Φυσική – Θερμότητα – Επανάληψη

Ερωτήσεις

1. Το θερμόμετρο

α, β. Περιγράφουμε το πείραμα που βλέπουμε στην εικόνα. Τι συμπεραίνουμε από αυτό;  

Πρόκειται για το γνωστό πείραμα. Πρέπει να μπορούμε να το περιγράφουμε και να πούμε τι παρατηρούμε όταν βάλουμε τα χέρια μας στο χλιαρό νερό. Επίσης, το συμπέρασμα που προκύπτει:

Η εκτίμηση της θερμοκρασίας με την αίσθηση της αφής δεν είναι ακριβής.  

γ. Γράφουμε ποια είναι τα μέρη του θερμομέτρου. Τι θερμόμετρο έχουμε στην πρώτη εικόνα και τι στη δεύτερη εικόνα; 

Φυσικά στην πρώτη εικόνα έχουμε θερμόμετρο υδραργύρου και στη δεύτερη θερμόμετρο οινοπνεύματος. Τα μέρη του θερμομέτρου είναι ίδια:

1. μικρό δοχείο με υγρό
2. λεπτό σωληνάκι
3. κλίμακα

δ. Πώς εργάστηκε ο Celsius για να φτιάξει το πρώτο θερμόμετρο; 

Ο Κέλσιος τοποθέτησε ένα θερμόμετρο σε ένα δοχείο με καθαρό νερό και παγάκια. Στο σημείο που ήταν η στάθμη του υγρού στο θερμόμετρο σημείωσε τον αριθμό 0. Στη συνέχεια τοποθέτησε το θερμόμετρο σε ένα δοχείο με νερό που έβραζε και σημείωσε τον αριθμό 100. Μετά χώρισε το διάστημα αυτό από το μηδέν έως το 100, σε 100 ίσα μέρη και ονόμασε κάθε μέρος ένα βαθμό (1, 2, 3 κτλ.).

Στις εικόνες μπορούμε να δούμε πώς ακριβώς ήταν το πρώτο θερμόμετρο που έφτιαξε ο Κέλσιος:

ε. Πώς λειτουργούν τα ιατρικά θερμόμετρα;

Στα θερμόμετρα που χρησιμοποιούμε για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος, η στάθμη στο λεπτό σωληνάκι ανεβαίνει ή κατεβαίνει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Στο ιατρικό θερμόμετρο η στάθμη του υδραργύρου ανεβαίνει, αλλά, για να κατέβει, πρέπει να «τινάξουμε» το θερμόμετρο. Αν δε συνέβαινε αυτό, δε θα μπορούσαμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία μας με ακρίβεια, αφού η στάθμη του υγρού θα έπεφτε, μόλις απομακρύναμε το θερμόμετρο από το σώμα μας.

2. Θερμοκρασία - Θερμότητα

στ. Τι συμβαίνει στον μικρόκοσμο, όταν ένα σώμα θερμαίνεται; Ποιας ενέργειας έχουμε ροή και πώς μετράμε τη ροή αυτή;

Όπως όλες οι αλλαγές γύρω μας, έτσι και η αλλαγή της θερμοκρασίας οφείλεται στην ενέργεια. Μία από τις μορφές ενέργειας είναι η θερμική ενέργεια. Θερμική ενέργεια ονομάζουμε την κινητική ενέργεια των μορίων λόγω των συνεχών και τυχαίων κινήσεών τους. Τη θερμική ενέργεια την αντιλαμβανόμαστε από τη θερμοκρασία του σώματος. Όσο περισσότερη θερμική ενέργεια έχει ένα σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι και η θερμοκρασία του.

Άρα, όταν ένα σώμα θερμαίνεται στον μικρόκοσμο αυξάνεται η κινητική ενέργεια των μορίων, τα οποία κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του. 

ζ. Αν ανοίξουμε ένα παράθυρο τον χειμώνα, οι μεγάλοι μας λένε να το κλείσουμε “γιατί μπαίνει μέσα το κρύο”. Είναι σωστή αυτή η έκφραση;

Εύκολη ερώτηση! Η έκφραση είναι λάθος, επειδή... (σκεφτείτε το)

3. Τήξη και πήξη

η. Τι είναι η τήξη και τι η πήξη; Χρησιμοποιούμε τις έννοιες αυτές για να εξηγήσουμε πώς φτιάχνονται μεταλλικά και γυάλινα σκεύη. 

Μία από τις μεθόδους με την οποία επεξεργαζόμαστε και δίνουμε μορφή στα μέταλλα είναι η χύτευση. Η χύτευση γίνεται σε ειδικές εγκαταστάσεις, στα χυτήρια. Εκεί οι τεχνίτες κατασκευάζουν αρχικά ένα καλούπι από ένα υλικό, που είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό στις υψηλές θερμοκρασίες. Στη συνέχεια, θερμαίνουν το μέταλλο, μέχρι να γίνει υγρό και το χύνουν στο καλούπι, από το οποίο το αφαιρούν,
όταν γίνει πάλι στερεό.

Η πρώτη ύλη κάθε γυάλινου αντικείμενου είναι ένα μίγμα με βασικότερο συστατικό την άμμο. Το μίγμα αυτό θερμαίνεται σε ειδικούς κλιβάνους και λιώνει σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Οι υαλουργοί που δουλεύουν με παραδοσιακό τρόπο παίρνουν, με τη βοήθεια ενός σωλήνα, ορισμένη ποσότητα από το λιωμένο μίγμα και φυσώντας μέσα από το σωλήνα δίνουν στο γυαλί το σχήμα που επιθυμούν. Στη συνέχεια, αφήνουν το γυαλί να κρυώσει, οπότε αυτό γίνεται στερεό

θ. Τι συμβαίνει στα μόρια των στερεών, των υγρών και των αέριων σωμάτων; (Βιβλίο μαθητή, σελ. 48). 

