ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Transcript

1 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 1. Χρήση του θερμομέτρου για τη θερμομέτρηση στερεών, υγρών και αερίων (1 ώρα) Για να μετρήσουμε τη θερμοκρασία ενός υγρού χρησιμοποιούμε ένα θερμόμετρο, κατά προτίμηση οινοπνεύματος, προσέχουμε η ποσότητα του υγρού να είναι αρκετή έτσι ώστε να μη μεταβληθεί η θερμοκρασία του κατά τη θερμομέτρηση και παρατηρούμε τη θερμοκρασία όταν επέλθει θερμική ισορροπία, δηλαδή όταν η θερμοκρασία του θερμομέτρου παύει να μεταβάλλεται. Για να μετρήσουμε τη θερμοκρασία ενός στερεού, βυθίζουμε το θερμόμετρο στο στερεό, έτσι ώστε το δοχείο με το οινόπνευμα να είναι μέσα στο σώμα. Αν δεν μπορούμε να το βυθίσουμε, τότε μετράμε τη θερμοκρασία του αέρα του περιβάλλοντος και έμμεσα βγάζουμε συμπέρασμα και για τη θερμοκρασία του σώματος, εφόσον υπάρχει θερμική ισορροπία ανάμεσα στο σώμα και το περιβάλλον. Για να μετρήσουμε τη θερμοκρασία ενός αερίου, τοποθετούμε το θερμόμετρο μέσα στο αέριο και όταν επέλθει θερμική ισορροπία τότε κοιτούμε την ένδειξη του θερμομέτρου. Για παράδειγμα έτσι μετράμε τη θερμοκρασία του αέρα ενός ψυγείου ή του αέρα του δωματίου μας 2. Μελέτη και χρήση ιατρικού (μεγιστοβάθμιου) θερμομέτρου Το ιατρικό θερμόμετρο έχει την ιδιότητα να δείχνει τη θερμοκρασία στην οποία ήρθε σε θερμική ισορροπία με ένα άλλο σώμα, όμως δεν πέφτει η ένδειξή του όταν έρθει σε θερμική ισορροπία με άλλο σώμα. Αυτό το πετυχαίνει γιατί έχει ένα σημείο στο σωλήνα που περιέχει το υγρό που διαστέλλεται, το οποίο είναι πολύ στενό και έτσι το υγρό δεν μπορεί να επιστρέψει παρά μόνον όταν ασκηθεί κάποια δύναμη. Αυτό το κατορθώνουμε τινάζοντας το 1

2 θερμόμετρο, οπότε λόγω αδράνειας το υγρό (συνήθως υδράργυρος) επιστρέφει λόγω αδράνειας στο άκρο του. Αναζήτηση το διαδίκτυο διαφόρων τύπων ιατρικών θερμομέτρων και η εξέλιξή τους (1 ώρα) 3. Τύποι θερμομέτρων Αναζήτηση στο διαδίκτυο για διάφορους τύπους θερμομέτρων (μεταλλικά, πυρόμετρα, ψηφιακά, θερμόμετρα υπερύθρων κ.λ.π.) Για το καθένα μπορείτε να γράψετε λίγα λόγια για το πώς δουλεύουν, να κατεβάσστε φωτογραφίες, να τις εκτυπώσετε και να δημιουργήσετε ένα ταμπλώ με όλους τους τύπους. (2 ώρες) 4. Διαχωρισμός των εννοιών θερμότητα και θερμοκρασία Θερμαίνουμε ένα μπρίκι με νερό μέχρι τους 70 βαθμούς Κελσίου και μετράμε το χρόνο. Κάνουμε το ίδιο με τη διπλάσια ποσότητα νερού. Παρατηρούμε ότι ο χρόνος μεγαλώνει. Ρίχνουμε το νερό σε μια μισογεμάτη κατσαρόλα και μετράμε τη θερμοκρασία. Παρατηρούμε ότι το νερό της κατσαρόλας ζεσταίνεται περισσότερο όταν ρίχνουμε τη μεγαλύτερη ποσότητα νερού. Συμπεραίνουμε ότι για την επίτευξη της ίδιας θερμοκρασίας χρειαζόμαστε περισσότερο χρόνο, πρέπει να ξοδέψουμε περισσότερο υγραέριο από το γκαζάκι, δηλαδή περισσότερη ενέργεια. Άρα η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας ενώ η θερμοκρασία είναι ένας δείκτης που μας δείχνει πόσο ζεστό ή πόσο κρύο είναι σώμα. (1 ώρα) 5. Το λεξικό της θερμότητας: Συλλογή λέξεων με την έννοια της θερμότητας, κυριολεκτικά και μεταφορικά (π.χ. ο ήλιος εκπέμπει θερμότητα, ο λόγος ήταν πολύ θερμός, το πετρέλαιο θέρμανσης, θερμά συναισθήματα, κ.λ.π.). Μπορείτε έτσι να κατασκευάσετε το «Λεξικό της θερμότητας» (1 ώρα) 6.Πειράματα ροής θερμότητας: Η θερμότητα «ρέει» πάντα από το ζεστό προς το κρύο, αυθόρμητα. Έτσι όταν έρχονται δύο ή περισσότερα σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας σε επαφή, πάντα το ζεστό κρυώνει και το κρύο ζεσταίνεται. 2

