Φύλλο Εργασίας 1 Μετρήσεις Μήκους Η Μέση Τιμή Οι ποσότητες που μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια ονομάζονται «φυσικά μεγέθη». Η μέτρησή τους γίνεται

Φύλλο Εργασίας 1 Μετρήσεις Μήκους Η Μέση Τιμή Οι ποσότητες που μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια ονομάζονται «φυσικά μεγέθη». Η μέτρησή τους γίνεται με σύγκριση με ομοειδή μεγέθη, που τα ονομάζουμε μονάδες μέτρησης. Επομένως, το μήκος, ο χρόνος, η μάζα κ.ά. είναι φυσικά μεγέθη γιατί μπορούν να μετρηθούν. Αντιθέτως, η λύπη, η χαρά, ο φόβος κ.ά. ΔΕΝ είναι φυσικά μεγέθη γιατί δεν μπορούν να μετρηθούν. Θεμελιώδης μονάδα μέτρησης του μήκους είναι το 1 μέτρο (1 m). Πολλαπλάσιο είναι το 1 χιλιόμετρο (1 km) = 1.000 m. Υποδιαιρέσεις είναι το 1 εκατοστό (1 cm) = m, και το 1 χιλιοστό (1 mm) = m. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρησή του μήκους είναι το πτυσσόμενο μέτρο, η μεζούρα, η μετροταινία, το παχύμετρο κ.ά. Με το παχύμετρο (ή βερνιέρο) μπορούμε να μετράμε αποστάσεις σε καμπύλα αντικείμενα, όπως π.χ. τη διάμετρο μιας μπάλας, ή τη μεγαλύτερη και μικρότερη διάσταση ενός αυγού. Με τον τρόπο αυτό, η μέτρηση δεν επηρεάζεται από την καμπυλότητα του αντικειμένου. Πιθανά λάθη που μπορούν να γίνουν κατά τη μέτρηση του μήκους και να μας δώσουν εσφαλμένες τιμές είναι τα εξής: 1. Η αρχή της μεζούρας να έχει τοποθετηθεί πριν ή μετά την αρχή του αντικειμένου που μετράμε. 2. Η μεζούρα να μην είναι τεντωμένη, δηλ. να μην εφάπτεται στο αντικείμενο. 3. Η μεζούρα να μην είναι παράλληλη προς το αντικείμενο. 4. Η μεζούρα να έχει συστραφεί. 5. Αν κοιτάμε το τέλος του μετρούμενου αντικειμένου από λάθος οπτική γωνία. Η σωστή γωνία είναι να κοιτάζουμε κάθετα τη μεζούρα στο τέλος του αντικειμένου. 6. Τα ίδια τα όργανα της μέτρησης είναι δυνατόν να διαφέρουν ελαφρώς μεταξύ τους οπότε και θα δίνουν ελαφρώς διαφορετικά αποτελέσματα. Κατά τη μέτρηση του μήκους είναι δυνατόν να γίνουν λάθη που επηρεάζουν το αποτέλεσμα. Για μια πιο ακριβή μέτρηση απαιτούνται: α) περιορισμός των σφαλμάτων, β) πολλαπλές μετρήσεις και προσδιορισμός του μέσου όρου. Ο προσδιορισμός του μέσου όρου (ή μέσης τιμής) είναι ιδιαίτερα σημαντικός γιατί 1

εξομαλύνονται πιθανά λάθη κατά τη μέτρηση και η προσδιοριζόμενη τιμή είναι όσο πιο κοντά γίνεται στην πραγματική. Πώς υπολογίζουμε τη μέση τιμή; Προσθέτουμε όλες τις τιμές που έχουμε βρει και διαιρούμε με το πλήθος των μετρήσεων. Π.χ. έστω ότι το μήκος ενός βιβλίου το έχουμε μετρήσει τέσσερις φορές και έχουμε βρει τις εξής τιμές: 25 cm 26 cm 24 cm 25 cm Το άθροισμα των παραπάνω τιμών είναι 100. Το 100 το διαιρούμε με το 4 (που είναι το πλήθος των τιμών) και το τελικό αποτέλεσμα είναι 25 cm. Αυτή είναι η μέση τιμή. Ερωτήσεις για εργασία 1. Συγκέντρωσε εικόνες και πληροφορίες για τη μέτρηση του μήκους με άλλους τρόπους και όργανα. 2. Τι είναι το αποστασιόμετρο laser και πώς λειτουργεί; 3. Πώς μετράμε την απόσταση Γης-Σελήνης; 4. Να αναφέρετε άλλες μονάδες μέτρησης του μήκους. Ποια είναι η σχέση τους με το μέτρο; 2