• Πηγαίνουμε στη σελίδα: https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-basics/latest/states-of-matter-basics_en.html
• Επιλέγουμε “States” (φυσική κατάσταση) και στη συνέχεια “Water” (νερό). Πατάμε διαδοχικά “Solid” (στερεό), “Liquid” (υγρό), “Gas” (αέριο) και παρατηρούμε τη “συμπεριφορά” των μορίων. 
• Τι συμβαίνει λοιπόν στον μικρόκοσμο; Έχουμε δει ότι όταν ένα σώμα θερμαίνεται οι ταχύτητες των μορίων του μεγαλώνουν. Η θερμοκρασία αυξάνεται και τα μόρια απομακρύνονται όλο και περισσότερο από τις μόνιμες θέσεις τους. Σε κάποια χαρακτηριστική θερμοκρασία, τα μόρια εγκαταλείπουν τις θέσεις αυτές και αρχίζουν να μετακινούνται και να αλλάζουν θέσεις, έτσι όμως ώστε η μεταξύ τους απόσταση να μην αλλάζει, χωρίς δηλαδή να πλησιάζουν ή να απομακρύνονται το ένα από το άλλο. Το σώμα έχει γίνει υγρό. Αυτή τη διαδικασία ονομάζουμε τήξη του στερεού σώματος. Όση ώρα διαρκεί η τήξη, η θερμοκρασία δε μεταβάλλεται. Η αντίστροφη διαδικασία, η μετατροπή δηλαδή ενός υγρού σώματος σε στερεό, ονομάζεται πήξη.

4. Εξάτμιση και συμπύκνωση - Βρασμός

ι. Τι είναι η εξάτμιση και τι η συμπύκνωση (ή υγροποίηση); (Τετράδιο Εργασιών, σελ. 82 και 83) 

Όταν ένα υγρό σώμα παίρνει θερμότητα, ένα μέρος στην επιφάνειά του αλλάζει φυσική κατάσταση και γίνεται αέριο. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται εξάτμιση.

Όταν ένα αέριο σώμα δίνει θερμότητα, ένα μέρος στην επιφάνειά του αλλάζει φυσική κατάσταση και γίνεται υγρό. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται συμπύκνωση ή υγροποίηση.

ια. Με ποια διαδικασία μετατρέπεται το θαλασσινό νερό σε αλάτι στις αλυκές; (Βιβλίο μαθητή, σελ. 50)

Από πού παίρνουμε όμως το αλάτι; Στη χώρα μας και σε άλλες μεσογειακές χώρες παίρνουμε αλάτι από το νερό της θάλασσας. Κοντά στην ακρογιαλιά κατασκευάζονται δεξαμενές με πολύ μικρό βάθος και μεγάλη επιφάνεια, που ονομάζονται αλυκές. Γεμίζουμε τις αλυκές με θαλασσινό νερό και αφήνουμε το νερό να εξατμιστεί στον ήλιο, για να μαζέψουμε το αλάτι.

Στις 3 εικόνες παρακάτω μπορείτε να δείτε τα βήματα με τα οποία παίρνουμε αλάτι από το θαλασσινό νερό:

ιβ. Χρησιμοποιώντας τους παραπάνω όρους εξηγούμε: α) πώς στεγνώνουν τα ρούχα, όταν τα απλώνουμε, β) πώς στεγνώνουν τα μαλλιά μας με το σεσουάρ, γ) γιατί θολώνουν τα τζάμια τον χειμώνα;

Εύκολα! Ίσως, το πιο δύσκολο απ' όλα είναι το 3ο: γιατί θολώνουν τα τζάμια; Εδώ θα πρέπει να θυμηθούμε όσα έχουμε μάθει για τη συμπύκνωση (και το πείραμα που κάναμε στην τάξη): σε ένα ποτήρι με νερό και παγάκια που το κλείσαμε καλά από πάνω, παρατηρούμε ότι στα τοιχώματά του σχηματίζονται σταγόνες. Τι είναι, όμως, οι σταγόνες αυτές; Είναι αέρας, ο οποίος ψύχθηκε (λόγω της επαφής με το κρύο εσωτερικό του ποτηριού) και υγροποιήθηκε, συμπυκνώθηκε. Το ίδιο συμβαίνει στα τζάμια του σπιτιού μας τον χειμώνα, μόνο που τώρα ο θερμός αέρας είναι μέσα στο σπίτι μας και ψύχεται από το κρύο που υπάρχει έξω.

ιδ. Τι είναι ο βρασμός; Ποια είναι η θερμοκρασία βρασμού του νερού; 

Όταν θερμαίνουμε ένα υγρό σε κάποια θερμοκρασία αυτό αρχίζει να αλλάζει φυσική κατάσταση και από υγρό γίνεται αέριο. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται βρασμός. Όσο διαρκεί ο βρασμός, η θερμοκρασία μένει σταθερή. Η θερμοκρασία βρασμού του νερού είναι 100 βαθμοί Κελσίου.

ιε. Τι συμβαίνει στον μικρόκοσμο στη διάρκεια της εξάτμισης και του βρασμού; (Βιβλίο μαθητή, σελίδα 53)