一、研究缘起和目的

暑假里,我和爸爸妈妈来了一场西北旅行。旅途中,我好好地享受了一番科技带给我们的生活便利。在飞机上,准备睡一觉,掏出妈妈事先放好的蒸汽眼罩,只要撕开包装、罩在眼睛上就有持续的温暖传来,温度不高不低,特别舒服,旅途的疲劳很快就烟消云散。在火车上,打开妈妈超市买来的自热米饭,只要把包装里的发热包和水包倒在托盘里放在一起,把米饭包放在托盘上,没过多久,下面就冒热气了,香喷喷的饭就加热成功了。在青海湖的晚上,特别冷,我启用一个暖手宝,手心马上就热了起来,这些能够自发产生热量的东西简直太神奇了！

旅游回来后,我特别想知道蒸汽眼罩里到底有什么?加热米饭里的加热包到底藏了什么样的秘密?虽然都能发热,但为什么又有差别:眼贴的温度是温暖的,暖宝宝是热乎乎的,而自热米饭又是滚烫的,温度为什么能控制得那么好?要是自热米饭温温的,要是眼贴是滚烫的,那一切都乱套了!我迫不及待地上网查找相关材料,希望能破解我心中的这个谜团。原来,暖手宝中的发热原料是由铁粉、活性炭、蛭石、无机盐和水等合成的,撕开外包装后,铁粉与空气中的氧气发生氧化反应,释放热量。自热米饭发热包则是将焙烧硅藻土、铁粉铝粉、焦炭粉、活性炭、盐组成一袋,经搓揉可发热。在此基础上,加入生石灰、碳酸钠和水,可快速反应放热,温度迅速升温。而蒸汽眼膜则是让空气中的水分、氧气与铁粉在眼罩内部发生化学反应,形成发热体,而后生成出肉眼所无法看到的细微温润的水蒸汽。网上的资料都只是介绍了它们为什么能发热,但具体能发热到多少摄氏度又靠什么持续发热和持续发热时间有多久都没有具体介绍。

为了能找出我心中的疑惑,我准备自己设计实验来证明发热眼贴、暖手宝和自热米饭是怎样发热的?靠什么来控制发热的温度还有发热的时间的,以及它们之间有什么区别。

二、研究材料

超市里买来的蒸汽眼罩、暖手宝和自热米饭;剪刀;红外线测温

仪;磁铁;计时器等工具,如图1所示。

图1:研究所需材料展示

三、方法和过程

(一)第一环节:阅读说明书并比对外包装

首先我认真阅读了产品说明书,仔细观察了它们的包装(如图2、3、4所示),并以表格的形式记录下来(如表1所示)。

图2:蒸汽眼罩和暖手宝的外包装

图3:自热米饭的外包装

接下来我拆开它们的包装(如图4所示),使三种自热产品发热工作,用红外线测温仪测量温度(如图5所示),用计时器记录发热持续时间。观察发现,蒸汽眼贴和暖手宝热度缓慢上升,而自热米饭的温度则迅速上升,没过一会儿就有水蒸气冒出来,还能听到水滚起来的声音。我将三种自热产品的最高发热温度和持续的时间记录在表2中。

图4:三种自热产品的内部包装

图5:用红外线测温仪测量自热米饭的发热温度

(三)第三环节:研究内部发热材料

我用剪刀把它们的包装剪开,由于自热米饭的加热包已经和水混合在一起了就不拆开了。拆开包装明显可以看到蒸汽眼罩的包装比较厚而且细密,并且有两层;而暖手宝的内包装只有一层,且比较薄。两者相比,蒸汽眼罩的内包装相当于在暖手宝包装的基础上又加了一层厚实的外套(如图6、7所示)。

图6:暖手宝的内包装

图7:蒸汽眼罩的内包装

最后我剪开包装,倒出里面的材料。发现里面的材料是黑色的,很细,推测应该是铁粉,用磁力棒靠近,发现很快就吸附了一层厚厚的黑粉。可以初步判断,应该是铁粉(如图8所示)。

图8:用磁铁吸引内部黑色材料

四、研究结论和创新发现

通过实验,我得出了以下结论:

(一)蒸汽眼罩、暖手宝和自热米饭的发热原理基本相同,但自热米饭稍有差异。它们三个都是通过铁粉与空气中的氧气接触发生化学反应,从而发出热量的。但是,理论上自热米饭能够迅速发热至120℃,但实际温度最高为91.7℃,我推测资料中的理论值可能指的是蒸汽的温度。

(二)蒸汽眼罩、暖手宝能保持较长时间发热,蒸汽米饭的持续保温时间是三者中最短,这主要是因为自热米饭的发热原理是通过水与生石灰的作用,而其余两种是铁粉与氧气的反应能保持持续发热的时间比较长,并且里面还有蛭石、活性炭等材料能起到保温作用。

(三)发热温度的高低,主要是看反应包里的铁粉含量的多少和包装的透气性。通过观察蒸汽眼罩的外包装,我们可以发现它利用无纺布控制氧气的透过量,从而控制氧化反应速度,来调节发热温度。如果铁粉多,外包装透气性好,那么温度就高,就有可能烫伤皮肤,如果铁粉少,包装密封性好,那么温度就上升得缓慢。在发现了蒸汽眼罩、暖手宝和自热米饭的秘密后,我感到无比兴奋。其实,科学就在我们身边,我们需要一双会观察的眼睛去发现它们的奥秘!

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