درس 4-5-6 علوم سوم
درس چهارم: گرما و مواد (1)
درس در یك نگاه:
دانش آموزان فعالیت های مختلفی در ارتباط با تغییر حالت مواد انجام می دهند و ضمن مشاهده ی تغییر حالت ها ، با مفاهیم ذوب، انجماد و تبخیر آشنا می شوند.
آن چه دانش آموزان در مورد «جانوران» می دانند:
سال اول: همه ی چیزها و همه جاها به یك اندازه گرم نیستند؛ گرمای زمین از خورشید است؛ گرما در بسیاری كارها به ما كمك می كند. گرما سبب آب شدن یخ می شود.
سال دوم: بیش تر چیزهایی كه در اطراف خود می بینیم «ماده» نام دارد؛ ماده به سه حالت جامد،مایع و گاز وجود دارد؛ ماده جرم و حجم دارد.
هدف ها: انتظار می رود در فرآیند آموزش این درس هر دانش آموز به هدف های زیر برسد:
مهارت ها ، دانستنی ها
1- با مشاهده ی محیط اطراف مثال ها یی از تغییر حالت مواد ارائه كند.
2- با ارائه ی مثال هایی از محیط اطراف ، مفاهیم واژه های (ذوب) (انجماد) (تبخیر) را شرح دهد.
3- با كاربرد ابزار مناسب وانجام آزمایش ، تغییر حالت های ماده را نشان دهد
4- آموخته هایش را در موارد مناسب به كاربرد وبتواند مشاهداتش را تفسیر كند
5- حاصل مشاهدات خود را در فعالیت های عملی گزارش كند
نگرش ها
1- ابزار ومواد مورد نیاز را تهیه كند .
2- نسبت به تغییرات محیط و مشاهده ی پدیده های نو از خود كنجكاوی نشان دهد .
3- نكات ایمنی وبهداشتی را رعایت كند.
دانستنی های برای معلم
تغییر حالت مواد تصعید
ذوب و انجماد : وقتی به ماده ی جامد گرما دهیم ، حركت ذرات آن زیاد می شود ، ربایش بین مولكول های كم می شود تا جایی كه می توانند آزادانه روی هم بلغزند و به صورت مایع در آیند در این صورت می گویند ماده ی جامد ذوب شده است موادی كه نقطه ی ذوب پایینی دارند نیروی بین ذرات آن ها ضعیف است و به سادگی به مایع تبدیل می شوند ولی موادی مثل نقره كه نقطه ذوب بالایی دارند نیروی جاذبه بین ذرات آن ها بسیار زیاد است و برای شكستن این نیروی جاذبه به گرمای زیادی احتیاج است مثلا جیوه در دمای معمولی مایع است چون نیروی جاذبه بین ذرات آن بسیار كم است ودر دمای c 39- به جامد تبدیل می شود در مقابل تنگستن كه از آن در سا ختمان لامپ ها استفاده می شود نقطه ی ذوبی برابر c 3380 دارد و به سادگی ذوب نمی شود بر عكس اگر مایعی را به اندازه ی كافی سرد كنیم به جامد تبدیل می شود دمایی كه در آن ماده ی مایع به جامد تبدیل می شود نقطه ی انجماد می گویند نقطه ی انجماد با نقطه ی ذوب یكسان است مثلا در مورد آب نقطه ی ذوب و انجماد دمای صفر درجه است نقطه ی ذوب وانجماد هر مایع مقدار معینی است اما بعضی مواد هنگام تبدیل از حالت جامد به مایع كم كم نرم می شوند مثل قیر ،شیشه و كره كه وقتی گرم می شوند ابتدا نرم می شوند واز حالت جامد خارج می گردند.
