Πειράματα θερμότητας
•
10 likes•18,891 views
Εργαστηριακές σημειώσεις για τη Θερμότητα της Β' Γυμνασίου
Recommended
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Viewers also liked
Viewers also liked (12)
Similar to Πειράματα θερμότητας
Similar to Πειράματα θερμότητας (20)
More from Christos Gotzaridis
More from Christos Gotzaridis (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (10)
Πειράματα θερμότητας
- 1. Χ. ΓΚΟΤΖΑΡΙ∆ΗΣ Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Θεωρία – πειράµατα – φύλλα εργασίας Κοµοτηνή 2009
- 2. 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι εργαστηριακές σηµειώσεις που ακολουθούν έχουν γραφεί για να υποστηρίξουν ένα πακέτο υλικών εργαστηριακών ασκήσεων θερµότητας που σχεδιάστηκε για ερευνητικούς λόγους. Έχουν ως στόχο να στηρίξουν την εργαστηριακή προσπάθεια εκπ/κων µε ελάχιστη εργαστηριακή εµπειρία. Γι αυτό το λόγο περιλαµβάνουν εξαιρετικά αναλυτικές οδηγίες και ενδεικτικούς χρόνους για την ανάπτυξη των εργαστηριακών ασκήσεων. Παρ’ όλα αυτά φαίνεται ότι µπορούν και λειτουργούν και αυτόνοµα ενταγµένες σε µαθήµατα του κεφαλαίου της θερµότητας της Β’ Γυµνασίου. Τα πειράµατα χαρακτηρίζονται µε τις ενδείξεις «πείραµα επίδειξης» και «σύνθετο πείραµα» ανάλογα µε τη δυσκολία που παρουσιάζουν αλλά και τη σχέση τους µε άλλα παρόµοια πειράµατα και τη θεωρία που υποστηρίζουν. Σε κάθε περίπτωση όµως τα πειράµατα σχεδιάστηκαν να είναι ενταγµένα σε ένα «κοινό» µάθηµα που εξελίσσεται σε µία σχολική τάξη ή ένα εργαστήριο Φ.Ε. Στο κάθε πείραµα µε την ένδειξη «σηµεία που θα τονιστούν και ερωτήσεις εµπέδωσης» περιλαµβάνονται και ερωτήσεις φράσεις βασικοί συλλογισµοί που αφορούν τη θεωρία που σχετίζεται µε το πείραµα, όλα αυτά προτείνεται να συζητούνται µε τους µαθητές κατά τη διάρκεια και ταυτόχρονα µε την εκτέλεση του πειράµατος. Τέλος στις σηµειώσεις περιλαµβάνονται και φύλλα εργασίας σχετικά µε τη κάθε πειραµατική δραστηριότητα και τη θεωρία που τη συνοδεύει. Τα φύλλα εργασίας µπορεί να εµπλουτιστούν κατά περίπτωση µε σηµεία που έχουν επισηµανθεί κατά τη διάρκεια του κάθε µαθήµατος. Ελπίζω αυτές οι εργαστηριακές σηµειώσεις να φανούν χρήσιµες σε όσο το δυνατόν περισσότερους συναδέλφους. Χ. Γκοτζαρίδης Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 3. 3 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ ΛΙΓΑ ΛΟΓΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΩΡΙΑ Θερµότητα ονοµάζουµε µία µορφή ενέργειας η οποία µεταφέρεται από ένα θερµό σε ένα ψυχρότερο σώµα. Η θερµότητα επειδή είναι µορφή ενέργειας µπορεί να µετρηθεί σε µονάδες ενέργειας. Συνήθως όµως για την µέτρηση ποσοτήτων θερµότητας χρησιµοποιούµε τη θερµίδα (cal). Θερµοκρασία ονοµάζεται το φυσικό µέγεθος το οποίο µας δίνει πληροφορίες για το πόσο θερµό ή πόσο ψυχρό είναι ένα σώµα. Για την µέτρηση της θερµοκρασίας χρησιµοποιούµε τα θερµόµετρα. Η αρχή λειτουργίας των διαφόρων τύπων θερµοµέτρου, στηρίζεται στην παρατήρηση πως, όταν αλλάζει η θερµοκρασία των υλικών, αλλάζουν και ορισµένες χαρακτηριστικές σταθερές των υλικών, όπως π.χ. διαστάσεις, ηλεκτρική αντίσταση, πίεση κ.τ.λ. Κάθε τέτοια µεταβολή είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθεί για την κατασκευή ενός τύπου θερµόµετρου. Με αυτό τον τρόπο, υπολογίζοντας την µεταβολή της ιδιότητας που επιλέξαµε, µετράµε και την µεταβολή της θερµοκρασίας του θερµοµέτρου. Συνηθέστερος τύπος θερµοµέτρου είναι το υδραργυρικό θερµόµετρο και η λειτουργία του στηρίζεται στην διαφορετική διαστολή του υδράργυρου από το γυαλί που τον περιβάλλει. Τα θερµόµετρα συνήθως είναι βαθµολογηµένα στην κλίµακα του Κελσίου. Το µηδέν της κλίµακας είναι στην θέση που το καθαρό νερό αρχίζει να παγώνει, ενώ το σηµείο που το καθαρό νερό βράζει, σε πίεση µιας ατµόσφαιρας, βαθµολογείται µε το εκατό(100) της κλίµακας. Όλο το ενδιάµεσο διάστηµα διαιρείται σε εκατό ίσα τµήµατα και το κάθε ένα αντιπροσωπεύει έναν βαθµό Κελσίου. ∆ιαστολή των σωµάτων Όταν η θερµοκρασία ενός σώµατος (στερεού ή υγρού) αυξάνεται, τα µόριά του κινούνται ταχύτερα και αποµακρύνονται περισσότερο από την θέση ισορροπίας τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα να αυξάνεται και ο χώρος που καταλαµβάνει το σώµα. Το φαινόµενο αυτό το ονοµάζουµε διαστολή των σωµάτων. Η αύξηση των διαστάσεων συµβαίνει και στις τρεις διαστάσεις του σώµατος (µήκος, πλάτος, ύψος). Σε ένα σώµα που έχει «αναπτυγµένη» την µία µόνο διάστασή του σε σχέση µε τις άλλες δύο (π.χ. σύρµα, ράβδος) την διαστολή του την χαρακτηρίζουµε ως γραµµική διαστολή. Σε πλήρη αναλογία µπορούµε να µιλάµε για επιφανειακή διαστολή (σε φύλο λαµαρίνας) ή κυβική διαστολή (σε κάθε σώµα που έχει αναπτυγµένες και τις τρεις διαστάσεις του). Η διαστολή (ας αναφερθούµε µόνο στη γραµµική) που παθαίνει ένα σώµα που θερµαίνεται, είναι ανάλογη µε την µεταβολή της θερµοκρασίας του, ανάλογη µε το µήκος του και εξαρτάται από το υλικό κατασκευής του σώµατος. Σώµατα από διαφορετικά υλικά, παθαίνουν διαφορετική διαστολή µε την ίδια µεταβολή της θερµοκρασίας τους. Την διαφορετική συµπεριφορά στην διαστολή του κάθε υλικού περιγράφουµε µε τον συντελεστή διαστολής του κάθε υλικού. Η µεταβολή του µήκους µπορεί να βρεθεί από την σχέση: lθ= l0 (1+a∆θ). Κατ΄ αναλογία µπορούµε να µιλήσουµε για την επιφανειακή διαστολή και τη διαστολή του όγκου. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 4. 