ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Transcript

1 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Στόχοι των δραστηριοτήτων. Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να: αναφέρουν διάφορους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να αυξήσουμε τη θερμοκρασία διαπιστώσουν πειραματικά ότι όταν ένα σώμα απορροφά θερμότητα η θερμοκρασία του αυξάνεται να διαπιστώσουν πειραματικά ότι όταν ένα σώμα απορροφά θερμότητα, η θερμοκρασία ενός σώματος. διαπιστώσουν πειραματικά ότι η θερμότητα ρέει από τα θερμά στα ψυχρά σώματα αναφέρουν ότι την αλλαγή της φυσικής κατάστασης από υγρή σε αέρια, όταν αυτή γίνεται σε όλο το υγρό, την ονομάζουμε βρασμό διαπιστώσουν ότι η θερμοκρασία βρασμού του νερού είναι συγκεκριμένη διακρίνουν το φαινόμενο της εξάτμισης από το φαινόμενο του βρασμού διαπιστώνουν πειραματικά ότι τα στερεά σώματα διαστέλλονται, όταν θερμαίνονται διαπιστώσουν πειραματικά ότι τα στερεά σώματα συστέλλονται, όταν ψύχονται

2 Θεωρητικό υπόβαθρο Η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι δύο διαφορετικές έννοιες. Η θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από το θερμότερο σώμα στο ψυχρότερο, ενώ η θερμοκρασία εκφράζει τη μέση κινητική ενέργεια των δομικών σωματιδίων. Με πιο απλά λόγια η θερμοκρασία εκφράζει το πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα, δηλαδή χαρακτηρίζει την κατάσταση στην οποία βρίσκεται ένα σώμα. Επίσης, η προσφορά θερμότητας σε ένα σώμα συνεπάγεται την αύξηση της θερμοκρασίας. Όταν δύο σώματα έρχονται σε επαφή, η ενέργεια ρέει από το θερμότερο στο ψυχρότερο σώμα. Η βασικότερη πηγή θερμότητας είναι ο Ήλιος. Τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη θερμότητα ονομάζονται θερμικά φαινόμενα. Τα φαινόμενα αυτά οφείλονται στις μεταβολές της εσωτερικής ενέργειας. Η εσωτερική ενέργεια ενός σώματος είναι ίση με την κινητική και δυναμική ενέργεια που έχουν οι δομικοί λίθοι των σωμάτων. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική ενέργεια τόσο μεγαλύτερη είναι και η θερμοκρασία. Η θερμότητα μεταδίδεται με αγωγή από το πιο ζεστό προς το πιο κρύο σώμα. Η θερμότητα μεταφέρεται με ρεύματα από το πιο ζεστό προς το πιο κρύο σώμα. Η θερμότητα διαδίδεται με ακτινοβολία. Τα υλικά σώματα απορροφούν θερμότητα και μάλιστα τα σκουρόχρωμα σώματα περισσότερο από τα ανοικτόχρωμα 1 η δραστηριότητα: Δύο έννοιες διαφορετικές - Θερμότητα - Θερμοκρασία Εργαλεία, Υλικά (2) Λύχνοι υγραερίου (1) ποτήρι ζέσεως με νερό (1) ποτήρι ζέσεως με λάδι (2) θερμόμετρα υδραργύρου Οι μαθητές διαπιστώνουν ότι η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι δύο διαφορετικές έννοιες. Επίσης, διαπιστώνουν πειραματικά ότι όταν ένα σώμα απορροφά θερμότητα η θερμοκρασία του αυξάνεται.