سپس در اثر گرم شدن بیش تر كم كم به طور كامل به حالت مایع در می آیند این گونه مواد نقطه ی ذوب معینی ندارند و اصطلاحا گفته می شود كه این مواد ذوب خمیری دارند مثلا شیشه از دمای حدود 300 درجه سلسیوس به تدریج از حالت جامد خارج و نرم می شود ،اگر آرا باز هم گرم كنیم سرانجام به طور كامل مایع وروان می شود
تبخیر و میعان :
در یك ماده ی مایع انرژی تمام ذرات یكسان نیست،بعضی از ذرات این ماده در اثر برخورد با یك دیگر تندتر حركت می كنند و بعضی كندتر. ذراتی كه در سطح مایع اند و دارای انرژی زیادتر هستند می توانند فرار كنند و به فضای بالای مایع بروند. این ذرات به صورت گاز در می آیند و به این پدیده فرآیند «تبخیر» می گویند. اگر به مایع گرما دهیم ذرات داخل مایع هم به اندازه ی كافی انرژی پیدا می كنند تا بر نیروی جاذبه ی بین ذرات غلبه كنند. این پدیده را فرآیند «جوشش» می گویند. دمایی كه مایع در آن دما شروع به جوشیدن می كند «نقطه ی جوش» می نامند. در این دما هرچه به جسم گرما بدهید فقط باعث می شود تا ذرات مایع به بخار تبدیل شوند و دمای مایع بالاتر نمی رود. مواد مختلف نقطه ی جوش مختلفی دارند، در فشار یك اتمسفر نقطه ی جوش آب C ْ100 و نقطه ی جوش اتانُل C ْ 78 است . وقتی فشار محیط تغییر كند نقطه ی جوش تغییر می كند،مثلاً در ارتفاعات كه فشار هوا كمتر است نقطه ی جوش آب پایین می آید. اگر ذرات بخاری كه از سطح مایع فرار كرده اند انرژی خود را از دست بدهند دوباره مایع می شوند،به این پدیده «میعان» می گویند.
تصعید و چگالش: بعضی از اجسام مستقیماً از حالت جامد به گاز تبدیل می شوند مثل نفتالین به این پدیده «تصعید» می گویند. فرآیند عكس تصعید، یعنی تبدیل گاز به جامد «چگالش» نام دارد كه ممكن است در مورد نفتالین اتفاق افتد.
درس پنجم: گرما و مواد (2)
درس در یك نگاه:
دانش آموزان ضمن انجام فعالیت های مختلف با اثرات گرما بر روی مواد در سه حالت (جامد و مایع و گاز) بیش تر آشنا می شوند و پی می برند كه گرما علاوه بر ایجاد تغییرات در حالت ماده ، باعث تغییر حجم مواد نیز می گردد.
آن چه دانش آموزان در مورد «گرما و مواد» می دانند:
سال اول: همه ی جاها و همه ی چیزها به یك اندازه گرم نمی شوند. گرما در انجام بسیاری از كارها به ما كمك می كند.
سال دوم: بیش تر چیزهایی كه در اطراف ماست ماده است. مواد به صورت جامد، مایع و گاز هستند . مواد مختلف، دارای جرم و حجم متفاوت هستند. از دماسنج برای اندازه گیری سردی و گرمی هوا استفاده می شود.
سال سوم: مواد اگر به اندازه ی كافی گرم یا سرد شوند تغییر حالت می دهند؛ انجماد، تبخیر و ذوب از این مواردند.
هدف ها: انتظار می رود در فرآیند آموزش این درس هر دانش آموز به هدف های زیر برسد:
مهارت ها ، دانستنی ها
1- با مشاهده ی دقیق اثر گرما بر مواد مختلف نتیجه گیری كند كه مواد مختلف (گاز، مایع و جامد) در اثر گرما تغییر حجم می دهند.
2- فعالیت هایی طرح كند كه نشان دهد مواد در اثر گرما تغییر حجم می دهند.
3- در كاربرد ابزار مناسب جهت انجام فعالیت های مرتبط با اثر دما در تغییر مواد مهارت داشته باشد.
4- آموخته ها را در موقعیت های مناسب به كار گیرد.
5- مثال هایی از تغییر حجم مواد در حالت های مختلف ارائه كند.
نگرش ها
1- نسبت به پدیده های محیط اطراف كنجكاو شود.
2- در كار گروهی احساس مسئولیت كند.
3- نكات ایمنی را به كار برد.