4 ∆ιαστολή των υγρών Στα υγρά µελετάµε την διαστολή τους και στις τρεις διαστάσεις τους (κυβική διαστολή) η οποία περιγράφεται από την ίδια σχέση που περιγράφεται η διαστολή των στερεών. Η διαστολή των υγρών, στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι µεγαλύτερη από την διαστολή των στερεών. ∆ιαστολή των αερίων Για τις θερµικές µεταβολές των αερίων ισχύουν οι νόµοι των ιδανικών αερίων. Γενικά θα µπορούσε να λεχθεί πως τα αέρια, όταν θερµανθούν, διαστέλλονται πολύ περισσότερα από τα στερεά και τα υγρά. Θερµιδοµετρία Όταν µία µάζα προσλαµβάνει η αποδίδει ποσό θερµότητας, η θερµοκρασία της αυξάνει ή ελαττώνεται κατά ∆θ και ισχύει η σχέση: Q= m c ∆Θ. ∆ηλαδή η µεταβολή της θερµοκρασίας είναι αντιστρόφως ανάλογη της µάζας του θερµαινόµενου σώµατος και εξαρτάται από το υλικό. Η σταθερά c ονοµάζεται ειδική θερµότητα του υλικού και ορίζεται ως εξής: Η ειδική θερµότητα (c) ενός υλικού ισούται µε το ποσό θερµότητας που πρέπει να προσλάβει 1gr του υλικού για να αυξηθεί η θερµοκρασία του κατά ένα βαθµό Κελσίου. Η ειδική θερµότητα είναι χαρακτηριστικό γνώρισµα του κάθε υλικού. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 5. 5 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ __________________________________________________________________ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ Σκοπός της ενότητας: • Να αντιληφθούν οι µαθητές ότι όταν προσφέρουµε θερµότητα σε ένα σώµα, αυξάνεται η θερµοκρασία του σώµατος. • Να σχετίσουν την αύξηση της θερµοκρασίας µε το ποσό θερµότητας που προσφέρεται. • Να σχετίσουν την αύξηση της θερµοκρασίας µε το ποσό θερµότητας και τη µάζα του σώµατος που θερµαίνεται. • Να αντιληφθούν ποιοτικά το γεγονός ότι το ίδιο ποσό θερµότητας δεν αυξάνει το ίδιο την θερµοκρασία διαφορετικών σωµάτων. Απαιτούµενος εξοπλισµός: • Γκαζάκι –τρίποδας- πλέγµα. • Ποτήρι ζέσης 100ml. • Μεταλλικοί κύλινδροι. • Πλαστικός κύλινδρος. • Θερµόµετρα. • Λαβίδα προστασίας. • ∆ύο δοκιµαστικοί σωλήνες. • ρολόι Αναλώσιµα: • Νερό από τη βρύση. • Λάδι από το σπίτι. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 6. 6 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 1 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ Θα δείξουµε πως η θέρµανση των σωµάτων αυξάνει τη θερµοκρασία τους. Στόχος είναι να συνδέσουν οι µαθητές τη θερµότητα µε το γκαζάκι (ή την ηλεκτρική κουζίνα ή το τζάκι) και τη θερµοκρασία µε το Θα χρειαστούν: θερµόµετρο. Να καταλάβουν πως η θερµότητα είναι µία Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα µορφή ενέργειας που δίνει το γκαζάκι στο σώµα και Ποτήρι ζέσης, θερµόµετρο, νερό πως θερµοκρασία είναι το µέγεθος που δείχνει αν το βρύσης, µεταλλικός κύλινδρος σώµα είναι ζεστό ή κρύο. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Χρόνος προετοιµασίας του Ανάβουµε το γκαζάκι και στη συνέχεια τοποθετούµε πάνω του τον τρίποδα µε το πλέγµα. Στη συνέχεια Πειράµατος 5 λεπτά τοποθετούµε πάνω στη διάταξη θέρµανσης ένα ποτηράκι ζέσης µε λίγο νερό και µέσα σ΄ αυτό το Χρόνος εκτέλεσης του θερµόµετρο. Καθώς προχωρά η θέρµανση, θα δούµε πειράµατος 7 λεπτά πως η θερµοκρασία του νερού αυξάνεται. Αντικαθιστούµε το νερό µε ένα µεταλλικό κύλινδρο. • Η θέρµανση 40ml νερού Τοποθετούµε το θερµόµετρο στην ειδική εσοχή. (το νερό που περιέχουν δύο Καθώς προχωρά η θέρµανση, θα παρατηρήσουµε τη δοκιµαστικοί σωλήνες) θερµοκρασία του σώµατος να αυξάνεται. από τη βρύση στους 40 βαθµούς διαρκεί περί τα 2 λεπτά. ΠΡΟΣΟΧΗ • Η θέρµανση του κυλίνδρου • Το θερµόµετρο δεν θα πρέπει να ακουµπά στον στους 40 βαθµούς διαρκεί πυθµένα και τα τοιχώµατα του δοχείου. περί τα 2 λεπτά. • Η ποσότητα του νερού πρέπει να είναι µικρή ώστε, γρήγορα να παρατηρούνται αξιοσηµείωτες µεταβολές στην ένδειξη του θερµόµετρου. Χρόνος καθαρισµού και • Για λόγους προστασίας από εγκαύµατα θα πρέπει να αποθήκευσης των υλικών αποφεύγεται η θέρµανση σε θερµοκρασίες του πειράµατος 5. µεγαλύτερες από 50 βαθµούς. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 7. 7 ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Όταν ζεσταίνουµε ένα σώµα του προσφέρουµε θερµική ενέργεια. Όταν κρυώνουµε (ψύχουµε) ένα σώµα του αφαιρούµε θερµική ενέργεια. Η πηγή που προφέρει θερµική ενέργεια σε ένα σώµα βρίσκεται σε υψηλότερη θερµοκρασία. Η θερµική ενέργεια µεταφέρεται πάντοτε από τα θερµότερα σώµατα προς τα ψυχρότερα. Όσο περισσότερη θερµική ενέργεια (θερµότητα) προσφέρουµε σε ένα σώµα, τόσο περισσότερο ανεβαίνει η θερµοκρασία του. Τι µετράµε µε το θερµόµετρο; Με ποιους τρόπους θα µπορούσατε να θερµάνετε το νερό στο σπίτι σας; Ποιες άλλες µορφές ενέργειας γνωρίζετε; Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 8. 8 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 Να περιγράψεις µε λίγα λόγια το πείραµα που κάνατε σήµερα στην τάξη. ( Να χρησιµοποιήσεις οπωσδήποτε τις λέξεις: γκαζάκι θερµότητα θερµόµετρο θερµοκρασία) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Μπορείς να αναφέρεις µερικές πηγές θερµότητας που γνωρίζεις από την καθηµερινή σου ζωή; …………………………………………………………………………………………. Με ποιο όργανο µετράµε τη θερµοκρασία κάθε σώµατος; Να αναφέρεις διάφορους τύπους αυτού του οργάνου που βρίσκονται στα σπίτια µας και βρίσκονται σε χρήση από όλους µας. ………………………………………………………………………………………… Όταν θερµαίνεται ένα σώµα, τι συµβαίνει στη θερµοκρασία του; ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………. Πιο ή ποια συµπεράσµατα έβγαλες από το σηµερινό πείραµα; ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 9. 