3 Εκτιμώμενη διάρκεια πραγματοποίησης της άσκησης: 45 λεπτά Πειραματική διαδικασία: Βήμα 1 ο Βήμα 2 ο Βάζουμε σε ένα ποτήρι ζέσεως 50ml νερό και σε άλλο ποτήρι 50ml λάδι. Τοποθετούμε το ποτήρι ζέσεως που περιέχει νερό πάνω στο λύχνο υγραερίου. Τοποθετούμε το ποτήρι ζέσεως που περιέχει λάδι στο δεύτερο λύχνο. Ρυθμίζουμε τους λύχνους ώστε να προσφέρουμε την ίδια ποσότητα θερμότητας και στα δύο ποτήρια. Παρατηρούμε τη θερμοκρασία στα θερμόμετρα και φροντίζουμε να έχουν την ίδια θερμοκρασία. Έπειτα τοποθετούμε τα θερμόμετρα μέσα στα ποτήρια ζέσεως. Προσφέρουμε θερμότητα στα υγρά, προσέχοντας να προσδώσουμε το ίδιο περίπου ποσό θερμότητας. Καταγράφουμε τη θερμοκρασία στον επόμενο πίνακα ανά λεπτό. Προσοχή: Καθ όλη τη διάρκεια των μετρήσεων, η άκρη του θερμομέτρου να μην ακουμπάει στη βάση του σκεύους. Βήμα 3 ο ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΧΡΟΝΟΣ Ποτήρι με νερό Ποτήρι με λάδι 1 ο λεπτό 2 ο λεπτό 3 ο λεπτό 4 ο λεπτό 5 ο λεπτό 6 ο λεπτό 7 ο λεπτό 8 ο λεπτό 9 ο λεπτό 10 ο λεπτό Συμπέρασμα: Παρατηρούμε ότι ενώ προσφέρουμε την ίδια ποσότητα θερμότητας στα δύο ποτήρια ζέσεως που περιέχουν νερό και λάδι αντίστοιχα, η θερμοκρασία τους διαφέρει. Ακόμα, διαπιστώνεται ότι όταν ένα σώμα απορροφά θερμότητα η θερμοκρασία του αυξάνεται

4 2 η δραστηριότητα: Ροή θερμότητας από τα θερμότερα προς τα ψυχρότερα σώματα (1) Λύχνος υγραερίου (1) λεκάνη με κρύο νερό (1) ποτήρι ζέσεως με 50ml νερό (2) θερμόμετρα υδραργύρου Οι μαθητές διαπιστώνουν τη ροή ενέργειας- θερμότητας από ένα σώμα σε άλλο λόγω διαφορετικής θερμοκρασίας. Ακόμη κατανοούν ότι η θερμότητα ρέει από τα θερμά στα ψυχρά σώματα Εκτιμώμενη διάρκεια πραγματοποίησης της άσκησης: 45 λεπτά Πειραματική διαδικασία: Τοποθετούμε ένα ποτήρι ζέσεως που περιέχει 50ml ζεστό Βήμα 1 ο νερό μέσα σε ένα μεγαλύτερο ποτήρι που περιέχει κρύο νερό, ώστε το νερό στα δύο ποτήρια να βρίσκεται περίπου στην ίδια στάθμη. Βήμα 2 ο Με τη βοήθεια των θερμομέτρων παρακολουθούμε τη μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού και στα δύο δοχεία. Προσοχή: Καθ όλη τη διάρκεια των μετρήσεων, η άκρη του θερμομέτρου να μην ακουμπάει στη βάση του σκεύους. Βήμα 3 ο Σημειώνουμε τις μετρήσεις στον παρακάτω πίνακα: ΧΡΟΝΟΣ 1 ο λεπτό 2 ο λεπτό 3 ο λεπτό 4 ο λεπτό 5 ο λεπτό ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ στο μικρό δοχείο ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ στο μεγάλο δοχείο Παρατηρούμε ότι καθώς περνούν τα λεπτά η θερμοκρασία του νερού στο μικρό δοχείο μειώνεται, ενώ αντίθετα η θερμοκρασία νερού στο μεγάλο δοχείο αυξάνεται. Συμπεραίνουμε ότι όταν δύο σώματα με διαφορετικές θερμοκρασίες έρχονται σε επαφή, τότε ρέει ενέργεια από το ένα σώμα στο άλλο. Την ενέργεια αυτή την ονομάζουμε θερμότητα. Η θερμότητα ρέει από τα θερμότερα προς τα ψυχρότερα σώματα.

