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《加油!向未来》空间科学实验征集方案展示(一)

CCTV节目官网-CCTV-1 加油!向未来第三季 来源:央视网2018年08月30日 11:46 A-A+

唐子骏 男 12岁 威海环翠国际中学

方案名称:微重力环境下蜡烛的燃烧

实验概述:蜡烛燃烧是初中化学课程中一个重要话题,许多老师会留给学生一个有趣的问题:“蜡烛在太空中能否燃烧?如果能,会如何燃烧?”这个问题能够很好地激发学生的好奇心与兴趣,但是关于这一问题的答案却存在争议,关于蜡烛在微重力条件下能或不能燃烧的原因莫衷一是。主要从以下几个方面进行预测分析:

1、从对流的角度进行分析:蜡烛在地球上燃烧时,由于气体的对流作用,氧气能够很好地与反应物混合,因此蜡烛可以稳定燃烧,并形成拉长的火焰。在失重条件下,空气不再受到重力。蜡烛燃烧时,热空气不能上升,冷空气也无法下降,蜡烛周围被燃烧产生的热气体包围, 因而反应物不能得到氧气的补充,很快会熄灭。因此得出结论,蜡烛在太空微重力环境下无法燃烧。

2、从扩散的角度进行分析:地球上,有对流存在,可加速蜡烛的燃烧。在失重状态下,尽管没有对流,但气体由高浓度向低浓度的扩散应该依然存在。燃烧产物二氧化碳等向环境中扩散,环境中的氧气向反应物中扩散。依靠扩散机制,蜡烛也有可能燃烧。如果蜡烛在微重力状态下仅靠扩散可以持续燃烧,则火焰应该是球形的。也有观点认为,单独的扩散运动是低效的,不足以维持蜡烛的燃烧。

3、从反应引发的角度进行分析:反应的发生都需要一定的能量供应,这就是为什么蜡烛放置在空气中不会自动燃烧的原因。只有用火柴点燃,将反应引发,才能发生。那么,为什么蜡烛只需要点燃一次,就能够持续燃烧下去呢?是因为该反应放出的热量可以继续引发后续反应不断进行。如果在失重条件下,蜡烛被点燃,仅通过扩散燃烧的效率必然没有地球上借助对流燃烧的效率高。所以蜡烛有可能持续地缓慢燃烧;也有可能由于扩散燃烧产生的热不足以引发后续反应的发生而无法持续燃烧。

整合以上3个角度的分析,对蜡烛在微重力环境下燃烧的预测有3种可能:一是不能燃烧;二是可以通过扩散燃烧形成球形火焰,但迅速熄灭;三是可以通过扩散燃烧形成持续的火焰,但不如在正常重力条件下剧烈,蜡烛滴泪现象也应该不会存在。

李林泽 男 11岁 北京市第十二中学钱学森学校

方案名称:奇妙的声音之旅

实验概述:当试管中装入不同质量的水时,敲击试管壁同一个位置,不同的水量会发出不同的声音。在太空微重力环境下,水在试管中的分布与地面有很大不同,因此敲击试管壁,发出的声音可能与地面有很大不同。本实验采用七个硬质聚乙烯试管(带刻度),分别装入七种不同的水量,固定在一个实验架上。用一个金属小锤依次敲击七个管壁的相同位置,用录像机记录实验过程,并用手持声压频谱分析仪对声波信号依次进行采集、记录、分析,对比天地差异。







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