9 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 2 ΣΥΝΘΕΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ Θα δείξουµε πως διαφορετικές ποσότητες ουσίας απαιτούν διαφορετικά ποσά θερµότητας για την ίδια µεταβολή στη θερµοκρασία τους. Στόχος είναι να δείξουµε στα παιδιά πως όσο Θα χρειαστούν: µεγαλύτερη είναι η ποσότητα της ουσίας που Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα θερµαίνεται, τόσο περισσότερο ποσό θερµότητας Ποτήρι ζέσης, θερµόµετρο, απαιτείται για να µεταβληθεί η θερµοκρασία της. ∆οκιµαστικός σωλήνας ( ∆ες από την εισαγωγή τα σχετικά στη ρολόι θερµιδοµετρία.) ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ * Θα συζητάµε για ποσό θερµότητας και θα µετράµε χρόνο. Πρέπει να τονίσουµε πως το συνολικό ποσό θερµότητας που προσφέρει η πηγή εξαρτάται από το χρόνο που η πηγή είναι αναµµένη. Ανάβουµε το γκαζάκι και βάζουµε πάνω το τρίποδα Χρόνος προετοιµασίας του µε το πλέγµα. Βάζουµε στο ποτήρι ζέσης ορισµένη πειράµατος 7 λεπτά. ποσότητα νερού από τη βρύση, ας πούµε το νερό που χωράει σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες. Την ώρα που Χρόνος εκτέλεσης του βάζουµε το ποτήρι στον τρίποδα αρχίζουµε να πειράµατος 8 λεπτά χρονοµετρούµε. Με το θερµόµετρο παρακολουθούµε την αύξηση της θερµοκρασίας του νερού. (προσοχή • Η θέρµανση 40ml νερού για λόγους ασφαλείας δεν πρέπει η θερµοκρασία να της βρύσης στους ξεπεράσει τους 40 βαθµούς). Σηµειώνουµε σε πόσο 40 βαθµούς διαρκεί 2 λεπτά. χρόνο πετύχαµε την συγκεκριµένη αύξηση της • Η θέρµανση 80 ml νερού θερµοκρασίας. της βρύσης διαρκεί περί τα 4 λ Στη συνέχεια χωρίς να σβήσουµε το γκαζάκι, λεπτά αδειάζουµε το ζεστό νερό και βάζουµε διπλάσια ποσότητα νερού από τη βρύση π.χ. τέσσερις Χρόνος καθαρισµού και δοκιµαστικού σωλήνες. Τοποθετούµε το ποτήρι στον αποθήκευσης των υλικών τρίποδα και αρχίζουµε να θερµαίνουµε και να του πειράµατος 10 χρονοµετρούµε. Θα δούµε πως θα χρειαστεί (σχεδόν) ο διπλάσιος χρόνος για να πετύχουµε την ίδια τελική θερµοκρασία (ορθότερα, την ίδια µεταβολή της θερµοκρασίας). ΠΡΟΣΟΧΗ • Το θερµόµετρο δεν θα πρέπει να ακουµπά στον πυθµένα και τα τοιχώµατα του δοχείου. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 10. 10 • Χρησιµοποιούµε µικρές ποσότητες νερού, για να έχουµε γρήγορα αξιοσηµείωτα αποτελέσµατα και δεν ξεπερνάµε τους 50 βαθµούς. • Αν τη δεύτερη φορά χρησιµοποιήσουµε κρύο ποτήρι και κρύο πλέγµα θα µετρήσουµε περίπου το διπλάσιο χρόνο θέρµανσης. ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Όσο περισσότερο χρόνο θερµαίνουµε ένα σώµα, τόσο µεγαλύτερο ποσό θερµικής ενέργειας του προσφέρουµε. Η πηγή που προφέρει θερµική ενέργεια σε ένα σώµα βρίσκεται σε υψηλότερη θερµοκρασία. Όσο αυξάνεται η θερµική ενέργεια ενός σώµατος, τόσο αυξάνεται η θερµοκρασία του. Όσο µεγαλύτερη είναι η µάζα του σώµατος τόσο περισσότερη θερµική ενέργεια πρέπει να του προσφέρουµε για να µεταβληθεί η θερµοκρασία του. Πιο ζεσταίνεται γρηγορότερα ένα µπρίκι του καφέ µε νερό ή µία κατσαρόλα γεµάτη νερό και γιατί; Τι πρέπει να κάνουµε για να ανεβεί η θερµοκρασία του νερού πιο γρήγορα; Πότε ζεσταίνεται πιο εύκολα το νερό όταν ανάψουµε την κουζίνα στο 1 στο 2 ή στο 3; Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 11. 11 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2 Να περιγράψεις µε λίγα λόγια το πείραµα που κάνατε σήµερα στην τάξη. ( Να χρησιµοποιήσεις οπωσδήποτε τις λέξεις: γκαζάκι θερµότητα ποσότητα νερού χρόνος θερµόµετρο θερµοκρασία) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Όσο περισσότερο χρόνο……………………… το νερό, τόσο ……………………….ποσό θερµότητας του προσφέρω. Μπορείς να υποθέσεις πόσο χρόνο περίπου θα χρειαζόταν µία τριπλάσια ποσότητα νερού για να θερµανθεί στην θερµοκρασία που θερµάνατε την αρχική ποσότητα νερού στο σηµερινό πείραµα; …………………………………………………………………………………………. Αν ο δάσκαλός σου δυνάµωνε περισσότερο τη φωτιά στο γκαζάκι θα θερµαινόταν η ποσότητα του νερού σε λιγότερο ή σε περισσότερο χρόνο; ………………………………………………………………………………………… Στο σηµερινό πείραµα χρησιµοποιήθηκε νερό για να γίνουν οι παρατηρήσεις. Θα µπορούσατε να χρησιµοποιήσετε κάποιο άλλο υλικό αντί για νερό; Πιστεύεις ότι πάλι θα καταλήγατε στα ίδια συµπεράσµατα; ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 12. 12 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 3 ΣΥΝΘΕΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ Θα δείξουµε πως ίσες µάζες από διαφορετικές ουσίες απαιτούν διαφορετικά ποσά θερµότητας για την ίδια µεταβολή στη θερµοκρασία τους. Θα δείξουµε ότι το ίδιο ποσό θερµότητας αν δοθεί σε Θα χρειαστούν: ίσες µάζες από διαφορετικές ουσίες, οι ουσίες δεν Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα αποκτούν την ίδια τελική θερµοκρασία (παρόλο που Ποτήρι ζέσης, θερµόµετρο, παίρνουν το ίδιο ποσό θερµότητας). Η τελική Ζυγός του εργαστηρίου(αν θερµοκρασία εξαρτάται από το είδος του υλικού. υπάρχει), δοκιµαστικός ( ∆ες από την εισαγωγή τα σχετικά µε την ειδική σωλήνας, νερό βρύσης, λάδι, ρολόι. θερµότητα στη θερµιδοµετρία.) ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ * Θα συζητάµε για ποσό θερµότητας και θα µετράµε χρόνο. Πρέπει να τονίσουµε πως το συνολικό ποσό θερµότητας που προσφέρει η πηγή εξαρτάται από το χρόνο που η πηγή είναι αναµµένη. Ανάβουµε το γκαζάκι και βάζουµε πάνω το τρίποδα Χρόνος προετοιµασίας του µε το πλέγµα. Βάζουµε στο ποτήρι ορισµένη πειράµατος 7 λεπτά. ποσότητα νερού από τη βρύση, εδώ επειδή πρόκειται να χρησιµοποιήσουµε διαφορετικές ουσίες θα πρέπει Χρόνος εκτέλεσης του να ζυγίσουµε την ποσότητα του νερού. Ποσότητα πειράµατος 10 λεπτά. νερού που χωρά σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες έχει • Η θέρµανση 40 gr νερού της όγκο 40ml και ζυγίζει 40gr. Την ώρα που βάζουµε το βρύσης στους ποτήρι στον τρίποδα αρχίζουµε να χρονοµετρούµε. 