Απαντήσεις 1. Πτυσσόμενο μέτρο, μεζούρα, μετροταινία, αποστασιόμετρο laser, ραντάρ (χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα), σόναρ (χρησιμεύει κυρίως στη θάλασσα και χρησιμοποιεί υπερήχους), παγκόσμιο σύστημα θεσιθεσίας (GPS). 2. Χρησιμοποιεί ακτίνες laser και έχει το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτεί δύο άτομα για τη μέτρηση του μήκους. Η μέγιστη απόσταση που μετρά είναι τα 200 μέτρα. 3. Με ειδικές ακτίνες laser. Στην επιφάνεια της Σελήνης τοποθετούνται ειδικοί ανακλαστήρες στους οποίους προσπίπτει μια ακτίνα laser που έχει σταλεί από τη Γη. Από το χρόνο που κάνει η ακτίνα για να επιστρέψει στη Γη υπολογίζεται η απόσταση Γης-Σελήνης. 4. Δεκατόμετρο, μικρόμετρο, νανόμετρο, άνγκστρομ, πικόμετρο, μίλι, ναυτικό μίλι, γυάρδα, πόδι, έτος φωτός 3

Φύλλο Εργασίας 2 Μετρήσεις Χρόνου Η Ακρίβεια Θεμελιώδης μονάδα μέτρησης του χρόνου είναι το 1 δευτερόλεπτο (1 s). Η μονάδα αυτή έχει πολλαπλάσια. Αυτά είναι: 1 λεπτό (1 min) = 60 s 1 ώρα (1 h) = 60 min = 3.600 s Όργανα μέτρησης είναι τα ρολόγια και τα χρονόμετρα. Δεν έχουν όλα τα όργανα τον ίδιο βαθμό ακρίβειας. Έτσι, το αναλογικό ρολόι έχει ακρίβεια δευτερολέπτου, ενώ το ψηφιακό χρονόμετρο έχει ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου. Πιθανές πηγές σφάλματος κατά τη μέτρηση του χρόνου είναι οι εξής: 1. Ο χρόνος αντίδρασης του ανθρώπου που χρονομετρεί κατά την έναρξη και τη λήξη της χρονομέτρησης. Το ανθρώπινο λάθος μπορεί να εξαλειφθεί αν χρησιμοποιηθούν ηλεκτρονικά όργανα που θα σηματοδοτούν την έναρξη και τη λήξη της χρονομέτρησης. 2. Από το όργανο μέτρησης που διαθέτουμε. Τα ψηφιακά χρονόμετρα παρέχουν πολύ μεγάλη ακρίβεια και μειώνουν την πιθανότητα λάθους. Ερωτήσεις για εργασία 1. Συγκέντρωσε εικόνες και πληροφορίες για τη μέτρηση του χρόνου με άλλους τρόπους και όργανα. 2. Να βρεις πληροφορίες για το «ατομικό ρολόι». 4

Απαντήσεις 1. Περιοδικά φαινόμενα που γίνονται δηλαδή με τον ίδιο τρόπο σε ίδια χρονικά διαστήματα. Π.χ. η περιστροφή της Γης γύρω από τον Ήλιο (1 έτος). Το ηλιακό ρολόι. Έχει πολύ μικρή ακρίβεια και είναι χρήσιμο μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στην αρχαιότητα χρησιμοποιούσαν όργανα όπως κλεψύδρες και ηλιακά ρολόγια ή χρησιμοποιούσαν φυσικά φαινόμενα όπως ο σεληνιακός κύκλος και ο ηλιακός κύκλος. Σήμερα χρησιμοποιούμε ηλεκτρονικά ρολόγια ή χρονόμετρα που είναι είτε αναλογικά είτε ψηφιακά. Σε ειδικές περιπτώσεις όπου απαιτείται εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια χρησιμοποιούμε ρολόγια με κρύσταλλο χαλαζία ή ατομικό ρολόι καισίου. 2. Είναι διάταξη μέτρησης χρόνου που δίνει πολύ μεγάλη ακρίβεια στη μέτρησή του. Χρησιμοποιείται για το συγχρονισμό των ρολογιών σε εθνικό και παγκόσμιο επίπεδο, για τον έλεγχο της συχνότητας τηλεοπτικών σταθμών και για τη λειτουργία συστημάτων GPS. 5

Φύλλο Εργασίας 3 Μετρήσεις Μάζας Τα Διαγράμματα Μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που έχει ένα σώμα. Θεμελιώδης μονάδα μέτρησης της μάζας είναι το 1 κιλό (1 kg). Η μονάδα αυτή έχει πολλαπλάσια και υποδιαιρέσεις. Πολλαπλάσιο είναι ο 1 τόνος (1 tn) = 1.000 kg Υποδιαίρεση είναι το 1 γραμμάριο (1 g) = kg Δεν πρέπει να συγχέουμε τη μάζα ενός σώματος με το βάρος του. Υπάρχουν τέσσερις βασικές διαφορές μεταξύ τους: Α) Η μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που έχει ένα σώμα, ενώ βάρος είναι η δύναμη με την οποία έλκεται το σώμα, π.χ. από τη Γη ή από τη Σελήνη. Β) Η θεμελιώδης μονάδα μέτρησης της μάζας είναι το 1 κιλό (1 kg), ενώ η μονάδα μέτρησης του βάρους είναι το 1 Νιούτον (1 Ν). Γ) Η μάζα μετριέται με τη βοήθεια ζυγού σύγκρισης με ίσους βραχίονες, ενώ το βάρος μετριέται με δυναμόμετρο. Δ) Η μάζα ενός σώματος παραμένει σταθερή, ανεξάρτητα από τον τόπο. Αντίθετα, το βάρος ενός σώματος μεταβάλλεται από τόπο σε τόπο. Π.χ. έστω ότι έχουμε 1 kg μήλα. Το βάρος τους στη Γη είναι 9,8 Ν, ενώ στη Σελήνη είναι 1,6 Ν. Η διαφορά αυτή οφείλεται στο ότι η Σελήνη έλκει με μικρότερη δύναμη τα σώματα από ότι η Γη. Ο υπολογισμός του βάρους από τη μάζα ενός σώματος γίνεται ως εξής: αρχικά μετατρέπουμε τα γραμμάρια σε κιλά. Αυτό γίνεται αν διαιρέσουμε τα γραμμάρια με το 1.000. Στη συνέχεια, στηριζόμαστε στον εξής τύπο: Βάρος = Μάζα x 9,8. ΠΡΟΣΟΧΗ!!! Ο τύπος αυτός ισχύει μόνο στην επιφάνεια της Γης και πουθενά αλλού. Το κυριότερο όργανο μέτρησης της μάζας είναι ο ζυγός (ζυγαριά). Με το όργανο αυτό η άγνωστη μάζα ενός αντικειμένου μετράται συγκρίνοντάς την με σώματα γνωστής μάζας (σταθμά). Νόμος του Hooke Σύμφωνα με το νόμο αυτό, η επιμήκυνση ενός ελατηρίου είναι ανάλογη της δύναμης που ασκείται στο ελατήριο. Αυτό σημαίνει ότι όταν διπλασιάζεται η δύναμη 6

διπλασιάζεται και η επιμήκυνση του ελατηρίου, όταν τριπλασιάζεται η δύναμη τριπλασιάζεται και η επιμήκυνση του ελατηρίου κτλ. Αν τοποθετήσουμε το ελατήριο κατακόρυφα και βάλουμε στην άκρη του ένα σώμα, τότε η δύναμη που ασκείται στο ελατήριο είναι το βάρος του σώματος, το οποίο θα προκαλέσει την επιμήκυνση του ελατηρίου. Με το νόμο του Hooke, από την επιμήκυνση του ελατηρίου μπορούμε να υπολογίσουμε το βάρος του σώματος. Ερωτήσεις για εργασία 1. Συγκέντρωσε πληροφορίες και εικόνες για τη μέτρηση της μάζας με άλλους τρόπους και όργανα. 2. Βρες πληροφορίες για άλλες μονάδες μέτρησης της μάζας που χρησιμοποιούνταν παλιότερα στην Ελλάδα, καθώς και για μονάδες που χρησιμοποιούνται τώρα σε άλλα κράτη. 7

Απάντηση 1. Η μέτρηση της μάζας γίνεται με ζυγό. Οι ζυγοί διακρίνονται σε μηχανικούς και ηλεκτρονικούς. Η λειτουργία των μηχανικών ζυγών στηρίζεται στην επιμήκυνση ενός ελατηρίου. Η λειτουργία των ηλεκτρονικών ζυγών στηρίζεται σε μεταλλάκτες μηχανικής τάσης ή σε ηλεκτροδυναμικούς μεταλλάκτες. Οι παραπάνω ζυγοί μετράνε το βάρος και από αυτό υπολογίζουν τη μάζα. Υπάρχουν και μηχανικοί ζυγοί οι οποίοι λειτουργούν με τη βοήθεια μιας ράβδου (φάλαγγα). Αυτοί μπορούν να μετρήσουν απευθείας τη μάζα ενός σώματος. 8

