Φπζηθή Α Γπκλαζίνπ. Φύιιν εξγαζίαο 7 (Γηαζηνιή & ζπζηνιή λεξνύ) Δπηκέιεηα: Παπαδόπνπινο Γ. α. Παξαηεξώ πιεξνθνξνύκαη ελδηαθέξνκαη.

Transcript

1 α. Παξαηεξώ πιεξνθνξνύκαη ελδηαθέξνκαη. Σην δεκνηηθό ζρνιείν έρεηο κάζεη όηη ηα πιηθά ζώκαηα, είηε βξίζθνληαη ζηε ζηεξεή είηε ζηελ πγξή είηε ζηελ αέξηα θαηάζηαζε, γεληθά, δηαζηέιινληαη όηαλ ζεξκαίλνληαη θαη ζπζηέιινληαη όηαλ ςύρνληαη. Τν λεξό, όκσο, έρεη δηαθνξεηηθή ζπκπεξηθνξά όηαλ ζεξκαίλεηαη ή ςύρεηαη κεηαμύ ησλ ζεξκνθξαζηώλ 0 0 C θαη 4 0 C. Απηή πεξηγξάθεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα θαη θείκελν ηεο πξνεγνύκελεο έθδνζεο ηνπ βηβιίνπ ηνπ δεκνηηθνύ ζρνιείνπ «Δξεπλώ θαη Αλαθαιύπησ» (2003) ηεο Ση ηάμεο. Τν ζρήκα θαη ην θείκελν αλαθέξνληαη ζε ππνζεηηθό πείξακα ην νπνίν δελ είλαη εύθνιν λα γίλεη ζηε ζρνιηθή ηάμε ή ζην ζρνιηθό εξγαζηήξην. Αλ γεκίζνπκε κε λεξό ζεξκνθξαζίαο 10 0 C έλα δνρείν κε έλα ιεπηό ζσιελάθη θαη αξρίζνπκε λα ην ςύρνπκε, ζηελ αξρή ζα παξαηεξήζνπκε όηη ην λεξό ζπζηέιιεηαη όπσο όια ηα πγξά. Η ζηάζκε ζην ζσιελάθη θαηεβαίλεη. Κάησ όκσο από ηνπο 4 0 C, ε ζπκπεξηθνξά ηνπ λεξνύ είλαη δηαθνξεηηθή από ηε ζπκπεξηθνξά όισλ ησλ άιισλ πγξώλ. Ελώ ζπλερίδνπκε λα ςύρνπκε ην λεξό, θάησ από ηνπο 4 0 C αξρίδεη λα δηαζηέιιεηαη, παξόιν πνπ ε ζεξκνθξαζία ηνπ κεηώλεηαη. Η ζηάζκε ζην ιεπηό ζσιελάθη αλεβαίλεη. Η αζπλήζεο απηή ζπκπεξηθνξά ηνπ λεξνύ από ηνπο 4 0 C έσο ηνπο 0 0 C νλνκάδεηαη «αλσκαιία ζπζηνιήο» ηνπ λεξνύ. Β. Σπδεηώ,αλαξσηηέκαη, ππνζέησ. Σπδήηεζε κε ηνπο ζπκκαζεηέο ζνπ γηα ηελ αζπλήζηζηε απηή ζπκπεξηθνξά ηνπ λεξνύ ζηελ πεξηνρή ζεξκνθξαζηώλ κεηαμύ 4 0 C θαη 0 0 C. Έρνπλ θαη άιια πγξά ηελ ίδηα ζπκπεξηθνξά ζε απηέο ηηο ζεξκνθξαζίεο; Γξάςε ηηο ππνζέζεηο ζνπ. Παξαηήξεζε ηηο παξαθάησ εηθόλεο. Πώο κπνξείο λα ηηο εμεγήζεηο κε βάζε ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ λεξνύ ζε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο; Γξάςε ηηο ππνζέζεηο ζνπ. 58