40 βαθµούς διαρκεί 2 λεπτά. Με το θερµόµετρο παρακολουθούµε την αύξηση της θερµοκρασίας του νερού. (προσοχή για λόγους • Η θέρµανση 80 gr νερού της βρύσης διαρκεί περί τα 4 ασφαλείας δεν πρέπει η θερµοκρασία να ξεπεράσει λεπτά. τους 40 βαθµούς). Σηµειώνουµε σε πόσο χρόνο πετύχαµε την συγκεκριµένη αύξηση της • Η θέρµανση 40 gr λαδιού θερµοκρασίας. διαρκεί λιγότερο από 2 λεπτά. Στη συνέχεια χωρίς να σβήσουµε το γκαζάκι, αδειάζουµε το ζεστό νερό και βάζουµε στο ποτήρι Χρόνος καθαρισµού και προζυγισµένη ίση µάζα λαδιού 40g. Θα δούµε πως σε αποθήκευσης των υλικών λιγότερο χρόνο θα πετύχουµε την ίδια µεταβολή στη του πειράµατος 10 λεπτά θερµοκρασία του. Αν συνεχίσουµε να θερµαίνουµε για όσο χρόνο θερµάναµε το νερό, η τελική θερµοκρασία του λαδιού θα είναι µεγαλύτερη. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 13. 13 Αν επαρκεί ο χρόνος που έχουµε στη διάθεσή µας, θερµαίνουµε και το κοµµάτι µέταλλο. Θα δούµε πως πάλι θα απαιτηθεί διαφορετικός χρόνος (διαφορετικό ποσό θερµότητας) για την ίδια µεταβολή στη θερµοκρασία. ΠΡΟΣΟΧΗ • Το θερµόµετρο δεν θα πρέπει να ακουµπά στον πυθµένα και τα τοιχώµατα του δοχείου. • Χρησιµοποιούµε µικρές ποσότητες νερού και λαδιού, για να έχουµε γρήγορα αξιοσηµείωτα αποτελέσµατα και δεν ξεπερνάµε τους 50 βαθµούς. • Το λάδι έχει µικρότερη πυκνότητα από το νερό. Αν δεν διαθέτουµε ζυγό για να χρησιµοποιήσουµε περίπου ίσες ποσότητες νερού και λαδιού, ογκοµετρούµε ορισµένη ποσότητα νερού και ποσότητα λαδιού µε όγκο κατά 1/5 µεγαλύτερο από το νερό. Με αυτό τον τρόπο εξασφαλίζουµε ποσότητες σχεδόν ίσης µάζας. ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Κάθε ουσία, κάθε διαφορετικό σώµα, απαιτεί διαφορετικό ποσό θερµότητας για να ανεβεί η θερµοκρασία του κατά ένα βαθµό. Όσο εύκολα ανεβαίνει η θερµοκρασία ενός σώµατος, άλλο τόσο εύκολα κατεβαίνει η θερµοκρασία του. Η άµµος ή το θαλασσινό νερό θερµαίνεται ευκολότερα; Πώς το αντιλαµβανόµαστε εµείς; Γιατί λέµε ότι οι τόποι που είναι κοντά στη θάλασσα έχουν ήπιους χειµώνες και δροσερά καλοκαίρια; Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 14. 14 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3 Να περιγράψεις µε λίγα λόγια το πείραµα που κάνατε σήµερα στην τάξη και να συµπληρώσεις τον πίνακα µε τα στοιχεία από το πείραµα: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Υλικό Αρχική Τελική Χρόνος που θερµοκρασία θερµοκρασία απαιτήθηκε Όσο περισσότερο χρόνο……………………… ένα σώµα, τόσο ……………………….ποσό θερµότητας του προσφέρω. Το λάδι χρειάστηκε …………………………………….ποσό θερµότητας από το νερό για να φτάσει στην ίδια τελική θερµοκρασία. Με το πείραµα διαπιστώσαµε πως διαφορετικά υγρά και στερεά σώµατα απαιτούν διαφορετικά ποσά θερµότητας για θερµανθούν, στην ίδια τελική θερµοκρασία. Πιστεύεις πως ισχύει το ίδιο και για τα αέρια σώµατα; ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Πιο συµπέρασµα έβγαλες από το σηµερινό πείραµα; ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 15. 15 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΘΕΡΜΑΝΣΗ Σκοπός της ενότητας: • Να αντιληφθούν οι µαθητές ότι όλα τα σώµατα, στερεά, υγρά ή αέρια, όταν θερµανθούν διαστέλλονται. • Να διαπιστώσουν ότι τα υγρά διαστέλλονται εντονότερα από τα στερεά. • Να διαπιστώσουν ότι και τα αέρια όταν θερµαίνονται διαστέλλονται και µάλιστα εντονότερα από τα υγρά και τα στερεά. • Να ξανασυζητηθεί η έννοια της Θερµότητας, ως µία µορφή ενέργειας που δίνει το γκαζάκι στο σώµα. Απαιτούµενος εξοπλισµός: • Συσκευή γραµµικής διαστολής. • • Συσκευή διαστολής κατ΄ όγκο. • Γκαζάκι -τρίποδας –πλέγµα. • Ογκοµετρική φιάλη 100ml µε µακρύ λαιµό. • Μικρή φούσκα. Αναλώσιµα υλικά: • Νερό από τη βρύση • Οινόπνευµα Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 16. 16 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 1 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ Θα δείξουµε ότι τα στερεά σώµατα διαστέλλονται, όταν θερµανθούν. Τα παιδιά θα δουν να µεταβάλλονται οι διαστάσεις Θα χρειαστούν: των στερεών. Συσκευή γραµµικής διαστολής Θα διαπιστώσουν ότι διαφορετικά µέταλλα µε µία ή περισσότερες διαστέλλονται περισσότερο ή λιγότερο για την ίδια µεταλλικές ράβδους, µεταβολή της θερµοκρασίας τους. συσκευή διαστολής κατ΄ όγκο, ( ∆ες από την εισαγωγή τα σχετικά µε τον συντελεστή οινόπνευµα. γραµµικής διαστολής). ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Αφού καταβρέξουµε µε οινόπνευµα το δοχείο που Χρόνος προετοιµασίας του βρίσκεται κάτω από τη συσκευή γραµµικής πειράµατος 5 λεπτά. διαστολής, ανάβουµε τη φωτιά. Σε µερικά λεπτά θα δούµε το µήκος των ράβδων (ή της ράβδου) να αυξάνεται και µάλιστα κάθε µέταλλο µεταβάλει το Χρόνος εκτέλεσης του µήκος του διαφορετικά. πειράµατος 15 λεπτά. • Η θέρµανση των ράβδων Αφού δοκιµάσουµε να περάσουµε τη σφαίρα, από τη της συσκευής διαρκεί 7 συσκευή διαστολής κατ΄ όγκο, µέσα από τον λεπτά. δακτύλιο που την συνοδεύει και τα καταφέρουµε, • Η θέρµανση της σφαίρας αρχίζουµε να θερµαίνουµε τη σφαίρα. Η σφαίρα διαρκεί περί τα 6 λεπτά θερµαίνεται µε το γκαζάκι. Αν θερµανθεί για µερικά λεπτά και προσπαθήσουµε Χρόνος καθαρισµού και να την περάσουµε µέσα από τον δακτύλιο, θα διαπιστώσουµε πως η διαστάσεις της έχουν αποθήκευσης των υλικών µεγαλώσει τόσο ώστε να µην χωρά. του πειράµατος 8 λεπτά Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 17. 