Νόμος Hooke Μάζα (g) Επιμήκυνση ελατηρίου (cm) 0 0 20 3 40 6 80 12 Α) Να κατασκευαστεί το διάγραμμα μάζας επιμήκυνσης ελατηρίου. Β) Να υπολογιστεί η μάζα που προκαλεί επιμήκυνση 7,5 cm. Να υπολογίσετε το βάρος αυτής της μάζας. Γ) Να υπολογιστεί πόση επιμήκυνση προκαλεί μια μάζα 60 g. 9

Φύλλο Εργασίας 4 Μετρήσεις Θερμοκρασίας Η Βαθμονόμηση Η θερμοκρασία είναι ένα φυσικό μέγεθος που μας δείχνει πόσο θερμό ή πόσο ψυχρό είναι ένα σώμα. Ένα θερμό σώμα λέμε ότι έχει υψηλή θερμοκρασία, ενώ ένα ψυχρό σώμα λέμε ότι έχει χαμηλή θερμοκρασία. Η ακριβής μέτρηση της θερμοκρασίας γίνεται με ειδικό όργανο, το θερμόμετρο. Η μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας είναι ο 1 βαθμός Κελσίου (1 C). Η βαθμονόμηση του θερμομέτρου είναι η διαδικασία χάραξης των γραμμών ώστε να μπορεί να υπολογισθεί με ακρίβεια η θερμοκρασία ενός αντικειμένου. Ουσιαστικά, η βαθμονόμηση συσχετίζει το ύψος του υγρού στο θερμόμετρο με τη θερμοκρασία ενός αντικειμένου. Η βαθμονόμηση στηρίζεται σε φυσικές σταθερές που συμβαίνουν σε δύο διαφορετικές τιμές θερμοκρασίας. Η μία φυσική σταθερά είναι το σημείο τήξης του πάγου (το σημείο όπου ο πάγος λιώνει και γίνεται νερό) και η οποία συμβαίνει στους 0 C. Η άλλη φυσική σταθερά είναι το σημείο βρασμού του νερού και το οποίο συμβαίνει στους 100 C. Αφού χαράξουμε τις γραμμές που αντιστοιχούν στις σταθερές αυτές, χωρίζουμε το αβαθμονόμητο ακόμα θερμόμετρο σε εκατό ίσα τμήματα. Κατά τη θερμομέτρηση, δηλ. τη μέτρηση της θερμοκρασίας, πηγές σφαλμάτων μπορεί να είναι οι εξής: Σφάλματα των ίδιων των οργάνων, π.χ. αν δεν είναι σωστά βαθμονομημένα Λανθασμένη χρήση του οργάνου (η θερμοευαίσθητη άκρη του οργάνου πρέπει να ακουμπάει στο αντικείμενο ή να είναι εμβαπτισμένο στο υγρό που θερμομετρούμε) Αν αγγίζουμε τη θερμοευαίσθητη άκρη του οργάνου Αν δεν κοιτάζουμε με τη σωστή οπτική γωνία (λάθος παράλλαξης). Ο σωστός τρόπος είναι τα μάτια μας να βρίσκονται στο ίδιο ύψος με τη στάθμη του υγρού στο θερμόμετρο Ερωτήσεις για εργασία 1. Να μαζέψετε πληροφορίες για τα διάφορα είδη θερμομέτρων ή οργάνων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. 2. Υπάρχουν άλλες μονάδες μέτρησης της θερμοκρασίας εκτός από τους βαθμούς Κελσίου; Πώς συσχετίζονται μεταξύ τους; 3. Τι γνωρίζετε για τη θερμοκάμερα; 10