2 Τν λεξό έρεη κηα αζπλήζηζηε ζπκπεξηθνξά από ηα ππόινηπα ζώκαηα ζηηο ζεξκνθξαζίεο κεηαμύ 0 0 C θαη 4 0 C. Όια ηα ζώκαηα όηαλ ςύρνληαη από ηνπο 4 0 C ζηνπο 0 0 C ζπζηέιινληαη, ην λεξό όκσο όηαλ ςύρεηαη ζε απηέο ηηο ζεξκνθξαζίεο δηαζηέιιεηαη (απμάλεηαη ν όγθνο ηνπ). Όια ηα ζώκαηα όηαλ ζεξκαίλνληαη από ηνπο 0 0 C ζηνπο 4 0 C δηαζηέιινληαη, ην λεξό όκσο όηαλ ζεξκαίλεηαη ζε απηέο ηηο ζεξκνθξαζίεο ζπζηέιιεηαη (ειιάησζε όγθνπ). Σηελ πξώηε εηθόλα παξαηεξνύκε θάηη πνπ όινη έρνπκε πάζεη όηαλ έρνπκε βάιεη έλα κπνπθάιη λεξό ζηελ θαηάςπμε θαη ην έρνπκε μεράζεη. Τν λεξό έρεη παγώζεη θαη έρεη δηαζηαιεί κε απνηέιεζκα κάιηζηα λα ζπάζεη θαη ην κπνπθάιη αλ είλαη γπάιηλν. Σηελ δεύηεξε εηθόλα έλα θνκκάηη πάγνπ επηπιέεη ζηελ ζάιαζζα. Απηό ζπκβαίλεη γηαηί ε ππθλόηεηα ηνπ πάγνπ είλαη κηθξόηεξε από απηήλ ηνπ λεξνύ. Σηελ ηξίηε εηθόλα παξαηεξνύκε κηα ιίκλε πνπ είλαη παγσκέλε. Κάησ από ηνλ πάγν ππάξρεη λεξό ζε πγξή κνξθή (πνπ όπσο είπακε έρεη ππθλόηεηα κεγαιύηεξε από ηνλ πάγν κε απνηέιεζκα απηόο λα επηπιέεη). Έηζη κπνξεί ζηελ επηθάλεηα λα ππάξρεη πάγνο αιιά θάησ λεξό νπόηε κπνξνύλ λα επηδήζνπλ νη έκβηνη νξγαληζκνί ζην βπζό. γ. Ελεξγώ πεηξακαηίδνκαη. Γηα λα ειέγμεηο κε πεηξακαηηζκό ηηο ππνζέζεηο ζνπ θαη ζηα δύν εξσηήκαηα, ζπγθέληξσζε ηα παξαθάησ πιηθά. Υιηθά / Όξγαλα: δύν πιαζηηθά θαπάθηα, λεξό, ιάδη, δύν πνηήξηα, δύν όκνηα κπνπθάιηα (γπάιηλα ή πιαζηηθά), δηαθαλέο πιαζηηθό δνρείν, ηξία ζεξκόκεηξα νηλνπλεύκαηνο (κε επηζπκεηή πεξηνρή ηηκώλ από C έσο 50 0 C), παγάθηα. Γηα ηελ νινθιήξσζε ησλ πεηξακάησλ 1 θαη 2 ρξεηάδεηαη αξθεηόο ρξόλνο. Γη απηό, θξόληηζε ή λα πξνεηνηκάζεηο όηη ρξεηάδεηαη από ηελ πξνεγνύκελε εκέξα ή ζα πεξηκέλεηο ηα απνηειέζκαηά ηνπο έσο ην επόκελν κάζεκα. Πείξακα 1: Γέκηζε ην έλα πιαζηηθό θαπάθη κε λεξό θαη ην άιιν κε ιάδη, κέρξη ην ρείινο ηνπο. Βάιε ηα δύν θαπάθηα ζηελ θαηάςπμε. Μεηά από κεξηθέο ώξεο, όηαλ ηα δύν πγξά έρνπλ παγώζεη, παξαηήξεζε πξνζερηηθά ην ζρήκα ηεο επηθάλεηαο θαζελόο. Παξαηεξώ απηά πνπ εηθνλίδνληαη παξαθάησ: 59