17 ΠΡΟΣΟΧΗ • Πρέπει να προσέξουµε ώστε να καταβρέξουµε οµοιόµορφα το δοχείο θέρµανσης µε οινόπνευµα. Αλλιώς υπάρχει πιθανότητα να θερµαίνονται και να διαστέλλονται οι δύο ράβδοι και η τρίτη που δεν θα θερµαίνεται αρκετά, να µην µεταβάλει όσο έντονα πρέπει το µήκος της. • Μετά το τέλος του πειράµατος, για να σβήσει η φωτιά από το δοχείο χωρίς δυσκολία, θα πρέπει να τη σκεπάσουµε µε ένα χαρτόνι. • Προσοχή µετά το τέλος του πειράµατος κατά τη µεταφορά των συσκευών. Υπάρχει κίνδυνος εγκαύµατος. • Στο πείραµα µε την διαστολή κατ’ όγκο χρειάζεται δυνατή φωτιά και η φλόγα όσο το δυνατό να ακουµπάει τη σφαίρα. • Καλό θα είναι τα δύο πειράµατα να ξεκινήσουν ταυτόχρονα ώστε να έχουµε οικονοµία χρόνου. • Επειδή είναι πειράµατα µεγάλης χρονικής διάρκειας ενδείκνυται κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης του πειράµατος να γίνονται ερωτήσεις επαναλήψεις στους µαθητές ώστε να µην χαθεί το ενδιαφέρον τους για το πείραµα. ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Με τη διαστολή αυξάνονται οι διαστάσεις των σωµάτων. Με την συστολή οι διαστάσεις των σωµάτων µειώνονται. Όσο περισσότερο θερµαίνουµε ένα σώµα τόσο περισσότερο διαστέλλεται. Όλα τα σώµατα δεν διαστέλλονται το ίδιο όταν τα θερµαίνουµε. Αυτά που διαστέλλονται περισσότερο λέµε πως έχουν µεγάλο συντελεστή διαστολής. Οι τεχνικοί στις µεταλλικές κατασκευές τους και όχι µόνο λαµβάνουν πολύ σοβαρά υπόψιν τους το φαινόµενο της διαστολής. Μερικές ερωτήσεις πάνω στο φαινόµενο αυτό είναι: Γιατί αφήνουν κενό ανάµεσα στις σιδηροτροχιές του σιδηροδρόµου; Γιατί τα σύρµατα της ∆ΕΗ το καλοκαίρι κάνουν µεγάλη κοιλιά; Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 18. 18 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 4 Να περιγράψεις µε λίγα λόγια το ένα από τα πειράµατα που πραγµατοποιήσατε στη τάξη. Να χρησιµοποιηθούν οπωσδήποτε οι λέξεις: γκαζάκι, θερµάναµε, στερεό, διαστολή. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………… Τα σύρµατα της ∆ΕΗ το χειµώνα είναι περισσότερο τεντωµένα από το …………………………………….. Αυτό συµβαίνει διότι το ……………………………..η θερµοκρασία του περιβάλλοντος αυξάνεται και τα σύρµατα ………………………… Όλα τα στερεά όταν η θερµοκρασία τους …………………….., διαστέλλονται. Όµως δεν διαστέλλονται το ίδιο. Ο σίδηρος διαστέλλεται…………………… από το αλουµίνιο. Το γυαλί διαστέλλεται……………………. από τον υδράργυρο. Χαρακτήρισε τις πρότασεις µε Σ αν τις θεωρείς σωστές και µε Λ αν τις θεωρείς λάθος. 1. Αν συνεχίσουµε να αυξάνουµε τη θερµοκρασία ενός στερεού οι διαστάσεις του θα συνεχίσουν να αυξάνονται. Μετά από κάποια θερµοκρασία όµως δεν θα παρατηρούµε καµία µεταβολή. 2. Οι τεχνίτες που τοποθετούν τις σιδηροτροχιές του τρένου, αφήνουν απόσταση µεταξύ τους για να µην καταστρέφεται η γραµµή όταν το καλοκαίρι διαστέλλεται το µέταλλο από το οποίο είναι κατασκευασµένη. Όταν τοποθετούν οι τεχνίτες τα πλακάκια αφήνουν µεταξύ τους κενό διάστηµα. Μπορείς να δώσεις µία εξήγηση για αυτή τη τεχνική τους; Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 19. 19 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 2 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ Θα δείξουµε ότι τα υγρά σώµατα και τα αέρια διαστέλλονται, όταν θερµανθούν. Τα παιδιά θα δουν να αυξάνει ο όγκος του υγρού που Θα χρειαστούν: θερµαίνεται. Θα διαπιστώσουν πως το υγρό διαστέλλεται Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα εντονότερα από το στερεό δοχείο που το περιέχει. Ογκοµετρική φιάλη µε λαιµό, Στα αέρια η µεταβολή στον όγκο είναι ακόµη Μικρή φούσκα, νερό βρύσης, εντονότερη. ( ∆ες από την εισαγωγή τα σχετικά µε τη διαστολή των υγρών και αερίων). ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Για να δείξουµε τη διαστολή των υγρών Χρόνος προετοιµασίας του χρησιµοποιούµε την ογκοµετρική φιάλη µε το µακρύ πειράµατος 5 λεπτά. λαιµό. Γεµίζουµε τη φιάλη µε νερό µέχρι λίγο πιο κάτω από τη χαραγή που είναι σηµειωµένη πάνω της Χρόνος εκτέλεσης του (Αν δεν υπάρχει σηµειωµένη χαραγή, σηµειώνουµε, πειράµατος 15 λεπτά. µε µαρκαδόρο, ένα ύψος στο λαιµό της φιάλης). Αφού ανάψουµε το γκαζάκι τοποθετούµε τη φιάλη • Η θέρµανση της πάνω στο πλέγµα και θερµαίνουµε. Σε λίγα λεπτά θα ογκοµετρικής φιάλης δούµε πως το νερό θα διασταλεί και θα φτάσει στη διαρκεί 3 λεπτά. σηµειωµένη χαραγή. Όσο περισσότερο θερµαίνουµε • Η θέρµανση της τόσο περισσότερο θα ανεβαίνει η ελεύθερη επιφάνεια ογκοµετρικής φιάλης µε του υγρού. λίγο νερό για το πείραµα διαστολής αερίων διαρκεί 3 Για να δείξουµε τη διαστολή των αερίων, λεπτά προσαρµόζουµε στο χείλος της ογκοµετρικής φιάλης Χρόνος καθαρισµού και µία µικρή φούσκα. Καθώς θερµαίνουµε τη φιάλη θα αποθήκευσης των υλικών δούµε τη φούσκα να φουσκώνει. του πειράµατος 5 λεπτά Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 20. 20 ΠΡΟΣΟΧΗ • Για το πείραµα επίδειξης της διαστολής των αερίων, θα πρέπει να ληφθεί µέριµνα ώστε να είναι πυρίµαχο το γυάλινο σκεύος και η φλόγα να είναι πολύ ασθενής. Αν δεν υπάρχουν αυτές οι δυνατότητες τότε θα πρέπει οπωσδήποτε να υπάρχει µικρή ποσότητα νερού στην ογκοµετρική φιάλη. Αν επιχειρήσουµε να τη θερµάνουµε χωρίς νερό, υπάρχει κίνδυνος να σπάσει. • Είναι σκόπιµο να µην απέχει η στάθµη του νερού από τη χαραγή της ογκοµετρικής φιάλης περισσότερο από 1cm. Αλλιώς θα χρειαστεί να θερµάνουµε σε υψηλότερη θερµοκρασία αυξάνοντας τον κίνδυνο εγκαυµάτων και φυσικά το χρόνο διεξαγωγής του πειράµατος. ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Καθώς θερµαίνουµε το σύστηµα, διαστέλλεται και το γυάλινο δοχείο και το νερό. Το νερό διαστέλλεται περισσότερο από το γυαλί. Τα περισσότερα υγρά σώµατα διαστέλλονται περισσότερο από τα στερεά, τα υγρά δηλαδή έχουν γενικώς µεγαλύτερο συντελεστή διαστολής από τα στερεά. Το ίδιο συµβαίνει στα θερµόµετρα. Τα αέρια διαστέλλονται πολύ περισσότερο και από τα στερεά και από τα υγρά. Η λειτουργία του συνηθισµένου θερµόµετρου στηρίζεται στη διαφορά της διαστολής ανάµεσα στο γυαλί και τον υδράργυρο. Το καλοκαίρι δεν πρέπει να γεµίζουµε µέχρι πάνω το ντεπόζιτο του αυτοκινήτου γιατί η βενζίνη (υγρό) διαστέλλεται περισσότερο από το ντεπόζιτο (στερεό) και γίνεται υπερχείλιση. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 21. 21 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 5 Να περιγράψεις µε λίγα λόγια ένα από τα πειράµατα που έγιναν στην ώρα του µαθήµατος. Στην περιγραφή να χρησιµοποιήσεις τις έννοιες υγρό ή αέριο, θέρµανση, διαστολή. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Παρατήρησε ένα θερµόµετρο καθώς το βάζεις µέσα σε ζεστό νερό. Θα δεις τη στήλη µε το υγρό, που βρίσκεται µέσα του, να ανεβαίνει. Χρησιµοποιώντας τα συµπεράσµατα από τα πειράµατα προσπάθησε να εξηγήσεις γιατί συµβαίνει αυτό το γεγονός. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Τα υγρά όταν θερµανθούν διαστέλλονται…………………………… από τα στερεά που θερµάνθηκαν στην ίδια θερµοκρασία. Τα αέρια όταν θερµανθούν………………………… περισσότερο και από τα υγρά και τα στερεά. Αν κρεµάσεις ένα µισοφουσκωµένο µπαλόνι πάνω από το καλοριφέρ που δουλεύει, τι περιµένεις να συµβεί σε λίγη ώρα; ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Στο ψυγείο των αυτοκινήτων τοποθετείται απαραίτητα και ένα δοχείο διαστολής αυτό συµβαίνει επειδή το νερό διαστέλλεται………………………… από το µέταλλο του ψυγείου, όταν θερµανθεί. Η ποσότητα του νερού που ξεχειλίζει διοχετεύεται στο δοχείο…………………. Γιατί δεν πρέπει να γεµίζουµε µέχρι πάνω το ντεπόζιτο του αυτοκινήτου ειδικά το καλοκαίρι; ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 22. 22 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Σκοπός της ενότητας: • Να συζητήσουν οι µαθητές για τους καλούς και κακούς αγωγούς της θερµότητας και να αναγνωρίσουν υλικά µε αυτές τις ιδιότητες. • Να διακρίνουν τους τρόπους µεταφοράς της θερµότητας. • Να ξανασυζητηθεί η έννοια της θερµότητας, ως µία µορφή ενέργειας που δίνει το γκαζάκι στο σώµα. Απαιτούµενος εξοπλισµός: • Μεταλλικοί κύλινδροι. • Πλαστικός κύλινδρος. • Κοµµάτι µάρµαρο. • Κοµµάτι ξύλο. • Ποτήρι ζέσης 100ml. • Γκαζάκι -τρίποδας –πλέγµα. • Θερµόµετρα. Αναλώσιµα υλικά: • Νερό από τη βρύση. • Κερί. • Τριµµένη κιµωλία. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 23. 23 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 1 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ Θα αναγνωρίσουµε καλούς και κακούς αγωγούς της θερµότητας. Θα χρειαστούν: Τα παιδιά θα έχουν την ευκαιρία να δουν σώµατα που επιτρέπουν την θερµότητα να διαδίδεται µέσα από τη Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα µάζα τους, και σώµατα που δεν έχουν αυτή την Μεταλλικοί κύλινδροι, ιδιότητα. κοµµάτι µάρµαρο, πλαστικός ή ξύλινος κύλινδρος, ποτήρι ζέσης, νερό βρύσης. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Αφού ανάψουµε το γκαζάκι βάζουµε τον τρίποδα µε Χρόνος προετοιµασίας του το πλέγµα. Τοποθετούµε τον µεταλλικό κύλινδρο πειράµατος 5 λεπτά. πάνω στο πλέγµα και θερµοµετρούµε ακουµπώντας το θερµόµετρο στη πάνω επιφάνεια του κυλίνδρου Χρόνος εκτέλεσης του µέχρι τους 40 βαθµούς. Θα διαπιστώσουµε πως η πειράµατος 14 λεπτά. θερµοκρασία του κυλίνδρου αυξάνεται σε όλη τη µάζα του και έτσι αυξάνεται και η ένδειξη του • Η θέρµανση του µεταλλικού κυλίνδρου θερµοµέτρου. Στη συνέχεια αντικαθιστούµε τον µεταλλικό κύλινδρο µε τον πλαστικό ή τον ξύλινο διαρκεί 2 λεπτά. κύλινδρο και επαναλαµβάνουµε τη διαδικασία. Η • Η θέρµανση του ένδειξη του θερµοµέτρου δεν θα µεταβληθεί µαρµάρου διαρκεί 2 λεπτά (αισθητά) στο χρόνο θέρµανσης. Αντικαθιστούµε τον • Η θέρµανση του πλαστικό κύλινδρο µε το µάρµαρο. Η θερµοκρασία πλαστικού κυλίνδρου του µαρµάρου θα µεταβληθεί έντονα. µε αυτή τη διαρκεί 2 λεπτά. διαδικασία µπορούµε να µελετήσουµε και άλλα • Η θέρµανση νερού υλικά. διαρκεί 2 λεπτά. • Η θέρµανση του ξύλου ΠΡΟΣΟΧΗ διαρκεί 2 λεπτά. ΠΡΟΣΟΧΗ Χρόνος καθαρισµού και • Για λόγους αποφυγής εγκαυµάτων θα πρέπει να αποθήκευσης των υλικών αποφεύγεται η θέρµανση πάνω από τους 50 του πειράµατος 5 λεπτά. βαθµούς. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 24. 24 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 2 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ ∆ιάδοση της θερµότητας µε αγωγή (µόνο σε στερεά). Θα χρειαστούν: Τα παιδιά έχουν την ευκαιρία να αντιληφθούν τη διάδοση της θερµότητας µε αγωγή µέσα από τους Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα καλούς αγωγούς της θερµότητας. Μεταλλικός κύλινδρος, κοµµάτι µάρµαρο, πλαστικός κύλινδρος, ποτήρι ζέσης, νερό βρύσης, κερί. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Ανάβουµε το κερί και στάζουµε µία σταγόνα κεριού Χρόνος προετοιµασίας του πάνω στον µεταλλικό κύλινδρο, στο κοµµάτι πειράµατος 5 λεπτά. µάρµαρο και στον πλαστικό κύλινδρο. Στη συνέχεια ανάβουµε το γκαζάκι και βάζουµε τον τρίποδα µε το Χρόνος εκτέλεσης του πλέγµα. Πάνω στο πλέγµα τοποθετούµε πολύ κοντά πειράµατος 5 λεπτά. µεταξύ τους τον µεταλλικό κύλινδρο, το κοµµάτι µάρµαρο και τον πλαστικό κύλινδρο. Καθώς θα • Η θέρµανση των σωµάτων διαρκεί 2 λεπτά. θερµαίνονται από την πηγή τα σώµατα θα δούµε σε λίγο την σταγόνα κεριού να λιώνει πάνω στο µέταλλο και στο µάρµαρο, ενώ πάνω στο πλαστικό θα αργήσει Χρόνος καθαρισµού και πολύ να λιώσει. αποθήκευσης των υλικών του πειράµατος 5 λεπτά. ΠΡΟΣΟΧΗ • Για λόγους αποφυγής εγκαυµάτων θα πρέπει η θέρµανση να σταµατήσει µόλις δούµε το κερί να λιώνει πάνω στον µεταλλικό κύλινδρο και το µάρµαρο. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 25. 25 ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Από το γκαζάκι η θερµότητα ρέει (µεταφέρεται) προς τα σώµατα και το θερµόµετρο ή τη σταγόνα του κεριού. Το µάρµαρο και το µέταλλο είναι καλοί αγωγοί της θερµότητας, έτσι η θερµότητα µεταφέρεται πολύ εύκολα προς το θερµόµετρο ή τη σταγόνα κεριού. Το πλαστικό είναι κακός αγωγός της θερµότητας και γι΄ αυτό πολύ δύσκολα θερµότητα φτάνει στο θερµόµετρο ή τη σταγόνα κεριού. Οι κακοί αγωγοί της θερµότητας ονοµάζονται στην καθηµερινή ζωή µονωτικά υλικά. Συνηθισµένα µονωτικά υλικά που συναντάµε στην καθηµερινή ζωή είναι το ξύλο, το φελιζόλ, αλλά και ο ατµοσφαιρικός αέρας. Γιατί οι κατσαρόλες, αλλά και όλα τα µαγειρικά σκεύη έχουν πλαστικά ή ξύλινα χερούλια; Αν προσέξετε πως είναι κτισµένοι οι τοίχοι στις νέες πολυκατοικίες, θα δείτε πως ανάµεσα στις δύο σειρές τούβλων οι κτίστες βάζουν και κοµµάτια φελιζόλ ή κάποιο άλλο παρεµφερές υλικό. Γιατί νοµίζετε πως το κάνουν αυτό; Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 26. 26 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 3 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ ∆ιάδοση της θερµότητας µε αγωγή (µόνο σε στερεά). Θα χρειαστούν: Τα παιδιά έχουν την ευκαιρία να αντιληφθούν τον τρόπο διάδοσης της θερµότητας µε αγωγή µέσα από Γκαζάκι-τρίποδας-πλέγµα, τους καλούς αγωγούς της θερµότητας. ποτήρι ζέσης, νερό βρύσης, κερί, λεπτό κοµµάτι αλουµίνιο, λεπτό κοµµάτι πλαστικό. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Ανάβουµε το γκαζάκι και βάζουµε πάνω τον τρίποδα Χρόνος προετοιµασίας του και το πλέγµα. Γεµίζουµε µε λίγο νερό το ποτήρι πειράµατος 5 λεπτά. ζέσης και το βάζουµε να ζεσταίνεται. Ανάβουµε το κερί και στάζουµε από µία σταγόνα κερί στην άκρη Χρόνος εκτέλεσης του στο µέταλλο και στο πλαστικό. Στη συνέχεια πειράµατος 15 λεπτά. βυθίζουµε το µέταλλο και το πλαστικό στο νερό που ζεσταίνεται (όχι από την άκρη που έχει τη σταγόνα µε • Η θέρµανση των το κερί). Καθώς ζεσταίνεται το νερό θα µεταφέρεται σωµάτων διαρκεί 12 λεπτά. θερµότητα µέσα από το µέταλλο και θα λιώσει η σταγόνα στο κοµµάτι µέταλλο, ενώ δεν θα λιώσει η Χρόνος καθαρισµού και σταγόνα στο πλαστικό. αποθήκευσης των υλικών Στη διάρκεια της θέρµανσης που διαρκεί αρκετό του πειράµατος 5 λεπτά. χρόνο πραγµατοποιούµε το εξής πείραµα: Στάζουµε τρεις σταγόνες κερί στην αρχή της ράβδου από αλουµίνιο, στο µέσο και στο τέλος. Το πιάνουµε µε τη προστατευτική λαβίδα και ζεσταίνουµε την άκρη µε το κερί φροντίζοντας η ράβδος να είναι οριζόντια και το κερί που λιώνει να παραµένει πάνω στη ράβδο. Θα δούµε να λιώνει πρώτα η σταγόνα που είναι κοντά στη πηγή θερµότητας και στη συνέχεια οι επόµενες σταγόνες. Αφού λιώσουν οι σταγόνες αποµακρύνουµε το κερί και ακουµπάµε την άκρη από το µέταλλο (που θερµαίναµε) σε νερό της βρύσης. Θα δούµε να παγώνει το κερί από τη µία άκρη προς την άλλη. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 27. 27 ΠΡΟΣΟΧΗ • Για να έχουµε αποτέλεσµα θα πρέπει το νερό στο ποτήρι ζέσης να θερµανθεί περίπου στους 80 βαθµούς. Αυτό αυξάνει τον κίνδυνο για εγκαύµατα. • Φροντίστε ώστε οι ράβδοι να µην έχουν υπολείµµατα από κερί από προηγούµενα πειράµατα. ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Τα στερεά σώµατα που είναι καλοί αγωγοί της θερµότητας επιτρέπουν να διαδοθεί µέσα από τη µάζα τους η θερµότητα (θερµική ενέργεια) µε αγωγή, από το ένα µόριό τους στο διπλανό κ.ο.κ. Αν βάλουµε ζεστό γάλα µέσα σε ένα µεταλλικό κύπελλο σε λίγο δεν θα µπορούµε να πιάσουµε το κύπελλο για να πιούµε το γάλα. Πώς το ερµηνεύετε αυτό το γεγονός; Κακοί αγωγοί της θερµότητας ή θερµοµονωτικά υλικά ονοµάζονται τα σώµατα που δεν επιτρέπουν την διάδοση της θερµικής ενέργειας µέσα από τη µάζα τους µε αγωγή. Ο αέρας είναι θερµοµονωτικό υλικό και γι΄ αυτό τα πουλιά και τα ζώα «εγκλωβίζουν» αέρα στα φτερά κι στο τρίχωµά τους για να ζεσταθούν. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 28. 28 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 6 Ο πατέρας του Γιάννη άναψε την ψησταριά στο µπαλκόνι για να ψήσει ψάρια. Η µητέρα του θέλησε µετά το ψήσιµο να την µεταφέρει στην άκρη στο µπαλκόνι για να µην την ενοχλεί. Την έπιασε από τα χερούλια και έκαψε τα χέρια της. Μπορείς να εξηγήσεις τί συνέβη; (να χρησιµοποιήσεις τις έννοιες θερµότητα, µέταλλο, καλός αγωγός). ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Τα ψυγεία που χρησιµοποιούµε σο σπίτι µας, έχουν µεταλλική εξωτερική επιφάνεια. Τα µέταλλα είναι……………… αγωγοί της θερµότητας. Για να µην έχουν όµως απώλειες ο κατασκευαστής τοποθέτησε……………………………… υλικό ανάµεσα στα εσωτερικά τοιχώµατα και το µεταλλικό περίβληµα. Τα εργαλεία που θερµαίνονται έχουν λαβές από ……………………………. υλικό ώστε αυτός που τα χρησιµοποιεί να µην………………………… όταν αυτά είναι ζεστά. Η θερµική ……………………………. της πηγής διαδίδεται µε αγωγή µέσα από τη µεταλλική µάζα του εργαλείου. Η διάδοση αυτή……………………………..