3 Μπορεί όμως η θερμότητα να ρέει και από το σώμα χαμηλότερης προς το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, στα κλιματιστικά και στα ψυγεία, αλλά πρέπει να «δαπανήσουμε» μια άλλη μορφή ενέργειας (ηλεκτρική) (1 ώρα) 7.Μέτρηση σημείου τήξεως του πάγου και του σημείου βρασμού του νερού Χρησιμοποιώντας τα όργανα και τα υλικά των διπλανών εικόνων μετρούμε τη θερμοκρασία τήξεως του πάγου και τη θερμοκρασία βρασμού του νερού. Σημαντική παρατήρηση είναι ότι κατά τη διάρκεια των δύο φαινομένων η θερμοκρασία παραμένει σταθερή (περίπου 0 και 100 ο C αντίστοιχα. (1 ώρα) 8. Παρασκευή: Σοκολατάκια με αμύγδαλα. Μπορείτε να βρείτε μία συνταγή από το διαδίκτυο ή από βιβλίο μαγειρικής και να τα παρασκευάσετε. Δίνεται η δυνατότητα της μελέτης της τήξης και της πήξης, της σχέσης της με τη θερμότητα και ταυτόχρονα οι μαθητές θα γευτούν τα αποτελέσματα του μαθήματος. (1 ώρα) 9. Θεατρικό δρώμενο ή παντομίμα: Μετατροπή στερεών σε υγρά και αέρια και το αντίστροφο. Σχέση των καταστάσεων της ύλης με τη θερμοκρασία, κινήσεις των δομικών μονάδων των διαφόρων σωμάτων όταν αυτά βρίσκονται στη στερεά, στην υγρή και την αέρια κατάσταση. (1 ώρα) Στερεό υγρό αέριο 10. Εξάτμιση και συμπύκνωση Μελέτη του φαινομένου. Ορισμός: Εξάτμιση=η μετατροπή ενός υγρού σε αέριο, Συμπύκνωση=η μετατροπή ενός αερίου σε υγρό. (1 ώρα) Παράγοντες που επηρεάζουν την εξάτμιση: θερμοκρασία, πίεση, ρεύματα αέρα και το είδος του υγρού. (1 ώρα) 3

4 Επέκταση: Κύκλος του νερού στη φύση. Η μελέτη μπορεί να περιλαμβάνει και φωτογραφίες, ζωγραφιές, παραμύθια (π.χ. η ιστορία μιας σταγόνας), ταμπλώ κ.λ.π. (2 ώρες) 11. Διαστολή στερεών, υγρών και αερίων: Μπορούμε να κάνουμε την κατασκευή που προτείνει το σχολικό βιβλίο. Θα χρειαστούμε ένα νόμισμα, ένα μανταλάκι ή μια πένσα, ένα κερί, ένα κομμάτι κόντρα πλακέ διαστάσεων περίπου 10Χ10 εκ.,δύο καρφιά και ένα σφυρί. Καρφώνουμε τα καρφιά έτσι ώστε το νόμισμα ίσα ίσα να περνάει ανάμεσά τους. Ζεσταίνουμε στη συνέχεια το νόμισμα και παρατηρούμε ότι δεν περνάει λόγω της διαστολής. (3 ώρες) Αν στο σχολείο μας διαθέτουμε τις συσκευές που φαίνονται στις εικόνες μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε. Η πρώτη δείχνει τη διαστολή κατ όγκον και η δεύτερη τη γραμμική διαστολή τριών διαφορετικών υλικών. Μπορούμε έτσι να επεκταθούμε και στο γεγονός ότι δεν παθαίνουν την ίδια διαστολή όλα τα υλικά στην ίδια θερμοκρασία, δηλαδή ο συντελεστής γραμμικής διαστολής των διαφόρων υλικών είναι διαφορετικός. 12. Θερμικός διακόπτης: Πολλές συσκευές καθημερινής χρήσης χρησιμοποιούν διακόπτες για τη λειτουργία και τη διακοπή τους (αυτοκίνητα, μοτοσικλέτες, τηλεοράσεις, ηλεκτρικές κουζίνες, ηλεκτρικές θερμάστρες, πιστολάκια μαλλιών κ.λ.π. ). Μια κατηγορία διακοπτών είναι οι θερμικοί διακόπτες, οι οποίοι διακόπτουν την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος όταν η συσκευή θερμανθεί αρκετά, για λόγους ασφαλείας της συσκευής αλλά και του χρήστη της. Η λειτουργία αυτών των διακοπτών στηρίζεται στο φαινόμενο της θερμικής διαστολής των στερεώ ν. Έτσι όταν η συσκευή θερμαίνεται ο διακόπτης σταματάει τη λειτουργία της, ανοίγοντας το κύκλωμα παροχής ρεύματος και όταν κρυώσει ο διακόπτης ξανακλείνει το κύκλωμα κάνοντας τη συσκευή να ξαναλειτουργήσει. (2 ώρες) 13.Μελέτη λειτουργίας των θερμ ικών διακοπτών σε συσκευέ ς καθημερινές χρήσης. Μια παραλλαγή του θερμικού διακόπτη είναι ο θερμοστάτης, ο οποίος διακόπτει την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος όταν η θερμοκρασία έλθει στην επιθυμητή τιμή 4