3 Τνπνζέηεζε ην παγάθη από λεξό ζε έλα πνηήξη πνπ πεξηέρεη κέρξη ηε κέζε λεξό. Τνπνζέηεζε ην παγάθη από ιάδη ζε έλα άιιν πνηήξη πνπ πεξηέρεη κέρξη ηε κέζε ιάδη. Γξάςε ηηο παξαηεξήζεηο ζνπ. Τν παγάθη από ην λεξό επηπιέεη ζην λεξό (επεηδή έρεη κηθξόηεξε ππθλόηεηα), αιιά ην παγάθη από ιάδη βπζίδεηαη ζην ιάδη (έρεη κεγαιύηεξε ππθλόηεηα). Πείξακα 2. Γέκηζε κέρξη ην ρείινο ηνπο δύν όκνηα κπνπθάιηα γπάιηλα ή πιαζηηθά, ην πξώην κε λεξό θαη ην δεύηεξν κε ιάδη. Κιείζε ηα δύν δνρεία θαη ηνπνζέηεζέ ηα ζηελ θαηάςπμε (αξηζηεξή εηθόλα). Μεηά από κεξηθέο ώξεο, όηαλ ηα πγξά έρνπλ παγώζεη, άλνημε ηελ πόξηα ηεο θαηάςπμεο (δεμηά εηθόλα). Γξάςε ηηο παξαηεξήζεηο ζνπ. Τν λεξό κεηαηξέπεηαη ζε πάγν θαη δηαζηέιιεηαη. Γειαδή απμάλεη ν όγθνο ηνπ. Αλ ην κπνπθάιη είλαη πιαζηηθό ζα παξακνξθσζεί (δειαδή ζα δηνγθσζεί). Αλ όκσο είλαη γπάιηλν ππάξρεη θίλδπλνο λα ζπάζεη. Αληίζεηα ην ιάδη ζπζηέιιεηαη κε ηελ ςύμε θαη ην κπνπθάιη πνπ ην πεξηέρεη δελ δηαηξέρεη θίλδπλν λα ζπάζεη αλ είλαη γπάιηλν. 60

4 Πείξακα 3. Γέκηζε ην δηαθαλέο δνρείν κε λεξό κέρξη ηε κέζε. Πξόζζεζε πεξίπνπ 20 παγάθηα. Κξέκαζε κε ζρνηλί ηα ηξία ζεξκόκεηξα πξνζέρνληαο ώζηε ηα δνρεία ηνπο κε ην νηλόπλεπκα λα είλαη ζε δηαθνξεηηθά βάζε. Τν έλα θνληά ζηνλ πάην ηνπ δνρείνπ, ην άιιν ζηε κέζε ηνπ δνρείνπ θαη ην άιιν ζην πάλσ κέξνο ηνπ. Πεξίκελε δέθα ιεπηά, ρσξίο λα αλαθηλήζεηο ή λα αλαθαηέςεηο ην λεξό. Γηάβαζε ηηο ηηκέο ησλ ζεξκνθξαζηώλ ζηα ηξία ζεξκόκεηξα. Γξάςε απηέο ηηο ηηκέο ζηνλ παξαθάησ πίλαθα. Παξαηεξώ ηηο παξαθάησ ηηκέο ζεξκνθξαζηώλ: Η ζεξκνθξαζία ζην πάλσ κέξνο ηνπ δνρείνπ όπνπ ππάξρεη πάγνο είλαη 0 0 C, ζην κέζν ηνπ δνρείνπ είλαη πεξίπνπ 2 0 C θαη ζην θάησ κέξνο ηνπ δνρείνπ πεξίπνπ 4 0 C. Γειαδή ζην πάλσ κέξνο ηνπ δνρείνπ ε ζεξκνθξαζία είλαη κηθξόηεξε θαη όζν θαηεβαίλνπκε πξνο ηα θάησ κεγαιώλεη. Η ζεξκνθξαζία πνπ αληηζηνηρεί ζηε κέγηζηε ππθλόηεηα πνπ είλαη δπλαηόλ λα έρεη ην λεξό ζε πγξή θαηάζηαζε είλαη 4 0 C. δ. Σπκπεξαίλσ, θαηαγξάθσ. Γξάςε ηα ζπκπεξάζκαηά ζνπ κε βάζε ηηο