دانستنی های برای معلم
انبساط گرمایی:
به تجربه ثابت شده است كه بیش تر مواد بر اثر افزایش دما منبسط می شوند. هر جسمی كه گرم شود در جهتی منبسط می گردد كه فاصله مولكول ها و ذره های آن از یك دیگر افزایش می یابد. وقتی یك میله ی فولادی گرم می شود نه تنها طول آن بلكه قطر میله و در نتیجه حجم آن افزایش می یابد.
انبساط گرمایی، همه ابعاد جسم را به تناسب افزایش می دهد. اگر یك ورقه ی فلزی مربع شكل كه دارای یك سوراخ است گرم شود، مساحت مربع و مساحت سوراخ داخل آن هر دو به یك نسبت افزایش می یابد. در برخی موارد انبساط و انقباض گرمایی می تواند مشكل آفرین باشد، مثلاً در نظر نگرفتن فاصله ی لازم برای انبساط گرمایی ریل های راه آهن،باعث كج شدن خطوط راه آهن و ایجاد اشكال در حركت قطارها در ریل می شود.
انرژی مولكول های جسم مایع و جامد در دماهای پایین زیاد نیست اما همین كه دما افزایش می یابد دامنه ی ارتعاش مولكول ها زیاد می شود و انرژی آن ها به حدی می رسد كه مولكول های مجاور را از جایشان حركت می دهد،بدین ترتیب این مولكول ها در مقایسه با مولكول هایی كه در فضایی با دمای پایین قرار گرفته اند جای بیشتری را اشغال می كنند، بنابراین همراه با افزایش دما معمولاً جسم انبساط پیدا می كند. انبساط در اثر گرما برای سه حالت ماده، جامد، مایع و گاز وجود دارد. در دماسنج های جیوه ای و الكلی از پدیده ی انبساط مایع در اثر گرما استفاده می شود.
استثناء در انبساط و انقباض آب: انبساط و انقباض بعضی مواد مثل آب به طور استثناء با سایر مواد متفاوت است. آب در دماهای بالاتر از 4 درجه سانتی گراد در اثر افزایش دما،مانند مایعات دیگر منبسط می شود اما بین صفر درجه و تا 4 درجه سانتی گراد برعكس عمل می كند، با كم شدن دما به جای منقبض شدن منبسط شده و حجم آن زیاد می شود، در نتیجه چگالی آن نسبت به آب كمتر شده و سبك می شود و روی آب قرار می گیرد.
اگر این استثناء نبود آب دریاها و اقیانوس ها از كف یخ می زد و برای جانوران دریایی مشكل آفرین می شد.
دماسنج: دما (میزان گرمی و سردی) را اندازه می گیرد. اساس ساختمان بعضی از دماسنج ها این است كه جیوه یا الكل در اثر گرم شدن منبسط می شود.هرچه دما بالاتر باشد مایع درون مخزن دماسنج بیش تر انبساط می یابد و حجم مایعی كه وارد لوله ی باریك متصل به مخزن می شود بیش تر خواهد شد. تراز بالای مایع در لوله ی دماسنج ، دما را مشخص می كند.
بعضی دماسنج ها الكتریكی اند و عنصر گرم شوند ظریفی دارند كه با سیم هایی به عنصر اندازه گیر متصل است. با تغییر دما جریانی كه از عنصر گرم شدنی به عنصر اندازه گیر می رود تغییر می كند. در صنعت از دماسنج الكتریكی زیادی استفاده می شود . یكی از مزایای مهم آن این است كه عنصر اندازه گیر را می توان به خوبی از عنصر گرم شدنی دور نگاه داشت. عنصر اندازه گیر اغلب عدد دما را روی یك صفحه ی نمایشگر به صورت ارقام (دیجیتالی) نشان می دهد. اولین دماسنج را گالیله در 1592 اختراع كرد كه «ترموسكوپ» یا «دمانما» نامیده می شود. در این دماسنج از انبساط آب برای اندازه گیری دما استفاده می شد.
