零液體!用科學解析乾冰消失的3小時 — 昇華、凝結與等速直線運動
大家好,我是科學實驗訓練師桑子研。每天都是一場實驗。
你看過乾冰一邊冒著白煙、一邊靜靜消失的樣子嗎?它不像一般物質會先變成液體,而是直接變成氣體,簡直就像魔法一樣。其實,這種「不太直覺的變化」裡,藏著滿滿有趣的物理與化學法則。這次,我就利用做放射線霧箱實驗剩下的乾冰,來玩幾個超有趣的小實驗。
用縮時攝影記錄「昇華」的瞬間
首先,我用縮時攝影記錄乾冰逐漸昇華的過程。這次使用了1公斤的乾冰,拍攝了整整3個小時,結果居然還沒完全消失!接下來請看看,把3小時濃縮成1分半的影像。
在影片中,你可以看到乾冰周圍冒出像白煙一樣的東西。但那其實不是乾冰變成的氣體(二氧化碳),而是空氣中的水蒸氣被冷卻後,變成微小的水滴或冰晶。這就像冬天早上呼氣時出現的白霧一樣。為了比較,我也把普通的冰塊一起放在旁邊。
一開始的狀態

普通冰塊會慢慢融化,但乾冰就像它的名字一樣「乾」,不會產生液體。
普通的冰會經歷固體 → 液體(水)→ 氣體(水蒸氣)的變化,但乾冰則是固體 → 氣體(二氧化碳),直接跳過液體階段。這種現象稱為昇華。這也是為什麼它被稱為「乾冰(Dry Ice)」的原因。
在桌上滑行——二氧化碳的氣墊效果
接著來試試把乾冰放在桌上滑動的實驗。
當乾冰放在桌面上時,因為持續昇華,底部會釋放出二氧化碳氣體,使它微微顫動。這些氣體在乾冰與桌面之間形成一層氣墊,讓它像溜冰一樣滑順地移動。

這種運動其實可以用來觀察等速直線運動。因為摩擦幾乎為零,所以即使不再施力,它也會維持固定速度直線前進——這正是牛頓第一運動定律(慣性定律)的真實呈現。這個原理其實也被應用在工廠搬運重物,甚至空氣曲棍球桌上。
剪刀在震動!還有白色的雲誕生
如果把剪刀放在乾冰上,會發生什麼事呢?
你會看到剪刀不停地震動。這是因為下方噴出的二氧化碳氣體不斷把剪刀頂起又放下,反覆進行。乾冰周圍漂浮著白色的霧,其實就是空氣中的水蒸氣被冷卻後凝結而成,和真正的雲形成原理一模一樣。尤其是在下方白霧更濃,應該是因為氣體從底部強力噴出的關係。
放進水裡——雲霧大爆發!
接下來,把乾冰放進水中看看。
一放進水裡,昇華速度瞬間加快,大量白色霧氣不斷湧出。這是因為水能有效把熱傳給乾冰,加速它變成氣體。演唱會或電影中常見的煙霧效果,其實很多也是利用這個原理製作的。原來娛樂背後,也藏著滿滿的科學呢。
如果有機會拿到乾冰,務必親自試試這些實驗。昇華、凝結、等速直線運動——課本裡的名詞,會在你眼前活生生地動起來。
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