παξαηεξήζεηο ζνπ ζηα πεηξάκαηα: Σηα πεηξάκαηα 1 θαη 2 παξαηεξνύκε όηη: Όηαλ ην λεξό ςύρεηαη από ηνπο 4 0 C ζηνπο 0 0 C δηαζηέιιεηαη δειαδή απμάλεη ν όγθνο ηνπ, ζε αληίζεζε κε ηα ππόινηπα ζώκαηα (ιάδη) πνπ ζπζηέιινληαη. Τν θαηλόκελν απηό απνηειεί ηδηνκνξθία ηνπ λεξνύ. Τν παγάθη από λεξό έρεη κηθξόηεξε ππθλόηεηα από ην λεξό γηα ηνλ ιόγν απηό θαη επηπιέεη. Τν παγάθη από ιάδη έρεη κεγαιύηεξε ππθλόηεηα από ην ιάδη,γηα ηνλ ιόγν απηό βπζίδεηαη. 61

5 Σην πείξακα 3 παξαηεξνύκε όηη: Η ππθλόηεηα πνπ έρεη ην λεξό ζηνπο 0 0 C είλαη κηθξόηεξε από απηήλ πνπ έρεη ζηνπο 2 0 C θαη απηό κε ηελ ζεηξά ηνπ έρεη κηθξόηεξε ππθλόηεηα από ην λεξό ζηνπο 4 0 C. Άξα όηαλ ππάξρεη πάγνο επηπιέεη ζηελ επηθάλεηα πνηακώλ ζαιαζζώλ θαη ιηκλώλ θαη θάησ από ηελ επηθάλεηα ε ζεξκνθξαζία απμάλεη αλάινγα κε ην βάζνο θαη θηάλεη ζηνπο 4 0 C. ε. Εθαξκόδσ,εμεγώ, γεληθεύσ. Παξαηήξεζε ηε δηπιαλή εηθόλα θαη πξνζπάζεζε λα εμεγήζεηο κε ιίγα ιόγηα γηαηί έρνπλ πέζεη βξάρνη ζην έδαθνο. Τν λεξό ηεο βξνρήο ζε πγξή κνξθή εηζρσξεί ζηηο ξσγκέο ησλ βξάρσλ. Όηαλ ην λεξό παγώζεη δηαζηέιιεηαη κε απνηέιεζκα λα απμάλεη ν όγθνο ηνπ,λα ζπάδεη ηνπο βξάρνπο θαη λα απνθνιινύληαη ηκήκαηα ηνπο πξνθαιώληαο θαηνιίζζεζε. Αλαδήηεζε κεξηθά θαηλόκελα πνπ κπνξείο λα ηα εμεγήζεηο κε ηα ζπκπεξάζκαηά ζνπ θαη πεξίγξαςέ ηα. Σε πεξηνρέο πνπ ππάξρεη ρηόλη θαη ζεξκνθξαζίεο θνληά ζηνπο 0 0 C, δελ βγαίλεη λεξό από ηελ βξύζε θαη απηό ζπκβαίλεη γηαηί έρεη παγώζεη κέζα ζηηο ζσιελώζεηο. Πνιιέο θνξέο κάιηζηα ιόγσ ηεο δηαζηνιήο νη ζσιήλεο ζπάδνπλ κε απνηέιεζκα λα ρξεηάδνληαη αληηθαηάζηαζε. Τεξάζηηα παγόβνπλα επηπιένπλ ζηελ ζάιαζζα ιόγσ ηεο κηθξόηεξεο ππθλόηεηαο ηνπ πάγνπ έλαληη ηνπ λεξνύ. Παξαηήξεζε ζηηο δηπιαλέο εηθόλεο ηελ ίδηα ιίκλε, ην θαινθαίξη θαη ην ρεηκώλα. Παξαηήξεζε ηηο ελδεηθηηθέο ζεξκνθξαζίεο. Δμήγεζε απηέο ηηο ζεξκνθξαζίεο ην θαινθαίξη θαη ην ρεηκώλα, κε βάζε ηα ζπκπεξάζκαηά 62