دما: دما میزان گرمی یا سردی هر چیز را مشخص می كند و با گرما تفاوت دارد. گرما یك شكلی از انرژی است اما دما معیار مقایسه ی انرژی گرمایی است. دمای یك جرقه ی آتش از دمای یك فنجان چای بیش تر است، اما چون جرم چای داخل فنجان بیش تر است،گرمای بیش تری در خود دارد. برای سنجش دما از دماسنج استفاده می كنند. دماسنج ها درجه بندی شده اند و اعداد میزان گرمی یا سردی را مشخص می كنند. درجه بندی سلسیوس (كه سانتی گراد نامیده می شود) در اغلب كشورها رایج است. در این درجه بندی فاصله عدد صفر (نقطه ی انجماد آب) تا 100 (نقطه ی جوش آب) را به صد درجه تقسیم كرده اند و هر كدام را یك درجه سلسیوس یا سانتی گراد می خوانند.
درس ششم: انرژی چیست؟
درس در یك نگاه:
در فرآیند آموزش این درس، دانش آموزان با انجام فعالیت های مختلف پی می برند كه برای انجام دادن كارها یا به حركت درآوردن چیزها انرژی لازم است. آن ها هم چنین با شكل های مختلفی از انرژی مثل انرژی حركتی، صوتی، نوری و الكتریكی آشنا می شوند و از طریق انجام فعالیت هایی ، مفهوم تبدیل انرژی را درك می كنند و آن را تعمیم می دهند.
آن چه دانش آموزان در مورد «جانوران» می دانند:
سال اول: از گرما و نور استفاده های زیادی می شود.
سال دوم: برای دیدن اجسام نور لازم است،هر چیزی كه از خودش نور بدهد چشمه ی نور است.
سال سوم: گرما سبب افزایش حجم مواد می شود. اگر گرما به اندازه ی كافی زیاد باشد، باعث تغییر حالت مواد می شود.
هدف ها: انتظار می رود در فرآیند آموزش این درس هر دانش آموز به هدف های زیر برسد:
مهارت ها ، دانستنی ها
1- با ذكر چند مثال به ضرورت انرژی در انجام كارهای روزانه پی ببرند.
2- انرژی موردنیاز در انجام دادن كارها و ورزش های مختلف را با هم مقایسه كند.
3- از طریق مشاهده و جمع آوری اطلاعات با شكل های مختلف انرژی (انرژی گرمایی، انرژی نورانی، انرژی صوتی و انرژی الكتریكی) آشنا شده و برای هر كدام مثال بزند.
4- از طریق گفت و گو با اعضای گروه خود اجسامی را كه انرژی نورانی ، گرمایی و یا هر دو را دارا هستند در جدولی طبقه بندی می كند.
5- از طریق ساختن یك مدل ساده (مارپیچ مقوایی) و آزمایش با آن، تبدیل انرژی ها به یك دیگر را مشاهده كند.
6- مثال هایی را از تبدیل انرژی ها به یك دیگر بیان كند.
نگرش ها
1- نسبت به صرفه جویی در مصرف انرژی احساس مسئولیت كند.
2- ضوابط كار گروهی را رعایت كند.
3- در استفاده از انرژی به مسایل زیست محیطی توجه كند.
دانستنی های برای معلم
انرژی
كلمه ی انرژی را برای را برای اولین بار در سال 1807توماس یانگ دانشمند انگلیسی به كار برد در واقع او او كلمه انرژی را از عبارتی یونانی به مفهوم چیزی كه در آن توانایی انجام كار وجود دارد گرفت یعنی انرژی چیزی است كه موجب انجام كار می شود انرژی با كار و حركت همراه است هر قدر ما كار بیش تری انجام دهیم برای انجام آن به انرژی بیش تری نیاز است ما انرژی را به مصرف می رسانیم و با آن كارهایمان را انجام می دهیم هم چنین برای تغییر مواد مانند سوختن چوب ،شكستن چوب، ذوب فلزات و انجام هر نوع كاری به انرژی نیاز است منبع همه ی انرژی ها خورشید است
انرژی به دو نوع و به چندین شكل وجود دارد .دو نوع انرژی پتانسیل ، از شكل های مختلف انرژی می توان انرژی گرمایی،انرژی نورانی ، انرژی الكتریكی ، انرژی صوتی ،انرژی شیمیایی و انرژی اتمی (هسته ای) را نام برد .
