的饮料罐发生了爆炸,老爸说是因为老板在摆放货物时有晃动的情况,再加之现在天气热、温度高,汽水热胀冷缩就把瓶子给挤爆了。难道汽水还会热胀冷缩?我很好奇,于是去请教陆老师。在他的帮助下,我和同学们进行了一系列实验。

首先,我们从学校小卖部买来一瓶普通碳酸汽水,将其倒入一个平底烧瓶中,并迅速把带有玻璃导管的橡皮塞塞住瓶口,然后观察玻璃导管中的汽水在没有受热情况下的起始位置,做好标记。接着我们把平底烧瓶放入热水中,1分钟后观察汽水的液面位置,并再次做好标记。

将汽水倒入平底烧瓶,并用塞子塞住

受热前,标注汽水在导管中的位置

受热过程中

受热1 分钟后

实验结果 汽水受热后液面上升。

接下来我们把平底烧瓶从热水中取出擦干,然后放入冷水里,观察汽水液面高度的变化,并做好标记。

受冷过程

实验结果 汽水受冷后液面并未下降反而持续上升,最后从玻璃导管中流了出来。

为什么新买的汽水在受热和受冷之后都会发生液面上升的情况呢?原来,在二氧化碳气体未被放出之前,汽水受热或者受冷后体积都会变大,所以液面才会上升。要是二氧化碳气体排出之后,又会发生什么情况呢?于是我们决定将汽水倒在塑料杯中放置两天,再进行试验。

汽水“排气”中

实验开始前,标注液体位置

受热后,液面上升

受冷后,液面下降

实验结果 在二氧化碳排出之后,汽水受热后液面上升,受冷后液面下降,当汽水温度与水温一样时液面高度不再发生变化。

为了使实验更准确,我决定再让汽水放“气”一天,第二天重复进行实验,同时比较热胀速度与冷缩速度,看它们之间有何不同。

受热5 分钟后液面情况

受冷5 分钟后液面情况

液面情况对比表

观察实验表

实验结果 没有二氧化碳气体的汽水受热后液面快速上升,受冷后液面下降,且每分钟液体受热时液面上升高度大于液体受冷时的液面下降高度,所以液体的热胀速度大于冷缩速度。

经过多次实验我们可以发现放掉大量二氧化碳气体之后的汽水跟普通的水一样受热后体积变大,受冷后体积缩小,说明不含有大量气体的汽水肯定是会热胀冷缩的,并且通过实验还发现汽水的热胀速度比冷缩速度快。

那没有排“气”的汽水为何受冷后体积没有缩小?是不是新的汽水不会热胀冷缩呢?经过实验分析,我们可以发现由于汽水内部有大量被压缩进去的二氧化碳气体,即使不受热经过摇晃,液面也会上升,这也是摇晃可乐等碳酸饮料后,一打开瓶盖就会有大量液体喷出的原因。受冷之后因为液体冷缩速度慢,被压缩在液体中的二氧化碳气体由于之前受热后体积快速膨胀,受冷时的冷缩又速度小于热胀速度,大量气体还在继续向外排出,在液体中占据大量空间,从而导致液体体积变大,且气体使液体体积变大的速度要大于液体本身受冷时体积缩小的速度,因此出现虽然液体受冷了而液面还在继续上升的现象。所以汽水本身仍然在热胀冷缩,只是由于气体的热胀冷缩速度比液体快,热胀速度又比冷缩速度快,所以导致我们在短时间内观察不到液体的冷缩现象,这也是为什么当二氧化碳气体排出之后我们能明显观察到汽水热胀冷缩现象的原因。

所以由此证明汽水是会热胀冷缩的。

(指导老师/陆建亚)