Prevoditelj Ivana Gojević.
Od kućnog termometra do pletećih igala koje rastu: evo nekoliko jednostavnih, ali zabavnih eksperimenata kojima učenici osnovne škole mogu istražiti što će se dogoditi s krutinom, tekućinama i plinovima ukoliko ih izložimo toplini.
gips kako bi se dobila zlatna
poluga
Slika zahvaljujući The Puzzler;
izvor slike: Flickr
Zašto slonovi špricaju vodu sa svojih leđa? Kako nastaje magla? I zašto vlakovi proizvode `klik klop` buku? Vaši će učenici imati odgovore na sva ova pitanja kad shvate kako toplina utječe na krutinu, tekućinu i plinove.
U ovoj maloj zbirci pokusa, započet ćemo s istraživanjem o tome kako toplina utječe na promjenu svojstava kod ovih triju agregatnih stanja materije. Potom smo ispitali kako toplina mijenja plinove, tekućinu i krutinu iz jednog stanja u drugo. U stilu pravih znanstvenika, nakon svakog eksperimenta, propitivali smo naše rezultate i promišljali o tome kako bismo mogli poboljšati naša istraživanja.
iStockphoto
Svaki od pet eksperimenata koristi jednostavne materijale i pogodan je za učenike u dobi 7-11 (iako, primjećujete, da recenzent sugerira da je članak pogodan za učenike u dobi 10-13). Možete ih koristiti zajedno, i tako imati pozornost svoji učenika cijeli dan, ili ih razdvojite i koristite u zasebnim lekcijama. Prije početka, pitajte svoje učenike da razmisle što su to zapravo krutine, tekućine i plinovi, u pogledu njihova pojavljivanja i njihovih svojstavaw1.
Ovaj eksperiment se temelji na ideji da se tijekom zagrijavanja plinovi šire. Učenici će napraviti vlastiti termometar koji se temelji na ovom principu.
Učitelji moraju napraviti korak u pokusu koji uključuje škare. Također pogledajte opće Science in School sigurnosne napomene.
upoznali učenike s razlikama
između krutina, tekućina i
plinova, koristite primjere
materijala koji se pojavljuju
u neočekivanom agregatnom
stanju, kao što su živa i
tekući dušik. Time
osporavamo pogrešne
predodžbe poput ‘svi metali
su krute tvari’. I također
ističemo kako zrak nije jedini
plin (još jedna kriva
predodžba), već je on smjesa
plinova Slika zahvaljujući
dem10 / iStockphoto
Za grupu učenika:
Slika zahvaljujući Andrew
Brown
živom. Tekućina u
termometru se širi kada se
zagrijava, što uzrokuje
njezino dizanje kroz usku
staklenu cijev. Termometar
u eksperimentu 1 temelji
se na širenju plina, ne
ekućine
Slika zahvaljujući Andres
Rueda; izvor slike: Flickr
Toplina vaše ruke grije zrak unutar boce. Zrak se širi i pritišće vodu, što uzrokuje podizanje vode kroz slamku.
Odgovori: boca je bila kruta i, pretpostavljajući da ju niste stiskali, podizanje tekućine kroz slamku uzrokovano je toplinom, a ne tlakom. Ovo možete provjeriti tako što ćete ruke približiti boci, ne dodirujući je i vidjet ćete hoće li se tekućina i dalje uzdizati kroz slamku.
U prethodnom eksperimentu, toplina ruku bila je dovoljna da znatno proširi plin u boci. Krutine se, međutim, šire slabije od plinova uz određeni porast temperature. U sljedećem eksperimentu, koristit ćemo jednostavan, ali vrlo osjetljiv uređaj kako bismo promatrali širenje igle za pletenje dok ju grijemo svijećom.
Zbog otvorenoga plamena i oštrih predmeta koji se koriste u ovome eksperimentu, poželjno je da ga se samo demonstrira. Također pogledajte opće Science in School sigurnosne napomene.
igle za pletenje. Kliknite na
sliku za povećanje
Slika zahvaljujući Andrew
Brown
Slika zahvaljujući Ingolfson;
izvor slike: Wikimedia
Commons
Toplina svijeće uzrokuje širenje igle za pletenje. Kako se ona uzdužno širi, pomiće se i kotrlja šivaću iglu. Slamka povećava sitne pomake šivaće igle.
Odgovor: tekućine nisu iznimka – i one se šire prilikom zagrijavanja
Odgovor: vidi slike na desnoj strani.
tračnicama,označeno
strelicom
Slika zahvaljujući PixOnTrax;
izvor slike: Wikimedia
Commons
Stvarni problemi uzrokovani širenjem krutina: tračnice i mostovi se pri vrućem vremenu šire, što može uzrokovati njihovo izvijanje ili lomljenje. Željezničari ostavljaju praznine u dijelovima tračnica, čime im je omogućeno širenje i, također, to daje vlakovima karakterističan “klik-klak” zvuk koji nastaje kada im kotači prolaze praznine. Slično tome, mostovi se grade u dijelovima, koji su povezani rastezljivim spojevima; 18 km dugačak Storebæltsbroen (veliki most) u Danskoj može se proširiti i do 4.7 m za vrijeme vrućina!