Απαντήσεις 1. Α) Υδραργυρικό θερμόμετρο. Βασίζεται σε διαστολή-συστολή υδραργύρου. Β) Οινοπνευματικό ή θερμόμετρο υγρού. Λειτουργεί όπως και το υδραργυρικό, αλλά αντικαθίσταται ο υδράργυρος με άλλο υγρό, στο οποίο έχει προστεθεί χρωστική για να είναι ορατό. Γ) Μεταλλικό θερμόμετρο ή θερμόμετρο ελατηρίου. Όχι ιδιαίτερα ακριβές. Δ) Ηλεκτρικό θερμόμετρο, π.χ. τα θερμόμετρα αυτοκινήτων. Ε) Άλλα θερμόμετρα είναι τα: αερίου, ακροβάθμιο, αναρροφητικό, αυτογραφικό ή αυτογράφος, Beckmann, εδάφους, ιατρικό, σφενδονοειδές, πυρόμετρο, υδροθερμόμετρο. ΣΤ) Θερμογράφος: όργανο συνεχούς καταγραφής τιμών θερμοκρασίας σε χαρτί. 2. Κέλβιν, Φαρενάιτ. Τ F = 32 + 1,8xT C Τ K = 273 + T C 3. Θερμοκάμερα: σχηματίζει εικόνες με υπέρυθρη ακτινοβολία. Τα πλεονεκτήματα είναι η μέτρηση της θερμοκρασίας σε περιοχές πάνω στο αντικείμενο και η μέτρηση από απόσταση. Η αρχή λειτουργίας έχει ως εξής: όλα τα αντικείμενα εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία. Η εκπεμπόμενη θερμική ακτινοβολία μετασχηματίζεται σε θερμική εικόνα. Συνήθως το μπλε είναι η πιο ψυχρή περιοχή. Εφαρμογές: μέτρηση θερμοκρασίας ατόμων από απόσταση (παγιδευμένα άτομα σε κτίρια μετά από σεισμούς ή άλλες φυσικές καταστροφές), έλεγχος θερμικής μόνωσης κτιρίων, εντοπισμός παγόβουνων, ιατρικές εφαρμογές κτλ. 11

Φύλλο Εργασίας 5 Από τη Θερμότητα στη Θερμοκρασία Η Θερμική Ισορροπία Όλα τα αντικείμενα αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια, τα μόρια. Τα μόρια δεν παραμένουν ακίνητα αλλά κινούνται συνεχώς, κάνοντας άτακτες κινήσεις. Λόγω της κίνησής τους, τα μόρια έχουν κινητική ενέργεια. Το σύνολο της κινητικής ενέργειας όλων των μορίων ενός αντικειμένου αποτελεί τη θερμική ενέργεια του. Όσο περισσότερη θερμική ενέργεια έχει ένα αντικείμενο, τόσο πιο θερμό είναι, δηλ. έχει υψηλότερη θερμοκρασία. Αντιθέτως, όσο λιγότερη θερμική ενέργεια έχει ένα αντικείμενο, τόσο πιο ψυχρό είναι, δηλ. έχει χαμηλότερη θερμοκρασία. Η θερμική ενέργεια μπορεί να ρέει από ένα αντικείμενο σε ένα άλλο. Π.χ. ας υποθέσουμε ότι θερμική ενέργεια ρέει από το αντικείμενο Α ΠΡΟΣ το αντικείμενο Β. Το αποτέλεσμα είναι ότι η θερμική ενέργεια του αντικειμένου Β αυξάνεται, άρα αυξάνεται και η θερμοκρασία του, δηλ. θερμαίνεται. Αντιθέτως, η θερμική ενέργεια του αντικειμένου Α μειώνεται, άρα μειώνεται και η θερμοκρασία του, δηλ. ψύχεται. Η θερμική ενέργεια που ρέει από ένα αντικείμενο σε ένα άλλο λέγεται θερμότητα. Η ροή της θερμότητας γίνεται πάντα από το αντικείμενο υψηλότερης θερμοκρασίας προς το αντικείμενο χαμηλότερης θερμοκρασίας. Η ροή αυτή συνεχίζεται έως ότου τα δύο αντικείμενα αποκτήσουν ίση θερμική ενέργεια, δηλ. όταν αποκτήσουν ίσες θερμοκρασίες. Όταν συμβεί αυτό, σταματά η ροή της θερμότητας. Τότε λέμε ότι τα δύο αντικείμενα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία. Σημείωση: Έστω ότι ένα θερμό αντικείμενο τοποθετείται σε κρύο περιβάλλον. Τότε η θερμότητα ρέει από το αντικείμενο προς το περιβάλλον. Τότε λέμε ότι το αντικείμενο εκπέμπει θερμότητα προς το περιβάλλον με αποτέλεσμα να ψύχεται. Έστω τώρα ότι ένα ψυχρό αντικείμενο τοποθετείται σε ζεστό περιβάλλον. Τότε η θερμότητα ρέει από το περιβάλλον προς το αντικείμενο. Τότε λέμε ότι το αντικείμενο απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον με αποτέλεσμα να θερμαίνεται. Η θεμελιώδης μονάδα μέτρησης της θερμότητας (ή της θερμικής ενέργειας) είναι το 1 Τζάουλ (1 J). Πολλές φορές στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιούμε μια άλλη μονάδα μέτρησης, τη 1 θερμίδα (1 cal). Η σχέση που συνδέει τις δύο μονάδες είναι η εξής: 1 cal = 4,2 J 12

