水升火滅

五孝陳鎮樑、吳璿燁、

陳嘉昌、蔡博涵

我們日常生活中經常看到蠟燭燃燒的現象，但有趣的是，當我們將蠟燭放在裝有水的盤子中，然後用玻璃杯覆蓋，蠟燭熄滅後水位會上升。曾經以為空氣中的氧氣約占五分之一，但經查證似乎不是如此。我們發現這個實驗看似簡單，卻產生更多的疑問。

於是本研究小組便以此為主題，進行實驗來探討水位上升的可能成因，小組想找出其中的影響水位的差異性。我們希望藉由這項研究，以簡單的數據來解開悶熄蠟燭產生的有趣現象。

研究動機

研究目的

1.探究不同底座支撐對於燃燒蠟燭造成水位上� 升的差異

2.探究不同蠟燭燃燒造成水位上升的差異

3.探究不同秒數熄滅造成水位上升的差異

4.探究蠟燭燃燒至熄滅後造成水位上升的差異

5.探究不同長度的蠟燭對水位上升高度的差異

6.探究不同溫度度對水位上升高度的差異

7.探究不同數量的蠟燭對水位上升高度的差異

研究設備器材

蠟燭、玻璃罐635mL、淺鐵盤、溫度計、尺、水、底座、打火機、量杯、IPAD

研究方法和結果

實驗方法：

1.將一定400ML量的水倒入水盤中。

2.將 1支相同粗細(長度皆為5 cm、直徑皆為 1.3cm)的蠟燭以蠟油黏立在底座上，點燃蠟燭10 秒後，用燒杯蓋住蠟燭。

3.用玻璃瓶快速覆蓋蠟燭，確保杯口浸入水中形成密封環境。

4.記錄水位上升的高度以及蠟燭燃燒時間。

5.更換操作變因進行重複實驗，並觀察水位上升情況的變化。

研究方法和結果

實驗一：探究不同底座支撐對於燃燒蠟燭造成水� 位上升的差異

實驗發現：

1.以3D列印方形底座，最為穩定，故小組決定往後皆用3D列印方形底座最為控制變因條件之一。

研究方法和結果

實驗二:探究不同蠟燭燃燒造成水位上升的差異

實驗發現：

1.以生日蠟燭的穩定度較高，紅蠟燭次之，鋁殼蠟燭效果較差。

2.因紅蠟燭在裁剪上有些落差，尚在誤差範圍內。

研究方法和結果

實驗三：探究不同秒數熄滅造成水位上升的差異。

實驗發現：

1.燃燒越旺的秒數越短。

2.瓶內燃燒秒數越短，水位上升的高度越高。

方法和研究結果

實驗四：探究蠟燭燃燒至熄滅後造成水位上升的差異

實驗發現：

1.蠟燭燃燒熄滅後，水位會急速上升，以生日蠟燭最高最穩定，� 紅蠟燭次之。

2.火焰熄滅後，玻璃杯內部氣體因冷卻而收縮，導致瓶內壓力降� 低，水位迅速上升，顯示溫度變化在水位上升過程中的重要性。

研究方法和結果

實驗五：探究不同長度的蠟燭對水位上升高度的差異

實驗發現：

1. 蠟燭越短水位上升越高。

2. 推估蠟燭燃燒越久，耗氧量較多，使水位推升較高。

3. 雖然水位上升與氧氣消耗有一定關聯，但並非唯一原因。

研究方法和結果

實驗六：探究不同溫度度對水位上升高度的差異

實驗發現：

1.改用冰水與熱水，皆有可能讓水位增高。

2.燃燒過程中，瓶內氣體因受熱膨脹而逸出部分空氣，火焰熄� 滅後氣體冷卻迅速收縮，導致瓶內壓力下降，水位迅速上升。

研究方法和結果

實驗七：探究不同數量的蠟燭對水位上升高度的差異

實驗發現：

1.3根蠟燭，水位最高，燃燒秒數最短。

2.蠟燭數量越多，燃燒時消耗的氧氣與� 產生的熱量越多，導致瓶內氣體膨脹後� 逸出的空氣更多，火焰熄滅後冷卻收縮� 的效果更明顯，水位上升的高度也越高。

討論

1.容器內部空間越大，燃燒後氣體的膨脹與冷卻效應� 越不明顯，因此水位上升幅度較小；相反，較小的� 玻璃杯因空間有限，氣體變化效應更顯著，水位上� 升幅度更大。

2.短蠟燭燃燒時，熱量較集中，氣體膨脹與冷卻收縮� 的變化幅度較大，水位上升較顯著；反之，長蠟燭� 的熱量分散效應較明顯，水位上升幅度較小。

3.燃燒時間越長，消耗的氧氣與產生的熱量越多，瓶� 內氣體膨脹效應越明顯，水位逐漸上升。

4.火焰熄滅後，玻璃杯內部氣體因冷卻而收縮，導致� 瓶內壓力降低，水位迅速上升，顯示溫度變化在水� 位上升過程中的重要性。

討論

5.蠟燭數量越多，燃燒時消耗的氧氣與產生的熱量越� 多，導致瓶內氣體膨脹後逸出的空氣更多，實驗是� 否造成水位上升的高度的變化。

6.雖然水位上升與氧氣消耗有一定關係，可以實驗證� 明氣體的熱脹冷縮效應與水位上升的情形。

7.燃燒過程中，瓶內氣體因受熱膨脹而逸出部分空氣，� 以攝影紀錄蠟燭熄滅後氣體冷卻迅速收縮，導致瓶� 內壓力下降，觀察水位上升狀況。

結論

1.燃燒越旺的秒數越短。水位上升的高對越高。

2.火焰熄滅後，玻璃杯內部氣體因冷卻而收縮，導致瓶內壓力降低，水位迅速上升，顯示溫度變化在水位上升過程中的重要性。

3.蠟燭越短水位上升越高。推估蠟燭燃燒越久，耗氧量較多，使水位推升較高。

4.雖然水位上升與氧氣消耗有一定關聯，但並非唯一原因。

5.改用冰水與熱水，皆有可能讓水位增高。燃燒過程中，瓶內氣體因受熱膨脹而逸出部分空氣，火焰熄滅後氣體冷卻迅速收縮，導致瓶內壓力下降，水位迅速上升。

6.3根蠟燭，水位最高，燃燒秒數最短。蠟燭數量越多，燃燒時消耗的氧氣與產生的熱量越多，導致瓶內氣體膨脹後逸出的空氣更多，火焰熄滅後冷卻收縮的效果更明顯，水位上升的高度也越高。

報告完畢