3D有趣实验：越热灯越亮？

前言

当含有电解质的水溶液中知阴离子与阳离子的浓度越高，溶液的导电度随之提升。本实验利用硝酸钾溶解度随温度提升之特性，并搭配电解质的性质，使灯泡的亮度随温度提升而增加。

实验影片

3D有趣实验：越热灯越亮，上传YouTube网站。请依您的设备选择适当影片观看。若设备允许，可以开启最高解析度。

3D偏光影像：需要有3D萤幕与搭配的3D眼镜，能观看此部影片的3D效果。

http://youtu.be/Y9rUr4D5I5A?(1920x1080 半宽)

http://youtu.be/DefzIGLeVUo?(1920x1080 全宽)

3D红蓝影像：一般萤幕搭配戴红蓝眼镜，能观看此部影片的3D效果。http://youtu.be/39rshPc5G8A

2D影像：一般萤幕直接观看。http://youtu.be/G5V6DNRJxus

药品与器材

1. 电池组 6V-12V （或电源供应器）
2. 鳄鱼夹电线三条
3. 灯泡一个
4. 电极两个（铜片、铁丝、碳棒均可）
5. 烧杯两个
6. 酒精灯一个
7. 铁架一座
8. 陶瓷纤维网一张
9. 温度计一支
10. 硝酸钾

实验步骤

1. 将装置如图一配置（此阶段不需加入硝酸钾）。
   ?图一
   
2. 将烧杯加入纯水后放入电极，并打开电源观察灯泡是否发亮。
3. 在装有纯水的烧杯中加入硝酸钾，直至饱和。
4. 在装有饱和硝酸钾水溶液的烧杯中放入电极，并打开电源，观察灯泡是否发亮。
5. 在装有饱和硝酸钾水溶液的烧杯加入过量硝酸钾，放入电极，置于铁架上，装置如图二所示。
   ?图二
6. 打开电源后点燃酒精灯开始加热烧杯。
7. 观察水溶液温度与灯泡亮度。
   
8. 等待铝箔冷却后打开铝箔，取出乾馏后的产物。

原理和概念

电解质是指可以产生自由离子而导电的化合物。通常指在溶液中导电的物质，一般常见的电解质分为酸类、硷类以及盐类，本实验所使用之硝酸钾属于盐类。当电解质溶于水匙即发生解离现象，产生带有正电的阳离子以及带有负电的阴离子；当接上电源时会产生电位差，使离子移动产生电流。当溶解质的浓度越高，离子浓度随之提升，导电性亦随之增加。

本实验中，未进行加热时，烧杯底部尚有未溶解硝酸钾，此现象为溶液饱和所致；开始加热后温度提升了硝酸钾对水的溶解度，使得硝酸钾的浓度增加，溶液导电性也随之上升，灯泡就变得更亮了。

教学提示

1. 所需电压约为6V，但因各实验用品之导电性以及电阻皆有不同，应该实验进行前，先行测试当电极置于饱和硝酸钾水溶液时，使灯泡发亮所需电压为何。
2. 使学生观察烧杯装入水时，饱和硝酸钾时，以及加热时之灯泡亮度。
3. 由于硝酸钾加热后对水的溶解度极高，因此烧杯中水量不宜过多，以免导致溶液满溢之现象。
4. 使用酒精灯加热时，须于通风地点。
5. 本实验为观察温度对水溶解度提升，以及电解质导电性之现象，所使用药品应避免在加热以及溶液通电后产生有毒气体。如食盐水 (NaCl) 经通电电解后产生氯气。

安全

1. 进行本实验必须戴上手套和安全眼镜与实验衣，并在通风良好的环境下进行。
2. 电解质应选择无有害废弃物之电解质。
3. 进行本实验时需要有教师在旁指导，切勿自行实验。

废弃物处理

实验后之硝酸钾水溶液属于无机废液，应倒入废液桶收集。

 

参考资料

邱美虹、林世洲、汤伟君、周金城、张荣耀、王靖璇(2005)。科学创意实验书。台北市：洪叶文化事业有限公司。