【BOSON】冰雪融化实验及BOSON防水温度传感器试用（上）
这只是一个实验过程记录，一边观察，一边思考与记录。在整个过程中探索，验证与发现。
不完整，也不是教程。
只是我感兴趣的一个探究。
至于达到什么结果，也不清楚，小朋友参与了这个实验。【2.20补记：两天进行了一个并不严谨的探究实验，汇总到了（上）（中）两个帖子，第一天的实验在摸索，走了不少弯路，第二天稍微清晰了一些，围绕冰雪融化和BOSON防水温度传感器试用开展了一些探究，希望在学校社团活动中能用到。如果能给您在STEM教学活动中器材选型及教学内容有些参考，就是更开心的一件事了。】
实验目标：试用BOSON防水温度传感器尝试找出传感器(掌控板下)测试数据与温度值之间的关系探索冰雪融化时的温度变化及吸热情况。
实验在室内进行。室温约6摄氏度，今天的实验中没有加热，只是让冰雪自然融化。
器材准备：
1、BOSON防水温度传感器12、掌控板 13、掌控扩展板 14、温度计 15、铁架台 16、烧杯及冰雪水混合物 1
本实验的冰雪水混合物取自小朋前天收集的一大锅雪，有些融化呈雪水混合状。
用掌控板的原因是掌控板的屏幕可以方便读数（但是在mPhthonX下现在还没有这种传感器的数据换算适配程序，所以我跳进了一个小坑里，并希望能找到数据与温度的关系）。
器材如图：
用锂电池（没有电池数据标示）供电。
雪一杯
温度模块探头与温度计液泡固定在一起
测温探头与温度计放入雪水混合物中间（要求不能接触杯壁，在中间位置）
实验开始时间：15：30
资料：
【冰水混合物】一般把冰水混合物作为0℃的温度参考，要注意的是，在实验室中一般测得的冰水混合物温度在0-4摄氏度左右，而不是0℃。
知识点
1、冰是晶体，晶体的熔化温度叫做熔点。
同一种晶体的熔点和凝固点是相同的，但会随外界压强变化而变化。
在压强改变的情况下，冰的熔点变化，冰水混合物的温度改变.在一个标准大气压下，冰（水）的熔点（凝固点）为0°C，当水在凝固，冰在熔化时，就是冰水混合物的状态，晶体在熔化和凝固时温度保持不变，所以冰水混合物的温度一直是0°C。
对于冰水混合物
1、如果你把它放在很高的温度下。（如40℃的房间）它当然要吸热。但因为有冰，所以热量先被冰吸收熔化。而冰吸热熔化的过程，温度不变，还是0℃。所以，只要里面有冰，温度就不会升高（还是0℃）。
2、如果你把它放在很低的温度下。（如-40℃的房间）它当然要放热。但因为有水，所以水先放热。而水放热凝固的过程，温度不变，还是0℃。所以，只要里面有水，温度就不会降低（还是0℃）。
冰水混合物的温度随大气压强改变吗？
冰水混合物的温度，在一个标准大气压下是0℃。
当压强增大或减小时，会发生变化。
变化的规律是，压强变大，冰的熔点降低，也就是冰水混合物的温度降低。
如，0℃以下的冰，假设是－0.3℃加大压强，用锤子敲打时，它会熔化成水。
【1个标准大气压的由来 】
地球的周围被厚厚的空气包围着，这些空气被称为大气层。空气可以向水那样自由的流动，同时它也受重力作用。因此空气的内部向各个方向都有压强，这个压强被称为大气压。1654年格里克在德国马德堡作了著名的马德堡半球实验，这让人们对大气压有了深刻的认识，但大气压到底有多大人们还不清楚。11年后意大利科学家托里拆利在一根80厘米长的细玻璃管中注满水银倒置在盛有水银的水槽中，发现玻璃管中的水银大约下降了4厘米后就不再下降了。这4厘米的空间无空气进入，是真空。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱的长度。根据压强公式科学家们准确地算出了大气压在标准状态下为1.01×105Pa。
大气压的变化跟高度有关。大气压是由大气层受到重力作用而产生的，离地面越高的地方，大气层就越薄，那里的大气压就应该越小。不过，由于跟大气层受到的重力有关的空气密度随高度变化不均匀，因此大气压随高度减小也是不均匀的。
大气压的变化还跟天气有关。在不同时间，同一地方的大气压并不完全相同。我们知道，水蒸气的密度比空气密度小，当空气中含有较多水蒸气时，空气密度要变小，大气压也随着降低。一般说来，阴雨天的大气压比晴天小，晴天发现大气压突然降低是将下雨的先兆；而连续下了几天雨发现大气压变大，可以预计即将转晴。另外，大气压的变化跟温度也有关系。因气温高时空气密度变小，所以气温高时大气压比气温低时要小些 。
大气压不是固定不变的。为了比较大气压的大小，在1954年第十届国际计量大会上，科学家对大气压规定了一个“标准”：在纬度45°的海平面上，当温度为0℃时，760毫米高水银柱产生的压强叫做标准大气压。既然是“标准”，在根据液体压强公式计算时就要注意各物理量取值的准确性。从有关资料上查得：0℃时水银的密度为13.595×103千克／米3，纬度45°的海平面上的g值为9.80672牛／千克。于是可得760毫米高水银柱产生的压强为 ：