όταν η θερµική ενέργεια συναντά το θερµοµονωτικό υλικό της λαβής. Έτσι στο χέρι προστατεύεται καθώς δεν διαδίδεται σ΄ αυτό θερµότητα µε αγωγή. Απάντησε µε Σ αν η προτάσεις σου φαίνονται σωστές και µε Λ αν νοµίζεις ότι είναι λάθος. 1. Η βάση του τηγανιού είναι από µέταλλο για να επιτρέπει τη γρήγορη διάδοση της θερµότητας καθώς τηγανίζουµε το φαγητό µας. 2. Οι κατσαρόλες έχουν πλαστικά χερούλια για να µπορεί η θερµότητα να µεταφέρεται εύκολα µέσα από αυτά. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 29. 29 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ _____________________________________________________________________ 4 ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ ∆ιάδοση της θερµότητας µε ρεύµατα (σε υγρά και σε αέρια) Τα παιδιά έχουν την ευκαιρία να αντιληφθούν τον Θα χρειαστούν: τρόπο διάδοσης της θερµότητας µε ρεύµατα µέσα από Γκαζάκι-τρίποδας- πλέγµα, την µάζα των ρευστών (υγρά και αέρια). ποτήρι ζέσης, νερό βρύσης, τρίµατα κιµωλίας ή τρίµατα σβηστήρας λωρίδα αλουµινόχαρτου. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Ανάβουµε το γκαζάκι και βάζουµε πάνω τον τρίποδα Χρόνος προετοιµασίας του και το πλέγµα. Γεµίζουµε µε νερό (στα 3/4 του πειράµατος 5 λεπτά. ύψους) το ποτήρι ζέσης και το βάζουµε να ζεσταίνεται. Μέσα στο ποτήρι ρίχνουµε τα τρίµατα Χρόνος εκτέλεσης του της κιµωλίας (ή τα ρινίσµατα σβηστήρας). Καθώς το πειράµατος 9 λεπτά. νερό ζεσταίνεται θα δούµε να αρχίζουν να κινούνται • Η θέρµανση του νερού τα µικρότερα, στην αρχή, και στη συνέχεια και τα διαρκεί 6 λεπτά. µεγαλύτερα κοµµάτια της κιµωλίας από τον πυθµένα • Το πείραµα για τα προς την επιφάνεια και πάλι να επιστρέφουν στον ρεύµατα µεταφοράς πυθµένα. θερµότητας στα αέρια Για να δείξουµε τη διάδοση της θερµότητας µε διαρκεί 1 λεπτό. ρεύµατα µέσα στον αέρα θα χρειαστεί να πλησιάσουµε σε απόσταση µερικών εκαοστών από τη φλόγα µία λωρίδα αλουµινόχαρτου. Θα δούµε πως η Χρόνος καθαρισµού και λωρίδα θα αρχίσει να κινείται πάνω κάτω καθώς την αποθήκευσης των υλικών παρασύρουν θα θερµά ρεύµατα αέρα που του πειράµατος 5 λεπτά. αναπτύσσονται γύρω από τη φλόγα. ΠΡΟΣΟΧΗ • Για να έχουµε αποτέλεσµα θα πρέπει το νερό στο ποτήρι ζέσης να θερµανθεί περίπου στους 70 βαθµούς. Αυτό αυξάνει τον κίνδυνο για εγκαύµατα. • Τα τρίµατα κιµωλίας θα θολώσουν λίγο το νερό, όµως προτιµώνται από τα ρινίσµατα σβηστήρας γιατί έχουν διάφορα µεγέθη και αρχίζουν να κινούνται σε διαφορετικές θερµοκρασίες του νερού. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 30. 30 • Η λωρίδα αλουµινόχαρτου µπορεί να αντικατασταθεί από λωρίδα χαρτιού, µόνο που θα υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης όταν τη πλησιάσουµε κοντά στη φωτιά. • Προσέχουµε να µη κάνουµε άσκοπες κινήσεις ώστε να µην τρεµοπαίζει η φλόγα και να µην κινείται η λωρίδα εξαιτίας µας. ΣΗΜΕΙΑ ΠΟΥ ΘΑ ΤΟΝΙΣΤΟΥΝ ΚΑΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΠΕ∆ΩΣΗΣ: Το νερό που βρίσκεται κοντά στον πυθµένα θερµαίνεται και γίνεται ελαφρύτερο και γι΄ αυτό ανεβαίνει προς την επιφάνεια. Αντίθετα το ψυχρότερο νερό της επιφάνειας του δοχείου κατεβαίνει προς τον πυθµένα. Τα ρινίσµατα µας βοηθούν να δούµε τα ρεύµατα µεταφοράς. Τα ρεύµατα µεταφοράς υπάρχουν και όταν δεν βάζουµε ρινίσµατα µέσα στο υγρό. Το «ρεύµα µεταφοράς της θερµότητας» δηµιουργείται από την ανοδική κίνηση του θερµότερου νερού του πυθµένα και από την καθοδική κίνηση του ψυχρότερου νερού της επιφάνειας. Τα ρινίσµατα σβηστήρας κινούνται καθώς παρασύρονται από το ανοδικό και το καθοδικό ρεύµα που δηµιουργείται. Η θερµότητα διαδίδεται στα αέρια όπως και µέσα στα υγρά, δηλαδή µε ρεύµατα µεταφοράς. Το αέριο που βρίσκεται κοντά στη θερµή πηγή θερµαίνεται και καθώς γίνεται ελαφρότερο κινείται προς τα πάνω, ενώ η θέση του καταλαµβάνει αέριο ψυχρότερο. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4
- 31. 31 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 7 Το υγρό όταν θερµαίνεται, διαστέλλεται, γίνεται πιο ελαφρό και……………… προς την επιφάνεια. Εκεί ψύχεται, συστέλλεται, γίνεται………………….. και κατεβαίνει προς τον πυθµένα. Με την τοποθέτηση της λωρίδας πάνω από τη φλόγα παρατηρούµε έντονη κίνηση του αέρα πάνω από τη φλόγα, ενώ σχεδόν καθόλου κίνηση στα πλάγια, λίγο µακριά δηλαδή από τη φλόγα. Μπορείς να ερµηνεύσεις αυτό το γεγονός; ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….. Η διάδοση της θερµότητας στον αέρα γίνεται µε ………………………. ……………………. Στα τζάκια, ο αέρας θερµαίνεται πάνω από τη φωτιά και φεύγει ψηλά προς την καµινάδα. Τη θέση του καταλαµβάνει ψυχρός. αέρας που κινείται από το δωµάτιο προς το τζάκι. Με τη σειρά του και αυτός …………και ………………………..προς την καµινάδα. Γι΄ αυτό µε το τζάκι έχουµε µεγάλες απώλειες σε θερµότητα. Με τη παραπάνω περιγραφή φαίνεται ότι τα τζάκια δεν ζεσταίνουν το σπίτι, ενώ εµείς γνωρίζουµε το αντίθετο. Το φαινόµενο αυτό θα συζητηθεί στη συνέχεια των µαθηµάτων. Απάντησε µε Σ αν οι προτάσεις σου φαίνονται σωστές και µε Λ αν νοµίζεις πως είναι λάθος. 1. Η θερµότητα διαδίδεται στα υγρά ή τα αέρια µε ρεύµατα µεταφοράς, δηλαδή µε συνεχή κίνηση θερµών και ψυχρών ρευµάτων. 2. Τα θερµά ανοδικά ρεύµατα του αέρα δηµιουργούνται όταν µεγάλες µάζες του αέρα έλθουν σε επαφή µε τη ζεστή επιφάνεια της Γης. Τα ρεύµατα αυτά εκµεταλλεύονται τα µεγάλα πουλιά, όπως ο αετός, ο γύπας κ.α. για να πετούνε. Με τα µεγάλα ανοικτά φτερά τους, επωφελούνται από τα ανερχόµενα θερµά ρεύµατα και ανεβαίνουν ψηλά, χωρίς να κοπιάζουν. Χρήστος Γκοτζαρίδης Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ4