Transcript

1 Εργαστήριο: Remote Farm (Απομακρυσμένη Φάρμα) Τα εξ αποστάσεως πειράματα είναι περιβάλλοντα ρεαλιστικά, κατασκευασμένα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Βερολίνου, με όλες τις συσκευές (όπως πηγές ενέργειας, βολτόμετρα, βηματικούς κινητήρες, κ.λπ.) συνδεδεμένες με έναν ΗΥ. Οι υπολογιστές λειτουργούν ταυτόχρονα ως διακομιστές ιστού, ώστε όλοι να μπορούν να αποκτήσουν πρόσβαση στα πειράματα μέσω ενός πρόσθετου (plug-in) στον φυλλομετρητή και να ελέγχουν όλες τις συσκευές. Όλα τα δεδομένα που καταγράφονται κατά το πείραμα αποθηκεύονται διαδικτυακά στον λογαριασμό σας και είναι προσβάσιμα μέσω αυτής της ιστοσελίδας, στο «measured data» (μέτρηση δεδομένων). Μπορείτε να κάνετε την εγγραφή σας οποιαδήποτε στιγμή και να ξεκινήσετε αμέσως τα πειράματά σας. Το μόνο που χρειάζεστε είναι μια έγκυρη ηλεκτρονική διεύθυνση. Συνοπτικά στοιχεία εργαστηρίου: o Επιστημονικό αντικείμενο: Φυσική o Εργαστήρια που περιλαμβάνονται: 7 πειράματα κλασικής φυσικής, 7 πειράματα σύγχρονης φυσικής o Προσφέρεται από: Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Βερολίνου o Γλώσσες διεπαφής: Αγγλικά, Γερμανικά (Ρώσικα, υπό ετοιμασία) o Απαιτείται καταχώριση/εγγραφή: ΝΑΙ (αποτελέσματα των πειραμάτων αποθηκεύονται στον αντίστοιχο λογαριασμό). Βλέπε σημειώσεις για διαπιστευτήρια ελέγχου λογαριασμών. o Συστήνεται επειδή: # o Απαιτούμενο πρόσθετο λογισμικό: LabView. Οδηγίες εγκατάστασης διατίθενται εδώ. Οδηγοί και υλικό για εκπαιδευτικούς: o Προσφερόμενο διδακτικό και εκπαιδευτικό υλικό: Κάθε πείραμα συνοδεύεται από μια σύντομη περιγραφή του υπό παρατήρηση φαινομένου o Ακαδημαϊκές δημοσιεύσεις για την παιδαγωγική χρήση εργαστηρίων: «Deployment of Remote Experiments - The OnPReX course at the TU Berlin» (Αξιοποίηση των εξ αποστάσεως πειραμάτων το μάθημα OnPReX στο ΙΤ του Βερολίνου) (PDF) o Σημειώσεις: Ο έλεγχος λογαριασμού του UniSchooLabS για εκπαιδευτικούς: Username (όνομα χρήστη): unischoolabs Password (κωδικός πρόσβασης): ExploringLabs! Στους πρόποδες του όρους Κιλιμάντζαρο Κοιτάξτε τις φωτογραφίες. Η πρώτη φωτογραφία δείχνει το Όρος Κιλιμάντζαρο, ενώ η δεύτερη τραβήχτηκε στο Λουγκάνο. 1. Βρείτε το γεωγραφικό πλάτος των δύο τοποθεσιών (Φωτογραφίες 1 και 2). 2. Ποια φυτά και ζώα ζουν σε πεδινές περιοχές;

2 3. Φωτογραφία 1 Κιλιμάντζαρο Φωτογραφία 2 Λουγκάνο Αναφορά τάξης Διαβάστε και απαντήστε τις ερωτήσεις, αφού τις συζητήσετε στην τάξη 1. Γιατί αλλάζει η θερμοκρασία με το υψόμετρο; 2. Τι είναι η ατμόσφαιρα; 3. Ποια αέρια παίζουν σημαντικό ρόλο στη θέρμανση της ατμόσφαιρας;

3 Θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση Μεταβάλλοντας τις παραμέτρους στον προσομοιωτή, προσπαθήστε να καταλάβετε γιατί η θερμοκρασία μεταβάλλεται αναλόγως του υψομέτρου. Γιατί η πυκνότητα του αέρα, η πίεση και η θερμοκρασία μειώνονται όσο αυξάνεται το υψόμετρο; Εργαστηριακές ασκήσεις Ανοιχτή εξ αποστάσεως φάρμα (Remote Farm) του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Βερολίνου και μετά το εργαλείο θερμοδυναμικής PT-PV Επιλέξτε ισόθερμη μεταβολή Διατηρήστε σταθερή την T1 και μετρήστε την αλλαγή του όγκου και της πίεσης για όλα τα διαθέσιμα αέρια H2, He, CO2, N2, Xe, CCl4 Διατηρήστε σταθερή την T2 και μετρήστε την αλλαγή στον όγκο και την πίεση για όλα τα διαθέσιμα αέρια Επιλέξτε ισόχωρη μεταβολή Διατηρήστε σταθερή το V1 και μετρήστε την αλλαγή της πίεσης και της θερμοκρασίας για όλα τα Διατηρήστε σταθερή το V2 και μετρήστε την αλλαγή της πίεσης και της θερμοκρασίας για όλα τα Εξηγήστε τη βασική ιδέα της άσκησης και πείτε στους μαθητές να καταγράψουν προσεκτικά τα δεδομένα στα τετράδιά τους. Κύριος στόχος είναι η μέτρηση, υπό τις ίδιες προϋποθέσεις για τα διαφορετικά αέρια, της σχέσης μεταξύ πίεσης και όγκου σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση σε σταθερό όγκο (νόμος ισόθερμης μεταβολής) και της σχέσης μεταξύ πίεσης και σταθερού όγκου (νόμος ισόχωρης μεταβολής). Οι μαθητές θα επαναλάβουν την άσκηση με τα παρακάτω αέρια: υδρογόνο H2, ήλιο He2, νιτρογόνο N2, ξένιο Xe, διοξείδιο του άνθρακα CO2, ιδανικό αέριο, τετραχλωράνθακας CCl4. Επιλέξτε ισόχωρη μεταβολή Προσδιορίστε την τιμή του σταθερού όγκου και τον αριθμό των moles Διατηρήστε σταθερή την V1 και μετρήστε τις αλλαγές στην πίεση και τη θερμοκρασία για όλα τα Διατηρήστε σταθερή την V2 και μετρήστε την αλλαγή στην πίεση και τη θερμοκρασία για όλα τα

4 Κατεβάστε το αρχείο Table.rtf file, δημιουργήστε τον πίνακα ISOTHERM (ισόθερμης μεταβολής) για τα T1 και T2 και τον πίνακα ISOCHOR (ισόχωρης μεταβολής) για τα V1 και V2 με τα δεδομένα σας. Κατόπιν, ανεβάστε τους πίνακες στο Classwork Report (Αναφορά τάξης). Τελικές παρατηρήσεις 1. Πώς μεταβάλλονται η πίεση και ο όγκος ενός αερίου σε σταθερή θερμοκρασία; 2. Πώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία κάποιου αερίου όταν ο όγκος είναι σταθερός; 3. Πώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία κάποιου αερίου όταν η πίεση διατηρείται σταθερή; 4. Τι είναι το τέλειο αέριο; 5. Τι είναι ένα ιδανικό αέριο; 6. Τι είναι ένα πραγματικό αέριο; 7. Πώς συμπεριφέρονται τα πραγματικά αέρια; 8. Τα αναλυμένα αέρια συμπεριφέρονται με διαφορετικούς τρόπους; 9. Τι θα μπορούσατε να μαντέψετε; 10. Πώς συμπεριφέρεται το άζωτο; 11. Πώς συμπεριφέρεται το διοξείδιο του άνθρακα; Ποιες είναι οι δυνητικές συνέπειες στην περίπτωση αύξησης της ποσότητας του αερίου αυτού; 12. Πόσο διαφέρουν τα ιδανικά από τα πραγματικά αέρια και γιατί; 13. Τι είναι ένα θερμοδυναμικό σύστημα; 14. Πότε ένα θερμοδυναμικό σύστημα είναι ανοιχτό, πότε κλειστό και πότε μονωμένο; 15. Πώς επηρεάζει την ατμόσφαιρα το υψόμετρο; 16. Πώς διαφέρουν οι θερμοκρασίες κατακόρυφα στην ατμόσφαιρα; 17. Τι είναι η παγκόσμια θέρμανση; 18. Η ατμόσφαιρα ως θερμική μηχανή

5 Σύντομη περιγραφή Αυτή η άσκηση πραγματεύεται τη σχέση μεταξύ πίεσης, όγκου και θερμοκρασίας των ιδανικών, πραγματικών, πολωμένων και μη πολωμένων αερίων, καθώς και τη σχέση μεταξύ υψόμετρου, πίεσης και θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα. Ηλικιακή ομάδα: Γενικοί εκπαιδευτικοί στόχοι: 1. Να γνωρίσουν οι μαθητές την έννοια της θερμοκρασίας και του μηδενικού νόμου της θερμοδυναμικής 2. Αδρομερής περιγραφή κάποιου ιδανικού αερίου 3. Νόμος ιδανικού αερίου 4. Κινητική θεωρία του τέλειου αερίου 5. Πυκνότητα ενός αερίου 6. Κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας 7. Πρώτος και δεύτερος νόμος θερμοδυναμικής Ειδικοί εκπαιδευτικοί στόχοι της εμπειρίας PVPT στο Remote Farm του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Βερολίνου 1. Να γνωρίσουν οι μαθητές τη σχέση μεταξύ πίεσης και όγκου των αερίων σε σταθερή θερμοκρασία, νόμος ισόθερμης μεταβολής. 2. Να γνωρίσουν οι μαθητές τη σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και πίεσης στα αέρια σε σταθερή θερμοκρασία, νόμος ισόχωρης μεταβολής. 3. Να διερευνηθεί η διαφορά συμπεριφοράς μεταξύ πραγματικών και ιδανικών αερίων 4. Να γνωρίσουν τον νόμο του van der Waals 5. Να γνωρίσουν τις πρώτες έννοιες της ώθησης Προαπαιτούμενα: Έννοια των διανυσμάτων, χρήση στατικών διαγραμμάτων, χρήση φύλλων εργασίας, θερμοκρασία, πίεση, αέριο, ταχύτητα, ενέργεια, κινητική θεωρία, ατμόσφαιρα, υψόμετρο, παγκόσμια θέρμανση. ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ ΑΠΟ ΤΟ SCIENTIX (