p水银=ρ水银gh
=13.595×103千克／米3×9.80672牛／千克×0.76米
=1.01325×105帕。
标准大气压，记作atm
1标准大气压=1atm=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.336m水柱。
1标准大气压＝101325 N／㎡。
根据以上资料，本实验的严谨程度不够。
1、查找当前气压为1024.6mb(天气预报数据)，比1标准大气压稍大一点（手上没有气压计）。
2、温度计手里只有一支（分度值 1，来自实验室，有MC标记），精度多少不知（查资料后，发现大约是0.5），按比较标准来用吧。
掌控程序经过三次迭代。
程序准备：1、第一个版本，数据显示太快，不好读取（读数在2000+，并且随温度高读数变小，传感器数据与温度到底是什么关系呢）。
2、第二个版本，加上延时500ms，数据显示仍然频度较高，看来传感器挺灵敏的。
3、第三个版本，求20个数据的平均值。从科学探究的角度，多次测量求平均值是常用的方法（今天记录的数据主要用到这个程序，但是感觉数据量还少，平均值相对上面两种方法稳定，但还是有波动）。
BOSON防水温度传感器在商城内并没有资料。
只找到DS18B20 防水温度传感器套件，多外观上看，传感器是3线的，与boson的不同。资料也是只能参考了。
有arduino样例，不会，绕行吧。
有MIND+的程序，手上备的还真有，必要时拿出来一起测试。
BOSON科学实验装，资料查找中……
李工们正在放假，先不打扰他们，自己找找先。
哈哈，记得前面找到过boson的宝库，写在帖子中，果然找到了。https://renjichang.gitbook.io/boson/
是它是它就是它。
资料读过，决定增加设备：
1、boson防水温度传感器 1
2、boson电池盒 1
3、bosonoled屏 1
4、boson 电源主板-一路 1
去年暑假参加DF活动，小朋友获得的BOSON科学器材，有上面模块，可以用。
19：00
器材组装完毕，探头放冰水合物中，用小米手机充电适配器（5V2A）供电。
目测可以明显看到冰雪有些融化了。【下面的操作后来发现有很严重的问题，2.19日补记】
温度值如图，读数相当稳定。可是感觉数据很不准啊，冰水中。40.8摄氏度。
换个充电适配器（小米 5V1000mA）
数据也稳定，27.9摄氏度。
换电池盒供电（三节新AAA电池）。
读数19.7摄氏度，并且不稳定。
这样，我发现前面的记录的数据是有问题的。
【实验阶段小结】
【一】温度计的数据一直稳定在-1.2摄氏度（这个数据是符合上面资料内容的）。
1、一般把冰水混合物作为0℃的温度参考，要注意的是，在实验室中一般测得的冰水混合物温度在0-4摄氏度左右，而不是0℃。
2、冰水混合物的温度，在一个标准大气压下是0℃。当压强增大或减小时，会发生变化。变化的规律是，压强变大，冰的熔点降低，也就是冰水混合物的温度降低。
3、在一个标准大气压下，冰（水）的熔点（凝固点）为0°C，当水在凝固，冰在熔化时，就是冰水混合物的状态，晶体在熔化和凝固时温度保持不变，所以冰水混合物的温度一直是0°C。
【二】锂电池电量消耗影响了传感器的读数。所以19：30之前记录的不断下降的值是无效数据。
19：30更换用小米5V 1000mA适配器供电后，就取得稳定的数据。
前面我还一直纳闷，冰水混合物普通温度计的读数稳定，而传感器的值为什么一直下降呢。
现在搞明白了，设备耗电导致供电电压不足，读数也不准确了。
【三】2.20补记，现在回看前面的记录，感觉有些可笑，一个个坑踩过来，才发现路大致该咋走。
我手上有两个BOSON防水温度传感器，第二天测试时发现两个传感器在同一环境下的读数也有误差。所以在严谨的探究中首先标定传感器，并控制变量进行多组实验取平均值所得结论更可靠（虽然在课堂上这样讲给学生听，但实践中的经验更加印象深刻）。
同时，纯水和溶液的凝固点是有差异的，自然降雪并不是纯水，同时我取的实验样冰雪是小朋友从房顶收集的，包含了更多杂质，所以浓度会更大一些。
今天的实验到此暂停。
因为不能用自动记录（小朋友也提出来这个问题，因为普通温度计要读数记录啊），融化过程还在继续，明天继续下一步实验。
如何设计修改实验方法，让我想想。
明天继续。
欢迎各位老师提些建议。
科学探究很震撼，赞一个 精华的科学探究，赞。。。。。。。。。。。。 gray6666 发表于 2019-2-20 07:55
精华的科学探究，赞。。。。。。。。。。。。
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