گرما و نور انرژی تابشی اند ،میكرویو ،پرتو ایكس ، امواج رادیویی ،از انواع دیگر انرژی تابشی هستند انرژی شیمیایی در خوردنی ها و سوخت ها ذخیره شده است .
انرژی جنبشی نوعی از انرژی است كه وابسته به حركت اجسام است و بستگی به جرم جسم و سرعت آن دارد . انرژی پتانسیل انرژی ذخیره شده در یك جسم است مثلا وقتی یك فنر را تحت كشش یا فشار قرار می دهید در هر دو حالت در آن انرژی ذخیره می شود كه با رها شدن فنر این انرژی آزاد می شود وقتی سنگی را در یك ارتفاع قرار می دهید در آن انرژی ذخیره می شود به طوری كه وقتی آن را رها می كنید این انرژی آزاد می شود انرژی ذخیره شده در فنر را انرژی تانسیل كشسانی فنر می گویند كه بستگی به تغییر طول فنر دارد انرژی ذخیره شده در سنگ را انرژی پتانسیل گرانشی می گویند كه بستگی به وزن جسم و ارتفاع آن نسبت به سطح زمین دارد هنگامی كه توپی را رو به بالا پرتاب می كنید به ان انرژی جنبشی می دهید هر چه بالا تر رود حركت آن كندتر و انرژی جنبشی آن كم تر می شود اما انرژی پتانسیل گرانشی آن زیاد می شود وقتی توپ به بالا ترین نقطه ی ممكن می رسد تماما دارای انرژی پتانسیل است و انرژی جنبشی ندارد .
انرژی گرمایی :گرما یك شكل انرژی است می دانیم هر ماده از ذره های بسیار ریز (مولكول ،اتم ،یون ...) ساخته شده است كه دائماً در حال حركت و در نتیجه دارای انرژی جنبشی هستند با بالا رفتن دمای یك جسم ذره ها سریع تر حركت كرده و انرژی جنبشی آن ها زیاد می شود هنگامی كه دو جسم گرم و سرد را در كنار یك دیگر قرار دهیم مقداری انرژی گرمایی از جسمی كه گرم تر است به جسم سرد منتقل می شود این انرژی انتقال یافته را گرما می نامند از انرژی گرمایی استفاده های مختلف می شود از جمله برای به حركت در آوردن توربین ها در نیروگاه های برق و تولید برق استفاده می شود.
انرژی الكتریكی : انرژی الكتریكی مربوط به بارهای الكتریكی است برقی كه در سیم ها جاری است الكترون های متحرك است این الكترون های متحرك دارای انرژی الكتریكی هستند كه در وسایل مختلف الكتریكی به انرژی های دیگر دیگر تبدیل می شوند مثلا هنگام عبور از رشته های نازك درون لامپ گرما و نور تولید می كند و هنگام عبور از موتورهای الكتریكی انرژی حركتی تولید می كند این شكل از انرژی محیط را آلوده نمی كند و انتقال آن نسبت به سایر انرژی ها آسان تر و سریع تر است.
انرژی نورانی :نور شكلی از انرژی است در باره ی ماهیت نور دو نظریه ی موجی و ذره ای وجود دارد در نظریه ی ذره ای گفته می شود كه نور از ذره هایی به نام فوتون ساخته شده كه هر ذره دارای انرژی است در نظریه ی موجی گفته می شود نور هم مانند صورت به صورت موج منتشر می شود نور می تواند از فضاهای خالی (خلا) و از محیط های شفاف عبور كند
انرژی شیمیایی:به انرژی موجود در مواد غذایی كه در اثر سوخت و ساز و تغییر شیمیایی در بدن آزاد می شود و انرژی موجود در مواد سوختی (چوب،نفت، گازوییل و...) كه در اثر سوختن و تغییر شیمیایی آزاد می شود انرژی شیمیایی می گویند .
