Experimentul cu lumânări - PRIMAS - Germania
Experimentul cu lumânări
Ridicarea lumânărilor face parte din experimentul științific standard de la grădiniță până la școala elementară până la liceu. Pentru elevii din clasa a IX-a, o explicație este imediat disponibilă chiar și fără încercarea efectivă: „Lumânarea are nevoie de oxigen - presiunea aerului din sticlă scade - apa crește” (vezi filmul de instrucțiuni). La următoarea întrebare: "Când crește apa în pahar?" răspunsul elevului este clar: „În timp ce arde lumânarea”. Cu toate acestea, în experimentul ulterior (cu camera video), arată clar că creșterea începe doar cu flacăra lumânării. Prin urmare, consumul de oxigen poate fi exclus ca explicație.
Pentru elevi devine cu adevărat interesant: „Care este explicația corectă acum?” Clasa formulează imediat numeroase presupuneri și sugerează alte experimente. Pentru a studia fenomenul în detaliu, clasa este împărțită în grupuri.
Video din lecție (8 din 45 de minute):
Utilizarea ciclului de cercetare:
Pentru o abordare structurată în munca de grup cu o sarcină experimentală deschisă, este recomandabil să vă orientați către ciclul de cercetare. Ciclul poate fi utilizat pentru orice întrebare experimentală deschisă. Elevii sunt obligați să își formuleze clar în grup ipotezele adesea confuze, să le discute și să planifice experimentele corespunzătoare exact înainte de a fi realizate. Structura ciclului poate fi dată elevilor cu o foaie de lucru. Circuitul servește ca o structură de sprijin pentru studenții care nu sunt încă familiarizați cu sarcinile experimentale deschise. Clasele cu experiență se pot descurca cu încredere fără îndrumarea metodică în pași mici.
Ciclul de cercetare pentru experimente științifice.
Materiale pentru studenți pentru a cerceta fenomenul:
Sare, zahăr, ceai cu gheață, magneți, pene, cuburi de gheață, uscător de aer cald, ceainic, .
Notă tehnică:
Din păcate, experimentul este adesea explicat incorect în cărțile experimentale și chiar la televizor: „Lumânarea are nevoie de oxigen - presiunea aerului din sticlă scade - apa crește”. În cele ce urmează, se explică pe scurt un efect care determină în principal creșterea apei: Când aerul cald este răcit, acesta se contractă. O presiune negativă se creează în sticla superioară închisă atunci când aerul se răcește. Diferența de presiune rezultată este acționarea pentru creșterea apei. Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât este mai mare diferența de presiune și creșterea asociată a apei. Experimentul funcționează și fără lumânare, prin răcirea rapidă a unui pahar care a fost încălzit cu cuburi de gheață. Efectele suplimentare care intensifică procesul (condensarea vaporilor de apă, dizolvarea CO2,) pot fi găsite în literatura citată. Experimentul poate fi folosit ca o introducere în subiectul motoarelor termice.
Sarcină de auto-diferențiere:
Deschiderea lecțiilor către învățarea bazată pe cercetare aduce o contribuție importantă la învățarea auto-direcționată și la dobândirea cunoștințelor bazate pe abilități pentru studenți. Ideile pre-lecție care sunt adesea neglijate în lecțiile centrate pe profesori cu până la 33 de elevi joacă un rol important în cercetarea independentă: elevii își folosesc conceptele existente, le discută în lucrări de grup și în final încearcă să le redescopere într-un experiment. Preocuparea independentă cu fenomenul științific poate fi o ocazie pentru școlari să-și apropie preconcepțiile de conceptele științifice. Cercetarea experimentului lumânării este fundamental diferențiată. Grupurile slabe de studenți pot face presupuneri simple precum B. excludeți diferite dizolvări de gaze în apă îndulcită sau sărată. Pe lângă efectul termic, grupurile școlare foarte bune descoperă alte cauze precum B. condensarea vaporilor de apă pe un pahar rece de ceai.
Videoclipuri ale experimentului cu lumânări:
Experimentați cu o lumânare:
Apa crește numai după ce lumânarea s-a stins
Experimentul I fără lumânare:
Sticla este încălzită cu o suflantă de aer cald - suprapresiunea pompează apa în exterior.
Experimentul II fără lumânare:
Paharul este încălzit cu un uscător de aer cald și apoi răcit cu un cub de gheață (time-lapse shot)
Videoclipuri cu aplicații ale efectului:
Experiment analogic:
Aerul cald se extinde în becul de sticlă - aerul rece se contractă.
