0360101天氣的變化

01大氣中的水

 

1-1雲和霧

  自然界中的海洋、湖泊和河川等地方有水外,水也會以水蒸氣的形態存在於空氣中。溫度的高低變化會使水的形態改變。當氣溫改變時,大氣中的水又有哪些變化呢?

大氣中的水會有水、雲、雨、霧、露、霜、雪等各種不同的形態在大氣中變化。

空氣中的水蒸氣,遇冷後可能會附著在灰塵、鹽粒等物質上,變成微小的水滴或冰晶,飄浮在空中,就是我們看到的雲。

高空中的水蒸氣附著在凝結核(灰塵、鹽粒、煙粒等微小顆粒)上,凝結成小水滴飄浮在空中,這些看得見的小水滴或冰晶就是「雲」。

空氣中的水蒸氣,遇冷後可能會附著在灰塵、鹽粒等物質上,凝結成小水滴,若發生在地面附近,且水平方向能見度不足一公里,稱為霧。 

在接近地面形成的小水滴就是霧,當潮溼的空氣遇到冰冷的地面或水面時,空氣中的水蒸氣遇冷會凝結成小水滴,形成「霧」。

 

凝結核

水蒸氣冷卻凝結為小水滴時,空氣中必須有微小的顆粒供水蒸氣附著,這些微小的顆粒稱為「凝結核」。例如:灰塵、鹽粒、煙粒。

 

Q:在自然界中哪裡有水?

A:在自然界中的海洋、湖泊和河川等地方有水外,水也會以水蒸氣的形態存在於空氣中,但我們看不見水蒸氣。

 

    雲和霧是空氣中的水蒸氣凝結而形成的,一起做個模擬實驗來觀察。

模擬水蒸氣的凝結

1.將熱水倒入100ml的量筒中約1/3高,再插入點燃的線香,使它產生煙粒。

2.將裝有冰塊和水的塑膠袋(冰袋)蓋住量筒上方。

(冰塊加一些水,可讓塑膠袋下垂,完全封住量筒開口)

3.移去冰袋,觀察量筒中的現象。

在量筒的上方放冰袋,袋中除了冰塊還要加一些水,讓冰袋可以稍稍下垂,增加冰袋與量筒的接觸面積。

 

討論

1.量筒內為什麼要加入熱水?

為了藉由熱水溫度高產生水蒸氣的速度較快來製造水蒸氣,模擬生活中的水蒸氣。

量筒上方覆蓋冰袋的目的是什麼?

要讓量筒內的水蒸氣遇冷降溫用。(藉由冰塊產生的低溫模擬高空中的冷空氣)

2.插入線香產生的煙粒有什麼作用?

提供讓水蒸氣凝結的凝結核。

3.根據實驗結果,雲和霧是怎樣形成的?

水蒸氣接觸冰袋降溫,凝結在線香煙粒所形成的凝結核上,產生白色的人造雲、人造霧。

 

1-2 雨、露、霜、雪

  除了雲和霧外,生活中還有哪些是水造成的天氣現象呢?

還有雨、露、霜、雪等不同的形態。

查查看,這些現象的成因是什麼?

形成時的溫度和位置。

Q:是什麼原因造成天氣現象有這麼多種變化呢?

A:因為溫度的不同,導致水有各種不同的變化。

雲中的小水滴或冰晶聚集變大,愈來愈重時便會掉落到地面。小水滴直接掉落,或者冰晶掉落時融化成水,就是下「雨」。

小水滴大多數飄浮在空中,當有些小水滴聚集,這些較大且重的水滴會開始下降,而在降落過程中與其他小水滴碰撞,合併成為更大的水滴,最後降落到地面,就成為「雨」。

 

雲中的冰晶在掉落地面過程中,如果沒有融化,直接落到地面,就是下「雪」。

雲中的溫度過低,除了原有的冰晶外,雲中的小水滴也有可能再結成冰晶,當雲中的冰晶互相碰撞成六角形的雪花,落至地面仍未融化就是「雪」。

       在晚秋及冬季清晨,很容易看見露水,而在高山上則容易看到霜。露和霜有什麼不同嗎?

露是液態,霜是固態。兩者形成時的溫度不同。

晴朗無風的夜晚,空氣接觸到溫度較低的物體或葉子,這時空氣中的水蒸氣,會在物體或葉子上凝結成小水滴這就是「露」。

清晨時,經常可以看到樹葉或路邊的車窗上有露水,在寒冷的冬天或高山上則容易出現霜。露水是液態的、透明的物質,霜則是白色固態的物質。

空氣中的水蒸氣遇到非常冷(低於 0℃)的地面物,就會形成碎冰狀的結晶,這就是「霜」。

當空氣中的小水滴遇到非常冷的地面物(溫度低於0℃),會凝固為碎冰狀的結晶,就是「霜」。

    露和霜都是水蒸氣變成的,但是形成時的溫度不同,形態也不相同。

想一想,怎麼在教室裡製造類似露和霜的物質?

