真空托里切利實驗

在我們的周圍到處都是氣體，如我們呼吸的空氣、汽車排放的一氧化碳及二氧化碳、家中使用的天然氣等。和固體、液體比較起來，氣體分子比較能自由自在地，以極快的速度奔馳，互相碰撞，由於這種特徵，氣體可以互相混合，互相擴散。氣體也沒有一定的形狀，它可以任意的擴張或充滿各種容器。
氣體是非常難以捉摸的，甚至摸得著也感覺不到，然而氣體的一項重要性質----氣體壓力，卻與我們的生活息息相關，不管是用吸管喝飲料、用滴管吸取液體，以及家裡廚房或浴室中常見的塑膠吸盤，都須利用氣體壓力。
但是，對國中學生而言，氣體壓力可以說是一個非常抽象的概念，如何幫助學生了解氣體壓力所造成的一些現象，是教師教學上的一個挑戰。近年來，市面上販售的『vacuumsaver食品真空保鮮罐』，可以拿來做一些有關氣體壓力的實驗，尤其是需要減壓的實驗，效果非常好，介紹給大家參考。
一、小小托里切利實驗
西元1643年，義大利科學家托里切利（E.Torricelli，1608-1648）將一端封閉裝滿水銀的長玻璃管，倒立放入水銀槽中，量測到大氣壓力約可支撐76公分高的水銀柱，並發現水銀柱的高度每天會有些許變化。現在，我們知道水銀柱的高度會隨著大氣壓力改變而發生變化。然而，在實驗室做托里切利實驗時，很難讓學生立即觀察到外界氣體壓力（大氣壓力）改變時，水銀柱高度也會隨之變化。這時可以採用下列方法，讓學生觀察到類似的效應。（小小托里切利）
步驟如下：
1. 真空罐中裝水約200mL，並滴1滴紅墨水於真空罐中，將水稍許染色。
2. 在試管中裝入染色的水八分滿，然後以拇指按住管口，將試管倒立於燒杯中，此時試管頂端會留有一部分空氣，如下圖一所示。
3. 將上述裝置放入真空罐中，蓋上蓋子，然後利用抽氣筒將罐中空氣慢慢地抽出，觀察試管中水面的變化。
4. 讓空氣慢慢進入真空罐，觀察試管中水面的變化。
　 如同托里切利實驗，當保鮮罐內的氣體壓力變小時，此氣體壓力所能支撐的水柱高度也減少（當然必須先減去試管頂端部分空氣柱的壓力）。除的上述實驗外，另外還有一個簡單又明顯的實驗尚可利用真空罐觀察氣球在外界氣體壓力減小時，氣球體積會增加。
步驟如下：
1. 將一顆氣球注入一點空氣，然後綁緊。
2. 將氣球放入真空罐中，再利用抽氣棒將空氣抽出。
3. 這時候，你會發現因為為了要平衡大氣壓力的關係，越抽真空，氣球居然自己慢慢膨脹。
4. 你也可以放入棉花糖試試，越抽真空面花糖就會越來越膨脹哦!
當你洩氣之後，棉花糖或氣球就會恢復原來樣貌，這也是托里切利實驗的案例哦。

二、吸盤不是「吸」盤
西元1654年，在德國馬德堡（Magdeburg），格里克（O.von Guericke，1602-1686）表演了一項集科學與演技的著名實驗----馬德堡半球實驗，把兩半球結合在一起，並將內部空氣抽出，證明了兩半球不會分開，乃是依靠大氣壓力的作用。今天應用此原理的器具，最常見的就是塑膠吸盤。將兩個塑膠吸盤互相對正，不用抽氣，只要用手擠壓，即見兩吸盤緊緊「吸住」，是教師講解馬德堡半球實驗的最佳代替品，真是既簡單又方便，效果也不錯。（小小馬德堡半球）
但是吸盤、吸盤，有時學生總認為吸盤是因為「吸力」吸住牆壁，才不會掉下來，怎麼跟大氣壓力有關呢？這時可以將一個塑膠吸盤貼在真空罐壁上，輕輕一壓，使吸盤「吸」住罐壁，然後蓋上蓋子，如圖三所示，以唧筒將罐中空氣慢慢抽出，則可見吸盤自罐壁掉落下來。
手拿吸盤緊貼住平滑的牆壁，並輕輕擠壓吸盤，將吸盤與牆壁間的空氣擠出，放手後，吸盤的彈性欲使吸盤恢復原狀，結果吸盤與牆壁之間的密閉空間體積變大，而形成部分真空，因此密閉空間的氣體壓力小於外界大氣壓力，吸盤受到壓向牆壁的作用力，使吸盤緊貼牆壁，而不會掉落。經由以上實驗，可使學生了解塑膠吸盤是利用大氣壓力而緊貼牆壁，並不是『吸』力使吸盤緊貼牆壁。
以了解波以耳定律。另外，在250mL的燒杯中，裝入90℃以上的熱水100mL，然後放入真空罐中，並以唧筒將罐中空氣慢慢抽出，則見熱水又再度沸騰，是介紹低壓沸騰的方法之一，大家可以試試看。
（以上文章原刊載於88年1月14日台灣立報8，9版，並稍做修改。）