ΣΔΕ ΑΓΡΙΝΙΟΥ Σχ. έτος ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Α. ΠΛΑΤΑΝΙΑ. Οι εκπαιδευτικοί στόχοι του συγκεκριμένου θέματος είναι:

Transcript

1 ΣΔΕ ΑΓΡΙΝΙΟΥ Σχ. έτος ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Α. ΠΛΑΤΑΝΙΑ Από τη θεματική ενότητα: ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Οι εκπαιδευτικοί στόχοι του συγκεκριμένου θέματος είναι: Να αντιληφθούν τη διαφορά μεταξύ θερμοκρασίας και θερμότητας. Να κατανοήσουν ότι η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας. Να μάθουν ότι στο σύμπαν, η θερμοκρασία μπορεί να ανέβει κατά εκατομμύρια βαθμούς όμως κάτω από το μηδέν (της κλίμακας Κελσίου)μπορεί να φθάσει μόνο μέχρι τους 273 ο C. Να κατανοήσουν τη θερμική διαστολή-συστολή των σωμάτων και την αιτία της. 1

2 ΣΔΕ ΑΓΡΙΝΙΟΥ Σχ. έτος ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Α. ΠΛΑΤΑΝΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ -- ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Θερμότητα θερμοκρασία Η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι έννοιες που συχνά χρησιμοποιούνται λάθος, η μια λέξη στη θέση της άλλης. Θερμοκρασία είναι εκείνο το φυσικό μέγεθος που μας δείχνει πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα. Για να μετρήσουμε με ακρίβεια τη θερμοκρασία ενός σώματος χρησιμοποιούμε τα όργανα που λέγονται θερμόμετρα. Τη θερμοκρασία στην καθημερινή μας ζωή τη μετράμε σε βαθμούς Κελσίου ( ο C). Πχ. Σήμερα η θερμοκρασία στο Αγρίνιο είναι 15 ο C. Το νερό αρχίζει να βράζει στους 100 ο C. Οι επιστήμονες πάντως μετράνε τη θερμοκρασία με μια άλλη μονάδα τους βαθμούς Κέλβιν ( ο Κ). Η θερμοκρασία 0 ο Κ αντιστοιχεί στους 273 ο C. Στη θερμοκρασία 0 ο Κ αντιστοιχεί το απόλυτο ψύχος. Δηλ. το άκρο άωτο του ψύχους είναι οι 273 ο C. Δεν υπάρχει θερμοκρασία μικρότερη από αυτή. Αξίζει να σημειωθεί ότι το μηδέν της κλίμακας Κέλβιν δεν το έχουμε πετύχει σε κανένα εργαστήριο στη Γη. Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας. Όταν δύο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας έρθουν σε επαφή, ενέργεια μεταφέρεται από το ζεστότερο στο πιο κρύο. Αυτή η μεταφερόμενη ενέργεια ονομάζεται θερμότητα. Η θερμότητα ρέει αυθόρμητα πάντα από τα πιο ζεστά σώματα στα πιο κρύα σώματα. 2

3 Λέμε ότι δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία όταν έχουν την ίδια θερμοκρασία. Ερ.1. Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα: ΜΕΓΕΘΟΣ ΟΡΓΑΝΟ ΜΟΝΑΔΑ Θερμοκρασία Θερμότητα Ερ.2. Η πoιό χαμηλή θερμοκρασία που μπορεί να υπάρξει στο σύμπαν είναι:.. Ερ.3. Στο πρώτο θερμόμετρο φαίνεται η θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου. Να σημειώσετε στο διπλανό θερμόμετρο την αντίστοιχη θερμοκρασία σε βαθμούς Κέλβιν. 100 ο C 0 o C -273 o C Ερ.4. Συμπλήρωσε τη λέξη θερμοκρασία ή τη λέξη θερμότητα στις παρακάτω προτάσεις Ο ήλιος δίνει.. στη γη. Όταν ζεσταίνουμε νερό στο μάτι της ηλεκτρικής κουζίνας, ρέει.... από το μέταλλο στο νερό. Με το θερμόμετρο μετράμε τη..των σωμάτων. Η.. ρέει από τα ζεστά σώματα στα κρύα. 3

4 Θερμοκρασία, θερμότητα και μόρια Γνωρίζουμε ότι όλα τα υλικά σώματα αποτελούνται από πολύ μικρά ανεξάρτητα σωματίδια που αποκαλούμε μόρια. Ας προσπαθήσουμε να φαντασθούμε τα μόρια σ ένα κομμάτι σίδερο που έχει θερμοκρασία 6 βαθμούς Κελσίου. Η σχηματική αναπαράσταση θα είναι περίπου όπως φαίνεται στο Σχ. 1. Ακόμη τα σωματίδια έλκονται μεταξύ τους ώστε όλη η ομάδα να είναι «ενωμένη». Από την άλλη, τα σωματίδια δεν σφίγγουν το ένα το άλλο. Αν προσπαθήσετε να στριμώξετε δύο απ αυτά ώστε να έρθουν πολύ κοντά, τότε απωθούνται. Επιπλέον, η εικόνα έχει εξιδανικευτεί και κατά το γεγονός ότι στην πραγματικότητα τα μόρια διαρκώς κινούνται άτακτα και αναπηδούν, στριφογυρίζουν και περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο. Τα μόρια δηλ. δεν είναι ακίνητα αλλά κάνουν παλινδρομικές κινήσεις κάτι σαν τρεμούλιασμα γύρω από τη θέση τους. Η συνεχής άτακτη κίνηση των μορίων συνδέεται στενά με τη θερμοκρασία του σώματος. Σχ. 1 (6 ο C) Σχ. 2 (40 ο Κ) Ας θεωρήσουμε ότι στη χαμηλή θερμοκρασία, τα μόρια κάνουν μια παλινδρομική κίνηση όπως δείχνει το μικρό βελάκι στο Σχ1. Όσο ψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο περισσότερη κινητική ενέργεια έχουν τα μόριά του λόγω της άτακτης κίνησής τους. Στα θερμά σώματα τα μόρια κινούνται πιο ζωηρά. Μετά από θέρμανση στους 40 βαθμούς Κελσίου η εικόνα που θα αντιστοιχούσε στο ίδιο κομμάτι σίδερο θα μπορούσε να περιγραφεί από το Σχ. 2. 4