5 3 η δραστηριότητα: Βρασμός (1) Λύχνος υγραερίου (1) ποτήρι ζέσεως με 50ml νερό (1) θερμόμετρο υδραργύρου (1) μαρκαδόρο Οι μαθητές διακρίνουν το φαινόμενο της εξάτμισης από το φαινόμενο του βρασμού. Διαπιστώνουν ότι, κατά το βρασμό, ένα μέρος της προσφερόμενης ενέργειας χρησιμοποιείται για την αλλαγή της φυσικής κατάστασης του υγρού. Εκτιμώμενη διάρκεια πραγματοποίησης της άσκησης: 45 λεπτά Πειραματική διαδικασία: Βήμα 1 Σε ένα ποτήρι ζέσεως βάζουμε 50ml νερού και με έναν μαρκαδόρο σημειώνουμε τη στάθμη του νερού στο ποτήρι. Βήμα 2 ο Θερμαίνουμε το νερό στο ποτήρι με τη βοήθεια ενός λύχνου και μετράμε τη θερμοκρασία του υγρού κάθε δύο λεπτά. Προσοχή: Καθ όλη τη διάρκεια των μετρήσεων, η άκρη του θερμομέτρου να μην ακουμπάει στη βάση του σκεύους. Σημειώνουμε τις μετρήσεις στον παρακάτω πίνακα: Βήμα 3 ο ΧΡΟΝΟΣ 2 ο λεπτό 4 ο λεπτό 6 ο λεπτό 8 ο λεπτό 10 ο λεπτό ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Τηλ. Αφού ΕΚΦΕ σβήσει Αγίων Αναργύρων: ο λύχνος, περιμένουμε λίγα URL: λεπτά, για να κρυώσει Blog:real-chemistry.blogspot.gr το νερό και σημειώνουμε ξανά τη στάθμη του νερού στο ποτήρι.

6 4 η δραστηριότητα: Σταθερή θερμοκρασία βρασμού (1) Λύχνος υγραερίου (1) ποτήρι ζέσεως με 50ml νερό (1) θερμόμετρο υδραργύρου Οι μαθητές διαπιστώνουν ότι κατά τη διάρκεια του βρασμού η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. Εκτιμώμενη διάρκεια πραγματοποίησης της άσκησης: 90 λεπτά Πειραματική διαδικασία: Τοποθετείτε ένα ποτήρι ζέσεως, που μέσα περιέχει 50ml νερό, πάνω στον λύχνο υγραερίου κι ανάβετε τη φωτιά. Καταγράφετε τη θερμοκρασία στον επόμενο πίνακα ανά λεπτό. Προσέξτε: Καθ όλη τη διάρκεια των μετρήσεων, η άκρη του θερμομέτρου να μην ακουμπάει στη βάση του σκεύους. Το νερό ζεσταίνεται κι αρχίζει να βράζει. Όταν το νερό συνεχίζει να βράζει, παρατηρείς ότι η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται, μένει η ίδια ή μειώνεται; Βήμα 1 ο ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΧΡΟΝΟΣ Ποτήρι με νερό Ποτήρι με νερό 1 ο λεπτό 2 ο λεπτό 3 ο λεπτό 4 ο λεπτό 5 ο λεπτό 6 ο λεπτό 7 ο λεπτό 8 ο λεπτό 9 ο λεπτό 10 ο λεπτό 11 ο λεπτό 12 ο λεπτό 13 ο λεπτό 14 ο λεπτό 15 ο λεπτό

7 Βάλτε τις τιμές χρόνου σε λεπτά στον οριζόντιο άξονα και στον κατακόρυφο τις τιμές της θερμοκρασίας. Τοποθετήστε τα σημεία των μετρήσεων στο γράφημα και ενώστε τα με μια συνεχή γραμμή. Συζητήστε τα αποτελέσματα Βήμα 2 ο Βήμα 3 ο Από τα παραπάνω αποτελέσματα και το παραπάνω σχεδιάγραμμα παρατηρούμε ότι κατά τη διάρκεια του βρασμού η θερμοκρασία παραμένει σταθερή.