Slika zahvaljujući Kdhenrik; izvor slike: Flickr
Dosad, učenici su vidjeli što se događa s krutinama i plinovima prilikom zagrijavanja: one se šire. Također, rekli ste učenicima da se s tekućinama događa isto to. No, što se događa ukoliko grijemo tvari još duže? Neka vaši učenici zamisle grumen zlata; to je krutina pri sobnoj temperaturi, na 100 °C, čak i na 500 °C. Ali što će se dogoditi ako povisimo temperaturu još i više, na 1064 °C? Na ovoj temperaturi nešto se nevjerojatno događa: zlato krutina postaje tekućina! Zagrijte tekućinu još i više (na 2856 °C) te tekućina zavrije i pretvara se u plin.
poluga u muzeju u Toi,
Japan. Ona teži 250 kg i u
vrijeme pisanja ovog članka
vrijedi oko 12 milijuna
američkih dolara
Slika zahvaljujući PHGCOM;
izvor slike: Wikimedia
Commons
Naravno, ovo je vrlo ekstreman primjer; većina nas nikada neće doživjeti zlato u njegovu plinovitu stanju. No, svi će se u razredu upoznati s vodom koja prolazi kroz tri agregatna stanja: krenuvši od krutine leda koja prelazi u tekuću vodu (0 °C), a potom u plin, vodenu paru (100 °C). Dakle, kao što ih širi, toplina može uzrokovati promjenu agregatnih stanja kod tvari. Različite tvari zahtijevaju različite toplinske vrijednosti za to: potrebno je više topline da bi zavrelo zlato nego što je to potrebno vodi. No, barem u teoriji, sve tvari mogu postojati u tri agregatna stanja.
U sljedećim pokusima, uočit ćemo što se događa kada tekuća voda prelazi u plin – i obrnuto.
Čak i prije nego što tekućina zavrije, ona se može početi pretvarati u plin – zamolite svoje učenike da promisle o snopovima pare koji su se pojavili na posudi s vodom puno prije nego je ona zavrela. U ovome eksperimentu, učenici mogu uočiti da čak i naši prsti mogu proizvesti dovoljno topline da bi male količine vode prešle iz tekućeg u plinovito stanje. Mi to nazivamo proces isparavanjan.
prsta
Slika zahvaljujući Andrew
Brown
Ovaj eksperiment najbolje je izvesti vani ili negdje gdje je propuh, kao što je blizina otvorenoga prozora.
Voda isparava s vašeg prsta, ostavljajući ga suhim. Na prstu se također osjeća hladnoća. To se događa jer se toplina vašega tijela prenosi na tekuću vodu i prenese ju u vodenu paru.
leđa
Slika zahvaljujući bratboy76;
izvor slike: Flickr
Odgovor: krutine se tope kad se zagrijavaju.
Odgovor: što ako na vašem prst osjećate hladnoću, ali ne zbog isparavanja, već zbog toga što je voda bila hladna? Kako bismo provjerili tu teoriju, koristit ćemo vodu zagrijanu na tjelesnoj temperaturi (37 °C). Pokušajte – trebali biste dobiti isti rezultat.
Odgovor: slonovi ovo čine kako bi se rashladili, i to iskorištavanjem snage hlađenja isparavanjem.
Učenici su vidjeli da zagrijavanje tekućine uzrokuje njezino pretvaranje u plin (isparavanje), ali ovo je reverzibilan proces: hlađenje plina pretvara ga u tekućinu, u procesu koji se naziva kondenzacija. U sljedećem eksperimentu učenici će proučavati kondenzaciju.
vrećici
Slika zahvaljujući Andrew
Brown
Formiraju se kapljice vode na unutarnjoj strani vrećice.
Škotske, Kanada, poznat kao
‘groblje Atlantika’. Otok je
dug 36 km i na tom se
mjestu topao, vlažan zrak
Golfske struje hladi zbog
zraka Atričkog oceana,
uzrokujući time česte, teške
magle. To ga čini opasnim
mjestom za brodove:
najmanje 350 plovila je
tamo uništeno
Slika zahvaljujući archer10
(Dennis) OFF; izvor slike: Flickr
Kako? Voda isparava s mokre krpe te tako zrak u vrećici sadrži veliku količinu vodene pare. Unutarnja površina vrećice je dovoljno hladna kako bi vodenu paru promijenila u tekuću vodu.
Odgovor: kada se hladi, tekućina se zamrzne i postaje krutina.
Odgovor: čineći površinu vrećice hladnijom, primjerice postavljanjem kockica leda pored nje, što će ubrzati proces kondenzacije.
Odgovor: magla nastaje kada se vodena para hladi i kondenzira se u oblak sitnih kapljica vode u blizini tla (poput oblaka, ali niže, pri tlu).
Upute o tome kako napraviti termometar preuzete su i prilagođene sa web stranica California Energy Commission Energy Quest. Na njihovoj web stranici naći ćete ovaj, i druge znanstvene projekte..