自然與生活科技領域 奇妙的雲雨霧 製作者：陳玉屏
自然界中到處都有水，水以各種不同的面貌存在著。 地球上，陸地只佔百分之三十，百分之七十是水‧如海洋、湖泊、河川、南北兩極的冰山等等皆是由水組成的。 還有你們知道嗎？水在我們人體佔了百分之九十的比例呢！
雲、雨、霧是水形成的嗎？ 是的，沒錯！ 它們之間是什麼關係？ 水的蒸發與凝結形成了雲、雨、霧的相互變化。 它們會影響天氣的變化嗎？ 是的，由它們存在的型態與多寡主導了天氣的變化。
第二單元 活動 1：衣服晒乾了 小朋友，相信你一定看過媽媽晒衣服或幫媽媽晒過衣服。那些溼衣服在陽光下放一陣子之後，會有怎樣的改變呢 ？ 第二單元 活動 1：衣服晒乾了 小朋友，相信你一定看過媽媽晒衣服或幫媽媽晒過衣服。那些溼衣服在陽光下放一陣子之後，會有怎樣的改變呢 ？ 衣服變乾了，水不見了。
沒錯，水受熱會蒸發成水蒸氣散到空氣中，我們卻看不見它。 由衣服晒乾的現象我們來想一想 (1)衣服上的水為什麼會不見呢？ (2)衣服上的水到哪裡去了呢？怎 麼會看不見呢？ 沒錯，水受熱會蒸發成水蒸氣散到空氣中，我們卻看不見它。
「水蒸氣是看不見的」 許多人看見水沸騰後，所冒出的 白煙以為那就是水蒸氣，其實那 是水蒸氣受到周圍空氣冷卻後的 小水滴，一般人都有這方面的迷 思概念， 小朋友可不要搞混了！
生活小常識-你不能不知道 水在常溫中，從液體變成氣（水蒸氣）的現象，叫做蒸發。把水加熱到100 ℃，水也會變成水蒸氣，這叫做沸騰。蒸發和沸騰不同的是蒸發在普通溫度下就會發生，沸騰必須加熱到水的沸點。(100 ℃)時才會發生。
水的蒸發是怎麼形成的呢？ 試試看，用一瓶蓋的水設計一個實驗來證明這句話是否正確。 水的蒸發是怎麼形成的呢？ 試試看，用一瓶蓋的水設計一個實驗來證明這句話是否正確。 加熱 灑在地上 放在室內的桌上 放在陽光下 還有……
實驗證實 結果： 水都不見了。 證明 ： 水───→水蒸氣 蒸發 結論：水會蒸發成水蒸氣散到空氣 中，讓我們看不見。這種看 不見的水，就是水蒸氣。
第二單元 活動 2：空氣中真的有水蒸氣嗎？ 水會變成看不見的水蒸氣跑到空氣中，空氣中真的有水蒸氣嗎？哪些事情可以證明呢？
日常生活中有許多現象都可以證明空氣中有許多水蒸氣，例如：餅乾、海苔放置空氣中，一段時間後，餅乾、海苔都變軟了。除濕機除濕一段時間後，水箱中有許多水。
還可用什麼方法證明空氣中有水蒸氣？ 將冰飲料罐放置在空氣中一陣子。 發現了什麼？ 冰飲料罐外有許多小水滴，但是不冰的飲料罐外就沒有小水滴。 怎麼會這樣呢？ 因為空氣中有許多看不見的水蒸氣。而飲料冰的，所以可能是水蒸氣遇冷變成水。也就是說空氣中的水蒸氣遇冷應該就會變成小水滴，所以不冰的飲料罐外就沒有小水滴。
生活小常識-你不能不知道 冰飲料罐小水滴的多少與當天空氣中的水蒸氣多少有密切關係，當天濕度大，則小水滴就會較多。反之，則較少 。 做對照比較實驗時，要準備冰飲料灌 及不冰飲料灌兩組實驗放置空氣中一陣子，瓶外會有不同的現象，這就是所謂變因控制的觀念。
水蒸氣遇冷真的會變成水嗎？要證明這句話，需考慮哪些問題呢？ 要怎麼製造水蒸氣？ 加熱、陽光照射… 要怎麼收集水蒸氣？怎麼讓水蒸氣冷 卻？ 塑膠袋、杯蓋、玻璃杯… 水蒸氣冷卻後會變成什麼？ 水
實驗證實 證明： 1.水蒸氣碰到冷的物體，就會變 成小水珠。 2.水蒸氣冷卻會變成水。 水─→ 水蒸氣 --------→小水滴 水─→ 水蒸氣 --------→小水滴 蒸發 冷卻凝結
使用酒精燈的注意事項-1 1.酒精不可裝得太滿，也不能太少。 2.點火前，必須先檢查酒精是否有外漏的現象，須將它擦拭乾淨再點火。 3.點火時，須用火柴或打火機側面靠近燈蕊點火。千萬不可用另一個酒精燈來點火，這樣容易造成酒精溢出而發生危險。
使用酒精燈的注意事項-2 4.熄火時，不可用嘴吹，必須用蓋子蓋上熄火。 5.加熱要用陶瓷纖維網，否則燒瓶容易破裂，發生危險。 6.不可用課本、紙張……等易燃物將正在燃燒的酒精燈圍住，以免發生火災。
第二單元 活動 3：雲雨霧 下雨前後的天空有什麼不同呢？ (1)下雨前：雲很多，天空很暗。 (2)下雨後：雲變少了，天空亮了很多……
下雨前
下雨後
雨後天空的雲減少了，雲到哪裡去了？ 下雨後雲變少了，會不會是雲變成雨降到地面上了？ 如果是這樣，為什麼後來天上又有雲，雲是哪兒來的？ 如果雲會變成雨，那麼雲就應該是水做成的。
水在地面上，雲在天上，雲怎麼由水形成的？ 地面上的水受熱會變成水蒸氣上升到天空中，在高空中冷了就會變成小水滴。 為什麼水蒸氣看不見，雲看得見？ 水蒸氣看不見，小水滴看得見，雲也看得見，所以雲有可能是小水滴所形成的。
生活小常識-你知不知道 一般人都以為水蒸氣上升後，是在高空遇冷凝結為小水滴；然而事實上遇冷的機率小，而主要是靠熱空氣上升時自己會降溫，以致水蒸氣得以冷卻凝結為小水滴。 熱空氣因膨脹，使密度變小，體積加大，重量變小而上升。它膨脹時須對外界的空氣推擠作功，以致本身能量減少溫度降低，不與外界產生熱量的傳導，也未遇冷。此等現象叫做「絕熱冷卻」。
看看山上的雲朵
進入山腰後，咦？怎麼變成霧？
眼前所見只是白茫茫
小朋友！你有沒有課本中的這種經驗?在山腳下看到許多雲，但進入山腰一看，卻變成霧了？ 山腳下看到雲，但進入山腰看到的卻是白茫茫的一片濃霧。 你們知道那是怎麼一回事嗎？ 其實雲就是霧，霧就是雲！它們是一樣的。
實驗證實 證明： 將人員分成二隊，一隊留在山腰的濃霧中，一隊到山腳下。將觀察到的景象用手機交談。 二隊人員各看到了怎樣的景象？ 在山腰的那隊仍在濃霧中，連頭髮、衣服……都有點兒溼溼的；在山腳下的那隊看到的卻依然是雲。 由這些現象，你們發現了什麼沒有？ 雲就是霧，霧就是雲，雲霧都是由小水滴所形成的。
生活小常識-你不能不知道 雲和霧其實是相同的東西，都是小水滴飄浮在空中，只是位置不同的關係。位置在觀察點四周的是霧，位置比觀察點高的是雲。 日常生活中也有許多霧的例子，例如﹕早晨的晨霧、煮開水的白霧、冷天說話所冒出的白霧、打開冰箱的冷凍庫，可見白霧飄下……，都可證明霧是由小水滴所形成的。
在地面上看見的雲
在山腳下看看雲吧
在山腰上看見的雲
在山上看見的雲海
在飛機上看見的雲
在人造衛星拍下的雲相片
生活小常識-你不能不知道 時常於晨間所出現的霧，不多久就會不見，那是因為霧不久又受熱蒸發成水蒸氣散到空氣中了。例如：冬天的晨霧，常會因太陽出來一受熱，就蒸發成水蒸氣散到空氣中，所以霧也就散開不見了。
第二單元 活動4：雲雨霧是怎樣形成的？ 我們做了雲、霧可能是水蒸氣冷卻的小水滴所形成的推論，可以將雲雨霧三者的關係，用圖表示。 冷卻 聚集 第二單元 活動4：雲雨霧是怎樣形成的？ 我們做了雲、霧可能是水蒸氣冷卻的小水滴所形成的推論，可以將雲雨霧三者的關係，用圖表示。 冷卻 聚集 水--→水蒸氣--→小水滴----→雨 蒸發 凝結 (雲霧)下降
雲、雨、霧三者之間的關係如何呢？ 我們去查資料看看。 資料上記載著﹕ 水蒸氣冷卻凝結為小水滴時，除了要降溫外，空中必須要有微小的顆粒供水蒸氣附著，微小的顆粒稱做「凝結核」。例如：是空中微小的灰塵、煙粒和鹽粒。
要怎麼做才能證明雲是小水滴凝結而成的？大家想想看製造人造雲時，你會碰到哪些問題？ (1)水蒸氣要怎麼製造？ (2)水蒸氣要裝在哪裡？ (3)用什麼東西來使水蒸氣冷卻 呢？ (4)用什麼來當凝結核？……
大家討論看看，該怎麼解決那些問題呢？ (1)用熱水來製造水蒸氣可以嗎？但 是水要多熱？熱水要多少？…… (2)水蒸氣裝在量筒中，好嗎？ (3)用冰塊來冷卻水蒸氣好了，但是 冰塊放在哪兒呢？上面？下面？ (4)用煙可以當凝結核嗎？試試看， 該怎麼放呢？
現在各組做人造雲的實驗。實驗時，請注意安全，老師已準備好熱水，由老師倒，不可以自己倒。各組該準備些什麼，請先準備好。 老師準備：一大桶加冰塊、冰水及熱水。 各組：500 C.C. 量筒、塑膠袋（裝冰塊用）、玻璃皿、線香、打火機。
實驗注意事項 (1)熱水要夠熱，且加到量筒約1/3 ~ 1/2 的高度？ 若被熱水燙傷，應立即用冰水浸泡。 熱水溫度最好在75℃左右，否則溫度 太低時，水蒸氣不足；溫度太高時， 量筒中的人造雲會向外跑出。
(2)煙可再多加些，使凝結核多些。加煙後，量筒上面要盡快封好，否則煙很容易跑出去。 加煙時，可將冰袋置於量筒頂端，否則煙會因熱空氣上升緣故而跑出量筒外。冰袋內可裝一些水，並使塑膠袋垂貼在量筒的口部，約5分鐘後，移去冰袋，即可見到人造雲了。
啊！好漂亮的雲，頂部凸起，在翻來翻去，它會不會是線香產生的煙霧呢？ 移開冰塊，看看有什麼現象？ 啊！好漂亮的雲，頂部凸起，在翻來翻去，它會不會是線香產生的煙霧呢？ (1)量筒中出現了許多白色霧狀的東西。 (2)它應該是水蒸氣冷卻所凝結而成的小水滴。 (3)它會上升，也會下降，它不就是雲嗎？
在進行人造雲的實驗時，可在溼度很低的情況下加一組對照實驗。其所有做法都一樣，只改變一個變因，就是用全乾的量筒加煙後，量筒頂端口部覆蓋冰塊。數分鐘後，可見到煙在量筒中靜止不動，見上方呈現下凹的現象，和由水蒸氣所形成的人造雲的現象不同。 由於臺灣天氣很乾燥的機會不多，所以這個實驗必須在有冷氣或除濕設備的地方進行。本實驗由老師示範或觀看教學錄影帶。
煙在量筒中靜止不動，且上方呈現下凹的現象，和人造雲的頂端會凸起，且會翻動的現象不同。 .在很乾燥的天氣，我們來做個對照實驗。 你發現了什麼？它們跟自製的人造雲有什麼不同？ 煙在量筒中靜止不動，且上方呈現下凹的現象，和人造雲的頂端會凸起，且會翻動的現象不同。 啊！好漂亮的雲，頂部凸起，在翻來翻去，它會不會是線香產生的煙霧呢？
這個實驗證明了什麼？ 雲就是霧，霧就是雲·雲霧都是由水蒸氣冷卻後的小水滴所形成。 在短時間內要效果呈現，實驗室的作業方式常與實際狀況不同。例如﹕本單元做人造雲，就用了熱水、冰塊和大量的凝結核(煙)，此點和實際製造人造雨是有所不同。
我們已討論過雨是由雲形成的。現在我們再繼續討論看看，在量筒中，怎麼製造人造雨呢？ (1)同樣用人造雲的方法來人造雨，但是得在量筒上方加蓋。 (2)用透明的玻璃皿來當蓋子，才可以看得比較清楚。
.實際做做看，看到什麼。 (1)我們發現量筒的內壁有許多水滴由筒壁流下來。 (2)我們看見量筒上方的玻璃皿內有許多小水滴。 (3)當玻璃皿的水滴太大時，就會滴下來而形成我們所說的雨。 那些水滴是怎麼形成的？ 那些水滴是量筒中的水蒸氣冷卻形成雲、霧再由雲、霧形成雨。
根據以上的實驗，說說看雲、雨、霧到底是怎麼形成的？它們之間有什麼關係？ 冷卻 合併 水─→ 水蒸氣 ─--─→ 小水滴 ─--→ 大水滴 蒸發 凝結(核) (雲、霧) (雨〉
平常我們在一杯熱開水上方加蓋，會看到蓋內有許多小水滴，而且會滴落。這是因為杯蓋內有許多灰塵可使水蒸氣附著上去，並且凝結達到飽和狀態後，滴落下來。 ◆煮開水時可看見許多白色霧狀的煙，那是因為空氣中有許多灰塵，使水蒸氣能附著凝結成小水滴。
平常我們在一杯熱開水上方加蓋，會看到蓋內有許多小水滴，而且會滴落。這是因為杯蓋內有許多灰塵可使水蒸氣附著上去，並且凝結達到飽和狀態後，滴落下來。 ◆煮開水時可看見許多白色霧狀的煙，那是因為空氣中有許多灰塵，使水蒸氣能附著凝結成小水滴。
第二單元 活動 5：雲和天氣的變化 為什麼氣象報告時，總是要先看「衛星雲圖」？ 可以知道臺灣上空雲量的分布，再由雲量的多少來看天氣的好壞。 第二單元 活動 5：雲和天氣的變化 為什麼氣象報告時，總是要先看「衛星雲圖」？ 可以知道臺灣上空雲量的分布，再由雲量的多少來看天氣的好壞。 2.雲量的多少對天氣會有怎樣的影響呢？ 雲量越多，天氣大概就越不好，就越有可能會下雨。像下雨天時，雲就很多很黑。 雲量越少，表示天氣越好，晴天的機會就越大。像晴天有時萬里無雲，有時常可見絲狀或一朵朵的白雲。而陰天時，就常可見一大片的雲，鋪滿天空。
.所以雲和天氣的變化有怎樣的關係呢？ 雲會影響天氣的變化，所以天氣變了，雲的樣子也跟著變了。 4.一天中，天上會出現幾種雲呢？ 那可不一定，有時常出現不止一種的雲。 5.一天中，天氣常是穩定的嗎？ 那也不一定，一天之中，天氣也會有許多改變，有時多雲、時晴、偶陰，甚至還會下雨呢！
小朋友你們有沒有注意到不同的天氣，其雲量、雲狀、雲色……，都會有所不同。例如﹕雨天常可見雨層雲，積雨雲；陰天常可見層雲，晴天有時萬里無雲，有時會出現卷雲、積雲……
當天氣變化時，你會有怎樣的因應呢？ 出門可能得帶雨具，或得多加件衣服免得感冒了，尤其要更收看（聽）報導，看看是不是颱風來了，以盡早做好防颱準備……
●熱空氣會膨脹，冷空氣會收縮。 ●熱空氣會上升，冷空氣會下降。 ●開放系統中，氣體受熱膨脹後，氣壓變小；氣體變冷收縮後，氣壓變大。 ●氣壓高（大）處，空氣推向氣壓低（小），形成風。
絕熱膨脹（膨脹冷卻）：空氣壓縮時，空氣密度變大，因為空氣分子間距離變小，所以分子運動產生的互撞或碰撞器壁的機會增大，所以溫度上升。當氣體膨脹時，必須推開它四周的空氣，因此做了功，也耗損了本身的能量，所以溫度會下降。 ●陸地吸熱快，散熱也快；海洋吸熱慢，散熱也慢。 ●水的三態變化及雲的形成。
冷卻 冷卻 水蒸氣 小水滴 冰 水 水蒸氣 (雲、霧) 蒸發 凝結(核) 水蒸氣凝結條件：(1)凝結核。(2)飽和水蒸氣。 飽和水蒸氣形成的條件：(1)水氣多。(2)溫度下降。 溫度下降的形成條件：(1)遇冷。(2)絕熱膨脹。
雲量可使天氣分成多種形態 國際上通常以八分法來區分：(1)雲量少於四分之一的是晴天；(2)多於四分之一又少於四分之三的是多雲天；(3)雲量多於四分之三的是陰天；(4)雲量多到下雨了，是雨天。天空的雲量因氣溫、氣壓的變化而變化，因此天氣分晴、多雲、陰、雨的種類之外，時常出現晴時多雲偶陰或偶陣雨；或陰時多雲山區陣雨……的變化。
人造雨 有時候，某些地區雨量不平均，乾旱過久，造成水不夠使用，發生水荒，此時，人造雨是一種補救的方法。由飛機在高空灑出碘化銀，由它當作凝結核，使雲中的小水滴，附著上來，形成大水滴而降雨。或是在地面燃燒碘化銀飄到高空聚集水蒸氣而成雲雨。人造雨的成功率不盡理想，成本又高，即使下雨了，雨水也不易落入水庫，以便能有效地使用。因此應該節約用水，不可濫墾山坡地，讓上游能做好水土保持，沙土不致沖入水庫之中，乾旱時有水可用。