5 (θερμοστάτης τοστιέρας, καλοριφέρ, κλιματιστικού, ψυγείου κ.λ.π.). Με τους διακόπτες αυτούς κατορθώνουμε να διατηρούμε τη θερμοκρασία στην επιθυμητή τιμή αυτόματα και ταυτόχρονα προστατεύουμε τις συσκευές από υπερθέρμανση και υπερκατανάλωση ενέργειας. (1 ώρα) 14.Διαστολή υγρών Τα υγρά όταν θερμαίνονται διαστέλλονται. Για να δείξουμε αυτήν την ιδιότητα μπορούμε να κάνουμε διάφορα πειράματα. Προτείνουμε τα παρακάτω: Σε μια σφαιρική φιάλη βάζουμε νερό χρωματισμένο, ένα διάτρητο πώμα και ένα γυάλινο σωλήνα. Προσέχουμε να μην υπάρχε ι αέρας ανάμεσα στη στάθμη του υγρού στη γυάλινη φιάλη και το πώμα. Σημειώνουμε τη στάθμη του υγρού στο γυάλινο σωλήνα. Στη συνέχεια θερμαίνουμε το χρωματισμένο νερό βάζοντάς το στη φωτιά ή σε μια λεκάνη με ζεστό νερό. Παρατηρούμε ότι η στάθμη του υγρού στο γυάλινο σωλήνα ανεβαίνει λόγω διαστολής. Το ίδιο μπορούμε να παρατηρήσουμε με μια πιο απλή κατασκευή (Μπουκάλι γυάλινο, πλαστελίνη και καλαμάκι) Στο φαινόμενο της διαστολής των υγρών στηρίζεται η λειτουργία των θερμομέτρων οινοπνεύματος και υδραργύρου. Το χρωματιστό νερό ή ο υδράργυρος, που βρίσκεται σε μια μικρή λεκάνη στο ένα άκρο του θερμομέτρου, με τη θερμότητα διαστέλλεται και ανέρχεται, δείχνοντάς μας τη θερμοκρασία σε μια βαθμολογημένη κλίμακα. 15.Διαστολή αε ρίων: Τα αέρια όταν θερμαίνονται διαστέλλονται, όπως τα στερεά και τα υγρά. Για να δείξουμε αυτό το φαινόμενο προτείνουμε το παρακάτω πείραμα. Σε μια γυάλινη φιάλη βάζουμε λίγο χρωματισμένο νερό, ένα διάτρητο πώμα και ένα γυάλινο σωλήνα. Προσέχουμε να εφαρμόζει καλά ο σωλήνας στο πώμα και το πώμα στη φιάλη, έτσι ώστε να μην μπορεί ο αέρας να βγαίνει ή να μπαίνει στη φιάλη και επίσης ο γυάλινος σωλήνας ίσα ίσα να ακουμπάει στο χρωματισμένο νερό. Πιάνουμε με τα χέρια μας τη φιάλη, έτσι ώστε να ζεσταίνεται ο αέρας που βρίσκεται μέσα σ αυτήν. Παρατηρούμε ότι η στάθμη του 5

6 νερού ανεβαίνει. Αυτό συμβαίνει γιατί ο αέρας που βρίσκεται στη φιάλη θερμαίνεται και πιέζει το χρωματισμένο νερό. Το ίδιο μπορούμε να παρατηρήσουμε με το γυάλινο μπουκάλι και το νόμισμα, όπως δείχνει η φωτογραφία, ή με το μπαλόνι που φουσκώνει όταν η φιάλη μπει σε ζεστό νερό. 6