Φύλλο Εργασίας 5 Από τη Θερμότητα στη Θερμοκρασία - Η Θερμική Ισορροπία

Φύλλο Εργασίας 5 Από τη Θερμότητα στη Θερμοκρασία - Η Θερμική Ισορροπία

α. Παρατηρώ, Πληροφορούμαι, Ενδιαφέρομαι Στο βιβλίο των φυσικών του δημοτικού σχολείου της Ε τάξης υπάρχει η παρακάτω αναφορά στη Θερμοκρασία και τη θερμότητα. Στο δημοτικό σχολείο τις αντιμετωπίσαμε ως "έννοιες", στο γυμνάσιο τις μετράμε ως "φυσικά μεγέθη". Θερμοκρασία είναι το φυσικό μέγεθος που μας βοηθά να περιγράψουμε πόσο θερμό ή ψυχρό είναι ένα σώμα. Όταν ένα σώμα είναι θερμό, λέμε ότι έχει υψηλή θερμοκρασία, όταν είναι ψυχρό, λέμε ότι έχει χαμηλή θερμοκρασία. Τη θερμοκρασία τη μετράμε με ειδικά όργανα, τα θερμόμετρα. Θερμότητα ονομάζουμε την ενέργεια, που ρέει από ένα σώμα προς ένα άλλο λόγω διαφορετικής θερμοκρασίας. Η θερμότητα ρέει πάντοτε από τα σώματα με υψηλότερη θερμοκρασία προς τα σώματα με χαμηλότερη θερμοκρασία.

Με βάση τα παραπάνω, παρατήρησε τις εικόνες που ακολουθούν και είναι τοποθετημένες τυχαία και όχι κατά χρονολογική σειρά. Βρες ποια εικόνα προηγείται χρονολογικά, η Α ή η Β; Α Β 20 ο 20 ο 60 ο 0 ο Προηγείται η εικόνα Β επειδή δείχνει ζεστό νερό και παγάκια, ενώ στην εικόνα Α το νερό κρύωσε και τα παγάκια έλειωσαν. Κάποια στιγμή το νερό και στα δυο ποτήρια θα αποκτήσει τη θερμοκρασία του αέρα και ποτέ δεν γίνεται το αντίστροφο.

β. Συζητώ, Αναρωτιέμαι, Υποθέτω Συζήτησε με τους συμμαθητές σου τα παραπάνω φαινόμενα και τη σχέση θερμοκρασίας - θερμότητας. Γράψε τις υποθέσεις σου για αυτά τα φαινόμενα, τις αιτίες τους, την εξέλιξή τους και τα αποτελέσματά τους. Το ζεστό νερό δίνει θερμότητα στον αέρα και κρυώνει ενώ το κρύο νερό παίρνει θερμότητα από τον αέρα και ζεσταίνεται. Αυτό συνεχίζεται μέχρι τα δύο ποτήρια να αποκτήσουν ίδια θερμοκρασία με τον αέρα του περιβάλλοντος. Η θερμότητα είναι ενέργεια που ρέει πάντα από τα ζεστά προς τα κρύα σώματα. Όταν συμβαίνει αυτό τα κρύα σώματα θερμαίνονται και τα ζεστά κρυώνουν.

γ. Ενεργώ, Πειραματίζομαι Συγκέντρωσε τα παρακάτω υλικά και όργανα για την εκτέλεση σχετικού πειράματος. Υλικά / Όργανα: - δύο θερμόμετρα οινοπνεύματος (με περιοχή τιμών από -10 0 C έως 120 0 C), - πυρίμαχο δοχείο (πυρέξ), - νερό, - ηλεκτρικό μάτι θέρμανσης, - λεκάνη (μεγαλύτερη από το δοχείο)

Πείραμα 1. Τοποθέτησε το πυρίμαχο δοχείο το οποίο περιέχει μικρή ποσότητα νερού επάνω στο ηλεκτρικό μάτι. 2. Άναψε το μάτι, ώστε να αρχίσει να θερμαίνεται το νερό. 3. Θέρμανε το νερό έως ότου η θερμοκρασία του φθάσει στους 70 ο C περίπου. 4. Τοποθέτησε το δοχείο με το ζεστό νερό μέσα στη λεκάνη η οποία περιέχει νερό της βρύσης. 5. Άρχισε να μετράς συγχρόνως ανά ένα λεπτό τις τιμές της θερμοκρασίας του θερμότερου νερού του δοχείου και του ψυχρότερου νερού της λεκάνης.

Γράφε τις τιμές αυτές στις αντίστοιχες στήλες του παρακάτω πίνακα, ονομάζοντας θ 1 τη θερμοκρασία του νερού του δοχείου και θ 2 τη θερμοκρασία του νερού της λεκάνης. Συνέχισε να μετράς και να γράφεις, έως ότου οι δυο θερμοκρασίες σταθεροποιηθούν.

