摘要或動機

在悶熄的蠟燭的實驗中，水位會上升多少？以往都是以「燃燒消耗空氣中1/5的氧氣，所以水位會上升1/5」來說明，並藉由水位上升高度為容器高度之若干比例來加以證明。但常我們探討其中的變因時，除了發現此說法是不恰當的，此外也找出影響水面升降的因素，包括：不同的容器、蠟燭的粗細與長短、火焰的大小以及瓶內溫度的高低等，並發現最主要的因素，是氣體的熱漲冷縮。由於此現象使得瓶內氣體再瓶子密蓋之前因受熱膨脹而逸出瓶外，而且水位在火燄熄滅前會因燭火乎滅忽明而有升降，並於火焰熄滅後瞬間快速上升，充分說明了瓶內空氣的熱漲冷縮對水位的影響。因此我們利用具火槍取代蠟燭，在無空氣逸出的實驗條件下，將點火槍點燃。在假設點火槍釋出的丁烷完全燃燒，二氧化碳在短時間內容溶於水中以及水蒸氣完全液化的前提下，根據實驗所得水位上升的體積分率(1/67)，求出在燭火熄滅後瓶中仍存有9.25%的氧氣。釔結果與文獻所述，利用色譜分析求得的結果(11%)相近。如果我們以點火槍結果，模擬蠟燭燃燒，來對照我們蠟燭實驗的結果，在模擬的過程中，我們設法測出蠟燭燃燒時瓶內的溫度(將蠟燭與容器頂端之中點的溫度視為瓶內的均溫)將因受熱膨脹而逸出瓶外的氣體扣除，又因蠟燭燃燒前後的質量變化極小，無法以天平秤得，故以丁烷燃燒後殘留9.5%的氧氣來模擬蠟燭燃燒後的狀況，並將瓶中蠟燭所佔體積扣除，利用理想氣體方程式求出水位應上升的體積分率為1/6.5，此數據與我們的實驗結果(1/7.7)相近。