Ερωτήσεις για εργασία 1. Ακουμπάτε ένα κρύο κομμάτι σιδήρου. Προς τα πού ρέει θερμότητα; Πριν την επαφή, ποιο είχε μεγαλύτερη θερμική ενέργεια, το χέρι σας ή το σίδηρο; Μετά την επαφή; Εξηγήστε το φαινόμενο με βάση την κίνηση των μορίων. 2. Αναφέρετε και περιγράψτε δύο φαινόμενα από την καθημερινή σας εμπειρία όπου συμβαίνει ροή θερμότητας. Τι συμβαίνει στα μόρια των σωμάτων που συμμετέχουν στη ροή της θερμότητας; 3. Σας δίνουν δύο αντικείμενα από τα οποία το ένα έχει θερμοκρασία 5 C και το άλλο έχει 25 C. Σε ποιο αντικείμενο τα μόρια παρουσιάζουν μεγαλύτερη κινητικότητα; Αν φέρετε σε επαφή τα δύο σώματα, τι θα συμβεί στην κινητικότητα των μορίων του κάθε σώματος; Τι θα συμβεί στις θερμοκρασίες τους; 13

Πίνακας τιμών θερμικής ισορροπίας Χρόνος (min) Δοχείο Α ( C) Δοχείο Β ( C) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 14

Φύλλο Εργασίας 6 Οι Αλλαγές Κατάστασης του Νερού Ο «Κύκλος» του Νερού Το νερό βρίσκεται στη φύση σε τρεις διαφορετικές φυσικές καταστάσεις: στερεή (πάγος), υγρή και αέρια (υδρατμοί). Το νερό μπορεί να μεταπηδά από τη μια φυσική κατάσταση στην άλλη. Οι αλλαγές αυτές έχουν τις εξής ονομασίες: Εξάτμιση: υγρό νερό υδρατμοί. Η ταχύτητα της εξάτμισης επηρεάζεται από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Όσο υψηλότερη η θερμοκρασία, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η εξάτμιση. Πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 0 C. Η εξάτμιση γίνεται μόνο από την επιφάνεια του υγρού. Συμπύκνωση ή υγροποίηση: υδρατμοί υγρό νερό. Είναι το αντίθετο της εξάτμισης. Πήξη: υγρό νερό πάγος. Η πήξη του νερού ξεκινά όταν η θερμοκρασία κατέβει στους 0 C. Τήξη: πάγος υγρό νερό. Η τήξη (ή λιώσιμο) του πάγου γίνεται στους 0 C. Βρασμός: Είναι η μετατροπή του υγρού νερού σε υδρατμούς από όλη τη μάζα του υγρού. Ο βρασμός του νερού, που λέγεται και ζέση, γίνεται σε θερμοκρασία 100 C. πήξη τήξη ΥΓΡΟ εξάτμιση Υγροποίηση ή συμπύκνωση ΣΤΕΡΕΟ εξάχνωση απόθεση ΑΕΡΙΟ Όσο το νερό βράζει, η θερμοκρασία του παραμένει σταθερή. Το νερό βράζει όταν αρχίζουν να βγαίνουν φυσαλίδες από όλο τον όγκο του νερού και όχι μονάχα από την επιφάνειά του. Πρέπει να τονίσουμε ότι το νερό βράζει στους 100 C κάτω από τις εξής προϋποθέσεις: Το νερό να είναι απόλυτα καθαρό. Αν περιέχει προσμείξεις τότε το νερό βράζει σε μεγαλύτερη θερμοκρασία. Ο βρασμός να γίνεται στο επίπεδο της θάλασσας (υψόμετρο 0 m). Καθώς ανεβαίνουμε υψόμετρο, ο βρασμός γίνεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία. 15