利用鋼杯、碎冰、水、鹽和溫度計實驗。

製造露和霜

1.在杯內加入碎冰和少許的水並測量冰水的溫度。

2.在杯內加入50克的鹽,並用湯匙攪拌。

3.測量溫度並觀察鋼杯外壁變化。

 

討論

1.製造露的實驗時,將碎冰加入水中的目的是什麼? 

加碎冰可以使水的溫度降低。

2.製造霜的實驗時,加鹽前後容器內的溫度有什麼不同?

加鹽後,容器內的溫度降更低。

3.製造露和霜實驗時,鋼杯外壁分別出現什麼?

製造露的實驗,鋼杯外出現的是液態的露,製造霜的實驗,鋼杯外壁出現白色、固體的霜。

摸起來有什麼感覺?

露摸起來是液態的小水滴,而霜摸起來是固態的,而且冰冰、硬硬的。

 

Q:為什麼在杯子內加鹽可以降溫?

A:因為鹽溶解時會吸熱,可以讓杯子內的水溫下降,使空氣中的水蒸氣在杯壁上凝固成類似霜的東西。

 

水蒸氣降溫會變成水、露或霜。那麼水降溫後有什麼變化?

由液態的水變成固態的冰。

從前面的實驗中知道,只要溫度降到0 ℃以下,水就會結成冰。教室裡沒有冰箱,要怎樣快速降溫來製冰?動手做做看。

可以模仿上一個實驗加鹽試試看。

 

因為溫度不夠低,溫度必須低於0℃,塑膠滴管裡的水才會結成冰。

可以利用冰塊降溫, 代替冰箱。

 

水的結冰實驗

1.杯中加入碎冰、鹽,並測量溫度。

觀察加鹽前的溫度。

2.把裝了水的塑膠滴管倒置放入杯中。

觀察加鹽後的溫度變化。

3.靜置約10分鐘後取出塑膠滴管,觀察管內水的變化。

觀察塑膠滴管裡的水是否已經結成冰。

 

討論

1.這個實驗加鹽的目的是什麼? 

可以使杯內冰和水的溫度下降至低於0℃, 使塑膠滴管裡的水結成冰。

2.塑膠滴管中的水在什麼情形下才能凝固成冰?

 當溫度降至低於0℃, 塑膠滴管內的水會變成冰。

 此時杯內的溫度比0℃高或低?

杯內的溫度比0℃低。

 

1-3 水的循環

  水從海面、河面上蒸發成水蒸氣,水蒸氣於高空中凝結成雲,雲飄散到各地,以雨或雪等形式降落地面,形成河水或冰,有些則滲入地下,最後水又流入大海中。溫度的變化使水不斷重複蒸發、凝結、凝固及融化,這個過程就稱為水循環。

    水遇熱蒸發成水蒸氣後,藉著熱空氣上升的力量,才能使水蒸氣上升並在空中遇冷變成雲(小水滴或冰晶),之後以雨或雪的形式,再降落到地面,水會以不同的形態在自然界中不斷循環。

 

    水是造成天氣變化的主要因素,它以固、液、氣三態在自然界中不斷的變化循環,使地球產生了各種不同形態的天氣。

 

Q:水的循環變化是怎麼產生的?

A:因為溫度不同會使水的形態改變,由前面實驗可知當水的溫度降到低於0 ℃就會形成冰、霜、雪,溫度高於0 ℃會形成水、露、雨等形態。

 

地下水的秘密

    在山林間,有時可以看到泉水源源不絕的湧出,這些水是平時存在於地層中的地下水,其實地下水(淡水)含量比河川及湖泊多出許多,是重要的水資源。

      地下水通常會在土壤或是岩石的孔隙中緩慢流動,主要來源是雨水,當雨水滲入土壤或岩石的孔隙時,遇到地底的不透水層時,就會停止往下滲,並逐漸累積,成為含有地下水的含水層,其頂部則稱為地下水面。

 

Q:地下水是不是都是淡水?

A:原則上地下水為雨水滲透累積,應該都是淡水,但是在海邊的地下水,可能會因為與海水接觸而被鹹化,所以沿海地區的地下水可能會是鹹水。

 

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