8 Πειραματική διαδικασία: 1 ος Προβληματισμός: α. Εάν θερμάνουμε μια ποσότητα 100 ml νερού και μία ποσότητα 150ml νερού, πιστεύεις ότι η θερμοκρασία στην οποία θα βράσουν τα 100ml νερού θα είναι μεγαλύτερη, ίση ή μικρότερη από τη θερμοκρασία στην οποία θα βράσουν τα 150ml νερό; 2 ος Προβληματισμός: 3 ος Προβληματισμός: β. Αντίστοιχα, ο χρόνος που θα χρειαστεί για να βράσουν τα 150 ml νερού πιστεύεις ότι θα είναι μεγαλύτερος, ίσος ή μικρότερος, συγκριτικά με τον χρόνο που απαιτείται για να βράσουν τα 100 ml νερού; γ. Εάν θερμάνουμε μία ποσότητα νερού με την ίδια ποσότητα αλατόνερου, πιστεύεις ότι η θερμοκρασία στην οποία θα βράσει η ποσότητα νερού θα είναι μεγαλύτερη, ίση ή μικρότερη συγκριτικά με εκείνη στην οποία θα βράσει η ποσότητα από αλατόνερο; 4 ος Προβληματισμός: δ. Εάν πραγματοποιήσουμε το πείραμα του βρασμού στην επιφάνεια της θάλασσας και στην κορυφή του Ολύμπου, όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι χαμηλότερη θεωρείτε ότι το νερό θα βράσει στην ίδια θερμοκρασία, σε μικρότερη ή σε μεγαλύτερη θερμοκρασία; Η θερμοκρασία βρασμού ενός σώματος από την ποσότητα. Ο χρόνος που απαιτείται για να ολοκληρωθεί το φαινόμενο του βρασμού από την ποσότητα που βράζει. Η θερμοκρασία βρασμού ενός σώματος από το υλικό του και τις προσμίξεις. Η θερμοκρασία βρασμού ενός σώματος από την ατμοσφαιρική πίεση.

9 5 η δραστηριότητα: Διαστολή - Συστολή (1) κομμάτι ξύλο (2) μεγάλα καρφιά (1) κερί (1) ξύλινο μανταλάκι (1) κέρμα (1) ποτήρι με νερό Οι μαθητές κατανοούν τις έννοιες της διαστολής και της συστολής των στερεών σωμάτων Εκτιμώμενη διάρκεια πραγματοποίησης των ασκήσεων: 45 λεπτά 1 η Πειραματική διαδικασία: Βήμα 1 ο Καρφώνουμε 2 καρφιά πάνω στο κομμάτι ξύλου, με τέτοιο τρόπο ώστε το κέρμα να περνάει ίσα-ίσα ανάμεσά τους. Βήμα 2 ο Πιάνουμε με το μανταλάκι το κέρμα από την άκρη του και το θερμαίνουμε με το κερί. Προσέξτε: Μην καεί το ξύλινο μανταλάκι. Βήμα 3 ο Δοκιμάζουμε να αφήσουμε το κέρμα να πέσει ανάμεσα από τα καρφιά. Τι παρατηρούμε; Βήμα 4 ο Γεμίζουμε ένα ποτήρι με νερό με νερό και βουτάμε το κέρμα στο ποτήρι, για να κρυώσει. Δοκιμάζουμε ξανά να το αφήσουμε να πέσει ανάμεσα στα καρφιά. Τι παρατηρούμε;

10 6 η δραστηριότητα: Διαστολή Συστολή (2) (1) συσκευή (συστολής-διαστολής) (1) λύχνος υγραερίου Οι μαθητές κατανοούν τις έννοιες της διαστολής και της συστολής των στερεών σωμάτων 2 η Πειραματική διαδικασία: Συστολή - Διαστολή Βήμα 1 ο Δοκιμάζουμε να περάσουμε τη σφαίρα από την οπή (τρύπα) της συσκευής. Βήμα 2 ο Θερμαίνουμε τη σφαίρα με τη βοήθεια του λύχνου. Προσέξτε: Καθ όλη τη διάρκεια της θέρμανσης, δεν πρέπει να ακουμπάμε ούτε τη σφαίρα ούτε την αλυσίδα. Βήμα 3 ο Δοκιμάζουμε να περάσουμε τη σφαίρα από την οπή (τρύπα) της συσκευής, όπως προηγουμένως. Τι παρατηρούμε; Συμπεραίνουμε ότι τα στερεά σώματα διαστέλλονται, όταν θερμαίνονται κι ότι συστέλλονται, όταν ψύχονται