Motor Stirling:
Este posibil doar cu cald și rece.
Motor cu aburi:
O ieșire de abur rece crește eficiența.
Fișe de lucru pentru lecție:
Experimentarea cu ciclul de cercetare:
Word PDF
Asigurarea rezultatelor experimentului de învățare bazat pe cercetare:
Word PDF
Soluții studențești din clasă:
Ipoteză: dioxidul de carbon este dizolvat în apă.
PDF
Ipoteză: Efectul funcționează cu cald și rece.
PDF
Material suplimentar pentru lecție:
Explicatie tehnica:
Efectul apare și atunci când aerul din sticlă este încălzit pentru scurt timp cu un uscător de aer fierbinte (500 ° C) și sticla în picioare este apoi răcită cu cuburi de gheață (video).
Experiment analogic:
De la fenomen la motorul termic: becul de sticlă este scufundat alternativ în apă caldă și rece - becul se mișcă. Memorandum pentru utilizare ca motor: "Este posibil doar cu cald și rece." (Video)
Cel mai simplu motor termic:
Motorul Stirling necesită o mână caldă pe o parte pentru a funcționa și cuburi de gheață pe cealaltă pentru a crește diferența de temperatură (video). Referință: magazin științific
Efect asupra motorului cu aburi:
Dacă ieșirea motorului cu aburi este răcită cu apă rece, motorul cu aburi funcționează brusc aproape de două ori mai repede. (vezi bec). Diferența de temperatură între cald și rece a fost crescută - eficiența motorului cu aburi crește semnificativ (video). Referință: planul de laborator Schneider
Centrale electrice pe cărbune:
Toate centralele termice necesită funcționarea „caldă” și „rece”. Centralele sunt întotdeauna construite lângă un râu pentru răcire.
Articol de ziar: Problema răcirii în timpul verii
Alte exemple: motoare auto cu radiatoare, .
Sursa imaginii: Wikimedia Commons, imagine de Dmitry A. Mott
Ridicarea lumânărilor de la Jugend forscht:
Leonard Bauersfeld și Marcel Neidinger de la Hans-Thoma Gymnasium Lörrach:
Locul 1 în domeniul fizicii la competiția regională Südbaden 2013: articol Badische-Zeitung
Ridicarea lumânărilor la Cupa mondială internațională de fizică 2013:
Experimentul cu lumânări ca proiect de cercetare la nivel mondial (nr. 10): proiecte de cercetare IYPT
Turneul internațional pentru tineri fizicieni 2013 în Taipei, Taiwan
Articol de ziar despre lecție:
Cerc MINT: „Deschideți sarcini în clasă! Un exemplu de predare.” Ediția 01/02 (2013)
S. Höhl: „Date and Steam Engine”, Badische Zeitung (07/07/2012)
Aplicare mecanică din cele mai vechi timpuri:
Imagine din stânga: Vedere din față a ușii automate
Poza dreapta: Vedere din spate cu mecanica.
Ușile templului alexandrin: un spectacol misterios în timpurile străvechi: după ce a fost aprins un foc de sacrificiu, zeii deschid în mod miraculos ușile templului! Dar vai de foc se stinge: drumul către templu este imediat închis. Niciun zeu nu acționa sub uși, ci principiul fizic: „Nu poți face asta decât cu cald și frig”. Un model de lucru al ușilor poate fi admirat în muzeul științific „Turnul Mileniului” din Magdeburg.
Explicația ușilor pe baza imaginii din dreapta: bila din dreapta ușii este încălzită cu un arzător Bunsen. Mingea este conectată la vasul de apă închis din mijloc printr-un furtun. Aerul din minge se extinde și împinge lichidul din recipientul de apă din mijloc spre stânga în recipientul suspendat deschis. Greutatea vasului gol din stânga este echilibrată de greutatea din dreapta. Datorită apei care curge în vasul stâng, nu mai există echilibru și ușile se deschid. Dacă mingea din dreapta ușii este răcită, ușa se închide din nou.
Alte mașini antice pe principiul fizic:
Articol online Spiegel
Testarea sarcinii: Clasa 9c, anul școlar 2011/12, Friedrich-Gymnasium Freiburg
Autor: Dr. Patrick Bronner
Inspirație pentru experimente: Prof. Dieter Plappert
Poze și videoclipuri: P. Bronner