Ο βρασμός να γίνεται σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση (1 Atm). Όσο μειώνεται η ατμοσφαιρική πίεση, τόσο μειώνεται και η θερμοκρασία βρασμού του νερού. Γιατί το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή; Το νερό είναι τελείως απαραίτητο για τους οργανισμούς. Οι οργανισμοί που δεν μπορούν να αναπληρώσουν το νερό που χάνουν, π.χ. με τον ιδρώτα, αφυδατώνονται και σταδιακά πεθαίνουν. Οι κυριότεροι λόγοι που το νερό είναι τόσο σημαντικό για τη ζωή είναι: 1. Είναι το μέσο με το οποίο τα θρεπτικά συστατικά του εδάφους περνούν και κυκλοφορούν στο εσωτερικό των φυτών. 2. Είναι απαραίτητο για τη φωτοσύνθεση των φυτών. 3. Παρέχει το μέσο μέσα στο οποίο πραγματοποιούνται οι χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των οργανισμών. 4. Συμμετέχει το ίδιο το νερό σε χημικές αντιδράσεις. 5. Συμβάλλει στη θερμορρύθμιση των οργανισμών. 6. Αποτελεί ένα σημαντικό μέρος της μάζας των οργανισμών. Π.χ. στους ενήλικες ανθρώπους το νερό αποτελεί περίπου το 65% της μάζας τους. Ο «κύκλος» του νερού Οι παραπάνω διαδικασίες συμβαίνουν και στη φύση με αποτέλεσμα το νερό να αλλάζει συνεχώς φυσική κατάσταση. Έτσι, το νερό των ποταμών, λιμνών και θαλασσών ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα (εξάτμιση). Εκεί το νερό σχηματίζει τα σύννεφα. Σε κατάλληλες συνθήκες οι υδρατμοί σχηματίζουν τη βροχή (συμπύκνωση ή υγροποίηση), ή τα σταγονίδια του νερού σχηματίζουν το χιόνι ή το χαλάζι (πήξη). Στη συνέχεια, τα χιόνια λιώνουν (τήξη) και το νερό καταλήγει ξανά στα ποτάμια, στις λίμνες και στις θάλασσες. Καθώς αυτές οι διαδικασίες επαναλαμβάνονται συνεχώς δημιουργούν τον «κύκλο» του νερού ή υδρολογικό κύκλο. Η ενέργεια που χρειάζεται ο υδρολογικός κύκλος παρέχεται από την ηλιακή ακτινοβολία. Ο «κύκλος» του νερού αποτελεί ένδειξη υγείας των οικοσυστημάτων, και κατ επέκταση της ισορροπίας του φυσικού περιβάλλοντος. 16

Εξήγηση της αλλαγής της φυσικής κατάστασης του νερού με βάση τις κινήσεις των μορίων Τα μόρια του πάγου κινούνται λίγο γύρω από μόνιμες θέσεις και με μικρές ταχύτητες. Επομένως έχουν μικρή κινητική ενέργεια. Κατά συνέπεια, ο πάγος έχει μικρή θερμική ενέργεια. Καθώς παρέχουμε θερμότητα στον πάγο τα μόρια αρχίζουν να κινούνται περισσότερο, πιο άτακτα και πλέον δεν έχουν μόνιμες θέσεις. Σε αυτό το στάδιο ο πάγος (στερεός) έχει πλέον μετατραπεί σε υγρό νερό. Στο υγρό νερό τα μόρια κινούνται με μεγαλύτερες ταχύτητες και επομένως έχουν περισσότερη κινητική ενέργεια από ότι τα μόρια στον πάγο. Άρα το υγρό νερό έχει περισσότερη θερμική ενέργεια από τον πάγο. Καθώς προσφέρουμε και άλλη θερμότητα στο υγρό νερό, τα μόρια κινούνται όλο και περισσότερο και με μεγαλύτερες ταχύτητες. Άρα αποκτούν ολοένα και περισσότερη κινητική ενέργεια και το νερό έχει συνεχώς περισσότερη θερμική ενέργεια. Κάποια από τα μόρια έχουν τόσο μεγάλη κινητική ενέργεια που ξεφεύγουν από την επιφάνεια του υγρού και διαχέονται στο χώρο. Αυτή είναι η εξάτμιση. Αν συνεχίσουμε να προσφέρουμε θερμότητα στο νερό, τότε κάποια στιγμή τα μόρια θα αποκτήσουν τόσο υψηλή κινητική ενέργεια που θα ξεφεύγουν από όλη τη μάζα του υγρού νερού προς την ατμόσφαιρα με τη μορφή υδρατμών. Αυτός είναι ο βρασμός. 17

