关键概念
热量
温度
物理学
动物
介绍
你有没有在寒冷的、结霜的早晨醒来，只想更深地依偎在被窝里？其他哺乳动物，如小狗和小猪，也不喜欢寒冷，但它们没有手或毯子来包裹自己。因此，当这些动物感到寒冷时，它们会改变自己的行为，并做一些事情，比如挤在一起——紧紧地蜷缩在其他动物身边。在这个科学活动中，你将看到挤在一起究竟能在多大程度上帮助减少热量损失。
背景
是什么让小狗想要睡成一堆可爱的样子？依偎，也称为挤在一起，不仅仅创造了可爱的小狗堆。小狗和其他动物一样，挤在一起是为了保暖。热量不断地流入和流出你周围的一切事物。就像球滚下山一样，热量也会滚走，从较热的物体流向较冷的物体。例如，如果你把一杯热巧克力放在室温的房间里，热量将从热巧克力流向房间、杯子和桌子。这些周围环境实际上会因热巧克力的热量而升温（非常轻微）。当热巧克力的温度冷却到足以达到周围温度时，热量流动就会停止。
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热量以几种不同的方式从较热的物体流向较冷的物体。例如，当小狗挤在一起取暖时，它们正在减少身体（特别是表面积）暴露在较冷空气中的程度，从而通过两种方式减少热量损失：辐射和对流。如果与它依偎在一起的小狗碰巧更温暖，那么小狗也会通过另一种方式——传导——获得热量。
材料
• 四个大小和形状相同的玻璃罐或瓶子，带有可以丢弃的盖子（盖子将在此活动中被刺穿。使用盖子不比罐子玻璃侧面突出的罐子。如果使用罐头罐，您将需要盖子的环。）
• 量程上限至少为 200 华氏度的杆式温度计，例如糖果温度计
• 大汤锅
• 钉子
• 锤子
• 量杯
• 水
• 烤箱手套
• 毛巾
• 定时器或秒表
• 纸和笔或铅笔
准备工作
• 使用锤子和钉子，小心地在每个罐子盖子的中心打一个孔，孔的大小足以让温度计的杆穿过。如果需要，稍微调整每个孔的形状（使用钉子），使温度计的杆笔直——垂直——向下插入罐子。你认为为什么要测量罐子的核心温度？
• 将罐子装满约四分之三等量的水（每个罐子的水温相同）。每个罐子将是小狗的模型。
• 将大汤锅装满足够的水，以便当三个罐子放入锅中时，罐子内的水位等于罐子外的水位（在锅中）。
• 使用热水时要小心。使用炉灶时需要成人监督。
步骤
• 将定时器设置为 10 分钟或准备好秒表。
• 将大汤锅放在炉子上，并将一个罐子放入其中。将温度计放入罐子中（穿过盖子的孔），使温度计在罐子内的水中保持直立。打开炉子。
• 当罐子内部的水温达到 190 华氏度时，关闭炉子，立即戴上烤箱手套将罐子从水浴中取出，并用毛巾快速擦干罐子外部。
• 立即启动定时器或秒表。当你这样做时，写下罐子内的水温。然后继续每两分钟测量一次水温，至少持续 10 分钟。温度如何随时间变化？
• 重复这些步骤，但这次将三个罐子放入锅中（而不是一个）。将温度计放入三个罐子中的一个。当罐子达到 190 华氏度时，取出所有罐子，快速擦干它们并将它们排列成每个罐子的两侧都接触到另外两个罐子，形成一个三角形。写下罐子的初始温度，然后再次每两分钟测量一次温度，至少持续 10 分钟。与单独放置的一个罐子相比，与其他两个罐子挤在一起的罐子的温度如何随时间变化？它们温度差异最大的时间是什么时候？
• 总的来说，你的结果告诉你关于小狗和其他温血动物如何以及为什么挤在一起取暖的什么信息？
• 额外内容：尝试重复此活动，但比较三个罐子接触与两个罐子接触或与三个罐子间隔一英寸的情况。这些不同配置以及单独罐子之间的热量损失如何比较？
• 额外内容：想想你如何在这个活动中为你的小狗模型添加“毛皮”或“脂肪”，然后尝试一下。这些添加物如何影响热量损失？
• 额外内容：你可以通过用风扇吹罐子来研究对流造成的更多热量损失。这如何影响随时间推移的热量损失量？ 观察和结果
与单独的一个罐子相比，三个挤在一起的罐子是否随时间推移损失的热量更少？它们的温度差异是否在 10 分钟结束时最大？
随着时间的推移，你应该已经看到罐子中的水——无论是单独的还是挤在一起的三组——都损失了热量，但单个罐子比三个挤在一起的罐子损失热量更快。罐子中水的温度应该从大约 190 华氏度开始，因为这是它们从锅中取出时的瞬时温度。仅举一个例子，单独罐子中的水温可能在 10 分钟后降至约 172 华氏度，而一组三个挤在一起的罐子中的水温可能仅降至约 176 华氏度。（罐子的确切大小和形状会影响它们散热的速度，因为与较小量的相同温度的水相比，较大量的热水需要更长的时间才能冷却；罐子的形状会影响它们的总表面积。）当罐子靠得很近时，就像小狗依偎在一起一样，它们主要通过传导来帮助彼此保暖。
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