6 ζνπ. Γηαηί δελ παγώλεη όιε ε ιίκλε ην ρεηκώλα; Τν θαινθαίξη ε επηθάλεηα ηεο ιίκλεο έρεη ςειόηεξε ζεξκνθξαζία επεηδή ζεξκαίλεηαη από ην πεξηβάιινλ θαη ν ήιηνο είλαη δπλαηόο. Βέβαηα όζν πάκε πξνο ηνλ βπζό ε ζεξκνθξαζία κεηώλεηαη θαζώο ην θσο δελ θηάλεη ζην βπζό. Τνλ ρεηκώλα όκσο ε επηθάλεηα ηεο ιίκλεο είλαη παγσκέλε αιιά ζηνλ βπζό παξακέλεη πγξή ζηνπο 4 0 C. Ο πάγνο επηπιέεη ιόγσ κηθξόηεξεο ππθλόηεηαο ζε ζρέζε κε ηελ πγξή κνξθή. Σπδήηεζε κε ηνπο ζπκκαζεηέο ζνπ θαη ηνλ/ηελ θαζεγεηή/ηξηά ζνπ γηα ηε ζεκαζία πνπ έρεη ε αλσκαιία ηεο ζπζηνιήο ηνπ λεξνύ ζηε ιίκλε. Γξάςε ηα θπξηόηεξα ζεκεία ηεο ζπδήηεζεο. Όπσο αλαθέξακε θαη παξαπάλσ ε αλώκαιε δηαζηνιή ηνπ λεξνύ είλαη πνιύ ζεκαληηθή γηα ηελ επηβίσζε ησλ έκβησλ νξγαληζκώλ ησλ ζαιαζζώλ θαη ησλ ιηκλώλ. Καη απηό γηαηί ην λεξό δελ παγώλεη ζην βπζό κε απνηέιεζκα νη νξγαληζκνί απηνί λα επηβηώλνπλ. Αλαθέξζεθε όηη, γεληθά, όια ηα ζώκαηα (εθηόο από ην λεξό ζηηο ζεξκνθξαζίεο 0 0 C έσο 4 0 C) δηαζηέιινληαη, όηαλ ζεξκαίλνληαη, θαη ζπζηέιινληαη, όηαλ ςύρνληαη. Με ηε βνήζεηα ηνπ/ηεο θαζεγεηή/ηξηάο ζνπ θαη κειεηώληαο ην παξάξηεκα, ζπδήηεζε κε ηνπο ζπκκαζεηέο ζνπ γηα ηελ εξκελεία ηεο δηαζηνιήο ησλ ζσκάησλ (εθηόο ηνπ λεξνύ από 0 0 C έσο 4 0 C) κε ηελ άλνδν ηεο ζεξκνθξαζίαο (ε εξκελεία θαη γηα ηελ αλώκαιε δηαζηνιή ηνπ λεξνύ έρεη δνζεί από ηελ επηζηήκε, αιιά ζα κειεηεζεί αξγόηεξα). Πώο κπνξείο λα εξκελεύζεηο απηό ην θαηλόκελν κε ηηο ζέζεηο θαη ηηο θηλήζεηο ησλ κνξίσλ ηνπ κηθξόθνζκνπ; Η πξνζθνξά ζεξκόηεηαο ζε έλα ζώκα έρεη απνηέιεζκα ηελ αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ, ηελ αύμεζε ηεο ηαρύηεηαο ησλ κνξίσλ θαη άξα ηελ απνκάθξπλζε ησλ κνξίσλ από ηελ ζέζε ηνπο. Έηζη απμάλνληαη νη δηαζηάζεηο ηνπ ζώκαηνο θαη έρνπκε ζεξκηθή δηαζηνιή (πξνζνρή: δελ δηαζηέιινληαη ηα κόξηα αιιά ηα ζώκαηα) Όηαλ έλα ζώκα απνβάιιεη ζεξκόηεηα πξνθαιείηαη κείσζε ηεο ηαρύηεηαο ησλ κνξίσλ,ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη άξα θαη ησλ απνζηάζεσλ ησλ κνξίσλ κεηαμύ ηνπο. Απηό πξνθαιεί ηελ κείσζε ησλ δηαζηάζεσλ ηνπ ζώκαηνο δειαδή ηελ ζεξκηθή ζπζηνιή. 63