5 Θερμική διαστολή και συστολή Ίσως έχετε παρατηρήσει πως βγάζοντας από το ψυγείο ένα κρύο γυάλινο βάζο δυσκολευόμαστε να το ανοίξουμε. Το καπάκι έχει σφηνώσει. Γιατί; Ξέρετε ότι ρίχνοντας ζεστό νερό στο καπάκι μπορούμε να το ξεβιδώσουμε; Υπεύθυνη για τα παραπάνω φαινόμενα είναι η θερμική διαστολή και το αντίθετό της η θερμική συστολή. Όλα σχεδόν τα σώματα στερεά, υγρά και αέρια όταν θερμαίνονται διαστέλλονται, αυξάνεται δηλ. ο όγκος τους, ενώ όταν ψύχονται συστέλλονται. Η αύξηση δε αυτή δεν είναι τυχαία αλλά ακολουθεί έναν φυσικό νόμο. Προσέξτε από ποιους παράγοντες εξαρτάται: Είναι ανάλογη με τη μεταβολή της θερμοκρασίας.πχ σε διπλάσια μεταβολή θερμοκρασίας αντιστοιχεί διπλάσια αύξηση του όγκου. Είναι ανάλογη με τον αρχικό όγκο του σώματος. Δηλ. για την ίδια αύξηση της θερμοκρασίας ένα σώμα Α με διπλάσιο όγκο από ένα άλλο σώμα Β, το Α θα διασταλεί διπλάσια. Μιλάω για σώματα κατασκευασμένα από το ίδιο υλικό. Η αύξηση του όγκου του σώματος στη θερμική διαστολή εξαρτάται από το υλικό που είναι κατασκευασμένο το σώμα. Κατά κανόνα τα υγρά διαστέλλονται περισσότερο από τα στερεά και τα αέρια περισσότερο και από τα υγρά. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος δεν διαστέλλονται τα μόρια του υλικού, αλλά απομακρύνονται μεταξύ τους. Άρα κατά τη διαστολή δεν αυξάνονται οι διαστάσεις των μορίων αλλά οι μεταξύ τους αποστάσεις. Δε διαστέλλονται τα μόρια αλλά τα σώματα. Όταν προσπαθήσουμε να εμποδίσουμε τη θερμική διαστολή ενός σώματος θα δούμε ότι στην προσπάθειά τους να απομακρυνθούν μεταξύ τους τα μόρια του υλικού ασκούν πολύ μεγάλη δύναμη. Η δύναμη διαστολής είναι πάρα πολύ μεγάλη. Παλιότερα μεταξύ των σιδηροτροχιών των τραίνων υπήρχαν διάκενα για να έχουν χώρο να διαστέλλονται τα σίδερα και να μην στραβώνουν. 5

6 Πως διαστέλλονται οι οπές και οι κοιλότητες κατά τη θερμική διαστολή. Έχουμε μια σφαίρα μεταλλική που όμως είναι κούφια. Αρχικά βρίσκεται σε θερμοκρασία θ 1. Τη ζεσταίνουμε σε μεγαλύτερη θερμοκρασία θ 2. Τι συμβαίνει με την κοιλότητα; Μεγαλώνει ή μικραίνει ο όγκος της; Σε θερμοκρασία θ 1 Σε θερμοκρασία θ 2 μεγαλύτερη από θ 1 Ερ.5. Μια μεταλλική σφαίρα μόλις που μπορεί να διέρχεται μέσα από ένα δακτύλιο. Τι θα συμβεί αν: α) θερμάνουμε τη σφαίρα. β) θερμάνουμε το δακτύλιο. Η διαστολή του νερού. Όταν η θερμοκρασία των υγρών αυξάνεται, τα υγρά διαστέλλονται. Όμως αυτό δεν συμβαίνει με το νερό. Το νερό όταν θερμαίνεται μεταξύ 0 και 4 o C συστέλλεται! Ενώ μετά τους 4 o C και μέχρι να βράσει, διαστέλλεται κανονικά. Εξ αιτίας αυτής της παράξενης συμπεριφοράς μια ποσότητα νερού 4 o C έχει τον μικρότερο δυνατό όγκο της. Δηλ. τη μεγαλύτερη δυνατή πυκνότητα. Ερ. 6. Να συζητηθεί στην τάξη η επίδραση αυτής της ιδιαίτερης συμπεριφοράς του νερού στην υδρόβια ζωή. 6

7 Ερ.7. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α) Όλα τα σώματα όταν θερμανθούν διαστέλλονται. β) Δύο μεταλλικές ράβδοι από διαφορετικά υλικά που έχουν ίσα μήκη σε κάποια θερμοκρασία θ, θα εξακολουθούν να έχουν ίσα μήκη και σε οποιαδήποτε άλλη θερμοκρασία. γ) Οι κοιλότητες ή οι οπές ενός σώματος δεν διαστέλλονται όταν αυτό θερμαίνεται. δ) Γενικά ένα υγρό διαστέλλεται περισσότερο από το δοχείο που το περιέχει. 7