Φύλλο εργασίας 7 Η Διαστολή και Συστολή του Νερού Μια Φυσική «Ανωμαλία» Όλα τα σώματα όταν θερμαίνονται αυξάνεται το μέγεθός τους, π.χ. ο όγκος τους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διαστολή. Αντιθέτως, όταν ψύχονται, σε όλα τα σώματα παρατηρείται μείωση του μεγέθους τους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται συστολή. Η μοναδική εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα είναι το νερό. Το νερό ακολουθεί τον παραπάνω κανόνα από τη θερμοκρασία των 4 C και πάνω. Σε θερμοκρασίες 0 4 C παρατηρείται η εξής ανωμαλία: όταν το νερό θερμαίνεται από τους 0 στους 4 C συστέλλεται, δηλαδή ο όγκος του μειώνεται. Αντιθέτως, όταν το νερό ψύχεται από τους 4 στους 0 C διαστέλλεται, δηλαδή ο όγκος του αυξάνεται. Η διαφορετική συμπεριφορά του νερού σε σχέση με τα υπόλοιπα σώματα, στο εύρος θερμοκρασιών 0-4 C, ονομάζεται ανωμαλία συστολής του νερού. Αυτή η ανωμαλία εξηγεί γιατί, αν βάλουμε ένα γυάλινο μπουκάλι με νερό στην κατάψυξη και το νερό παγώσει, το μπουκάλι σπάζει. Ο λόγος είναι ότι καθώς το νερό ψύχεται στους 0 C ο όγκος του αυξάνεται με αποτέλεσμα να σπάζει το μπουκάλι. Η ανωμαλία αυτή έχει ορισμένα αξιοσημείωτα αποτελέσματα στη φύση. Το χειμώνα η επιφάνεια μερικών μικρών λιμνών μπορεί να παγώσει. Ο πάγος, ο οποίος έχει θερμοκρασία 0 C, έχει μεγαλύτερο όγκο από το νερό των 4 C επομένως έχει και μικρότερη πυκνότητα. Αφού έχει μικρότερη πυκνότητα ανεβαίνει στην επιφάνεια του νερού, δηλαδή επιπλέει. Ταυτόχρονα, το νερό θερμοκρασίας 4 C το οποίο έχει μικρότερο όγκο από τον πάγο, έχει μεγαλύτερη πυκνότητα, επομένως πηγαίνει προς το πυθμένα της λίμνης. Επειδή ο πάγος είναι θερμομονωτικό υλικό εμποδίζει το πάγωμα του υπόλοιπου νερού της λίμνης. Έτσι, οι οργανισμοί που ζουν σε αυτήν δεν πεθαίνουν. 18

Φύλλο εργασίας 8 Το Φως Θερμαίνει «Ψυχρά» και «Θερμά» Χρώματα Στη φυσική, τα χρώματα διακρίνονται σε θερμά και ψυχρά. Τα θερμά χρώματα είναι τα σκούρα, ενώ τα ψυχρά χρώματα είναι τα ανοιχτά. Τα σκούρα χρώματα λέγονται θερμά γιατί όταν εκτεθούν σε πηγή φωτός απορροφούν μεγαλύτερα ποσά θερμικής ενέργειας σε σχέση με τα ανοιχτά χρώματα που αποκαλούνται ψυχρά. Επομένως, ένα αντικείμενο που έχει σκούρο χρώμα απορροφά περισσότερη θερμική ενέργεια από το φως και κατά συνέπεια η θερμοκρασία του αυξάνεται περισσότερο από όσο θα αυξηθεί η θερμοκρασία ενός αντικειμένου που έχει ανοιχτό χρώμα. Το φαινόμενο αυτό παρουσιάζει αρκετές ενδιαφέρουσες εφαρμογές στην καθημερινή ζωή. Μερικές από αυτές είναι οι ακόλουθες: Το καλοκαίρι πρέπει να φοράμε ανοιχτόχρωμα ρούχα για να ζεσταινόμαστε λιγότερο, ενώ το χειμώνα πρέπει να φοράμε σκούρα ρούχα για να μπορούμε να απορροφούμε την ελάχιστη θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία Τα σπίτια σε ζεστές χώρες βάφονται με ανοιχτά χρώματα για να εμποδίζουν τη μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό. Αντιθέτως, τα σπίτια σε ψυχρές χώρες βάφονται με σκούρα χρώματα για να απορροφούν όσο γίνεται περισσότερο τη θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία 19