Σημείωσε τις τιμές των μετρήσεών σου στο διάγραμμα «θερμοκρασίας χρόνου», χρησιμοποιώντας σύμβολα, πχ. ο για τις τιμές των θερμοκρασιών του νερού του δοχείου και x για τις τιμές των θερμοκρασιών του νερού της λεκάνης. χρόνος (λεπτά) 1 2 3 4 5 6 7 8 θ 1 ( ο C) 67 61 55 50 47 45 44 43 Θ 2 ( ο C) 22 63 29 32 34 35 36 36 χρόνος (λεπτά) 9 10 11 12... θ 1 ( ο C) 42 42 41 41 41 40 40 40 Θ 2 ( ο C) 36 36 36 37 37 37 38 38

Σχεδίασε με τη βοήθεια του/της καθηγητή/τριάς σου μια καμπύλη για το καθένα.

Ποια είναι η εξέλιξη των θερμοκρασιών; Σύγκρινε μεταξύ τους τις δύο καμπύλες. Τι παρατηρείς;

Παρατηρήσεις. Η εξέλιξη των θερμοκρασιών. Η σύγκριση μεταξύ των δύο καμπύλων. 1. Οι τιμές της θερμοκρασίας του θερμότερου νερού μειώνονται ενώ του ψυχρότερου αυξάνονται. 2. Αυτό γίνεται μέχρι τη χρονική στιγμή που οι θερμοκρασίες του νερού στο δοχείο και στη λεκάνη γίνουν περίπου ίσες. 3. Αρχικά οι θερμοκρασίες μεταβάλλονται με μεγάλο ρυθμό αλλά στη συνέχεια οι καμπύλες γίνονται σχεδόν παράλληλες και μετά από αρκετό χρονικό διάστημα ταυτίζονται.

δ. Συμπεραίνω, Καταγράφω Γράψε τα συμπεράσματά σου με βάση τις παρατηρήσεις σου. Τι ορίζεις ως "θερμική ισορροπία"; Όταν έρχονται σε επαφή ένα ζεστό με ένα κρύο σώμα, ενέργεια με μορφή θερμότητας μεταφέρεται από το ζεστό σώμα στο κρύο, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του ζεστού σώματος να μειώνεται και του κρύου να αυξάνεται μέχρι να γίνουν οι δύο θερμοκρασίες ίσες. Τότε λέμε πως τα δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία. Οπότε:

δ. Συμπεραίνω, Καταγράφω "θερμική ισορροπία" Ορίζουμε ως θερμική ισορροπία την κατάσταση στην οποία καταλήγουν δύο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας που έρχονται σε επαφή, όταν οι θερμοκρασίες τους γίνουν ίσες και δεν μεταφέρεται πια θερμότητα από το ένα στο άλλο.

ε. Εφαρμόζω, Εξηγώ, Γενικεύω Εφάρμοσε τα συμπεράσματά σου και σε άλλες περιπτώσεις επανάληψης των παραπάνω φαινομένων στην καθημερινή ζωή. Συζήτησε με τους συμμαθητές σου. Ένα πιάτο με ζεστό φαγητό μετά από λίγο αποκτά θερμοκρασία ίση με του αέρα. Ένα ποτήρι με κρύο νερό σε λίγο αποκτά θερμοκρασία ίση με του αέρα. Τα παγάκια μέσα σε ένα ποτήρι με αναψυκτικό θερμαίνονται και λιώνουν ενώ το αναψυκτικό κρυώνει. Όταν βάζουμε θερμόμετρο περιμένουμε μέχρι να αποκτήσει ίδια θερμοκρασία με το σώμα μας, δηλαδή να φτάσει σε θερμική ισορροπία με αυτό.

Εξήγησε την αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας των σωμάτων του μακρόκοσμου με τις κινήσεις των μορίων του μικρόκοσμου στερεό υγρό αέριο

ε. Εφαρμόζω, Εξηγώ, Γενικεύω Με τη βοήθεια του/της καθηγητή/τριάς σου και μελετώντας το παράρτημα, συζήτησε με τους συμμαθητές σου και εξήγησε την αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας των σωμάτων του μακρόκοσμου με τις κινήσεις των μορίων του μικρόκοσμου. Όλα τα σώματα αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια που κινούνται συνεχώς σε τυχαίες διευθύνσεις. Όσο πιο ζεστό είναι ένα σώμα τόσο μεγαλύτερη θερμική ενέργεια έχει και τόσο εντονότερη είναι η κίνηση των σωματιδίων που το αποτελούν. Θερμική ενέργεια ονομάζουμε την κινητική ενέργεια των σωματιδίων που αποτελούν ένα σώμα εξαιτίας της τυχαίας συνεχούς κίνησης τους. Θερμική ενέργεια έχουν όλα τα σώματα. Όταν ένα σώμα ζεσταίνεται παίρνει θερμότητα και αυξάνεται η θερμική του ενέργεια ενώ όταν κρυώνει χάνει θερμότητα και η θερμική του ενέργεια μειώνεται.