Modul 3: Toplotni tokovi – didakti na obravnavaM. Čepič, Modul 3: Toplotni tokovi – didaktika Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu

M. Čepič, Modul 3: Toplotni tokovi – didaktika

Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu 2002/2003

1

Modul 3: Toplotni tokovi – didaktična obravnava Mojca Čepič, Pedagoška fakulteta, Ljubljana

Interno gradivo za izvedbo Doizobraževanja iz fizikalnega dela naravoslovja 2002/2003

Teme v učnem načrtu v nižjih razredih........................................................................ 1 Tematika v 3. razredu: ................................................................................................. 1 Tematika v četrtem razredu ......................................................................................... 2 Tematika v petem razredu ........................................................................................... 2

Toplotni tokovi v učnem načrtu za 6. razred ............................................................... 3 Temperatura in toplota.................................................................................................. 4

Vsakdanja govorica...................................................................................................... 4 Z gretjem in hlajenjem se spreminjajo lastnosti snovi in predmetov............................. 5

Prostornina plina ...................................................................................................... 5 Prostornina tekočin in trdnih snovi............................................................................ 6 Električne lastnosti.................................................................................................... 7

Električna prevodnost ........................................................................................... 7 Napetost termočlenov ........................................................................................... 8

Druge lastnosti ......................................................................................................... 8 Človeška čutila ......................................................................................................... 9

Temperatura................................................................................................................... 9 Termometri................................................................................................................... 9

Živosrebrni termometer, oljni termometer............................................................... 10 Digitalni termometer ............................................................................................... 10 Infrardeči termometer ............................................................................................. 11 Tekočekristalni termometer .................................................................................... 11 Različne temperaturne lestvice in kako so nastale................................................. 11

Toplota ....................................................................................................................... 12 Toplotni tokovi............................................................................................................. 14

Toplota ....................................................................................................................... 14 Primerjanje in merjenje toplotnih tokov ...................................................................... 16 Vplivi na toplotni tok ................................................................................................... 17

Toplotna prevodnost............................................................................................... 18 Velikost površin ...................................................................................................... 19

Ohranjanje temperaturnih razlik................................................................................. 19 Grelci.......................................................................................................................... 19 Hladilniki..................................................................................................................... 19 Vzdrževanje temperaturnih razlik pri živih bitjih ......................................................... 20

Snovni in toplotni tokovi............................................................................................. 20 Toplotni stroji............................................................................................................... 20 Teme v učnem načrtu v nižjih razredih

Tematika v 3. razredu: Po učnem načrtu devetletne osnovne šole se otroci s tematikami povezanimi s toploto srečajo v 3. razredu pri predmetu Spoznavanje okolja. Srečanje je izrazito posredno in se umešča v "kemijske vsebine". Ne analizirajo pojmov toplota in temperatura temveč le



2

segrevanje. • spoznavajo spreminjanje snovi pri segrevanju • opisujejo lastnosti snovi pred segrevanjem in po njem • napovedujejo spremenjene lastnosti po segrevanju in po ponovnem ohlajanju (za nekatere snovi). V nekaterih učbenikih (Okolje in jaz, Založba modrijan), se znajdejo termometri, vendar le v vlogi predmeta, ki mu je mogoče pripisati spremenljivko za urejanje.

Tematika v četrtem razredu V četrtem razredu se otroci "ad hoc" seznanijo s toplotno prevodnostjo snovi. Nikjer se namreč niso seznanili s temperaturo kot lastnostjo snovi in toploto kot nečim (energijo), kar se prenese iz telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo z gretjem. Upam, da bodo to napako odpravili učbeniki. Cilji • ugotovijo, da kovine dobro prevajajo toploto in elektriko, nekovine pa slabo Dejavnosti • preizkušajo toplotno in električno prevodnost s kuhinjskimi pripomočki In to je vse.

Tematika v petem razredu Šele v petem razredu se toplota in temperatura pojavita korektno. Poglavje je namenjeno ločevanju med toploto, kot energijo, ki se prenaša iz toplejšega na hladnješe telo, ter temperaturo, ki je lastnost predmeta oziroma bolje lastnost, ki jo lahko določimo na delu predmeta. Cilji: • spoznajo, da toplota teče s toplega na hladno • začenjajo razločevati toploto in temperaturo: ko se termometer greje, prejema toploto, se gladina v njem dviga. Ko se gladina ustali, kaže temperaturo. • naučijo se uporabljati termometer in stopinjo • zvedo, da različne snovi različno prevajajo toploto • spoznajo pomen izolacijskih materialov • spoznajo vrste toplotne izolacije pri živih bitjih • ugotavljajo izolacijske sposobnosti (lastnosti) stiropora Nabor dejavnosti je kljub obilici možnosti skromen Dejavnosti: • zaznavajo temperaturo in toploto s kožo dejavnost naj pokaže, da s čutili v koži primerjamo temperaturo in toplotno prevodnost. S kožo zaznavamo, kako toplota teče skoznjo. Če odteka preveč toplote, nas zebe, če odteka premalo toplote, nam je vroče. Na toplotni tok ne vpliva le temperatura okoliških



3

teles. Zato se zdi, da nas čutila varajo. Pa nas ne.* • merijo temperaturo • raziščejo in izdelajo model hladilne torbe • merijo časovni potek temperature in ga vpisujejo v tabelo *Trditev, da s kožo primerjamo toplotno prevodnost, je morda pretoga. Človek ima čutila za temperaturo. Ker pa toplotni tok močno vpliva na temperaturo teles ob stiku, lahko hitro napačno razumemo občutke. Posredno pa lahko tudi interpretiramo, da je telo občutljivo za toplotno prevodnost. Posredno se temperatura in toplota pojavljata še v zvezi s svetlobo in vremenom Cilji: • vedo, da se snovi na soncu grejejo, če vpijajo sončno energijo • preskusijo, da se tla tem bolj ogrejejo, čim bolj strmo padajo nanje sončni žarki Vsebine: • iz poskusov vedo, da se voda in zrak pri segrevanju raztegujeta in redčita, pri ohlajanju pa se krčita in zgoščata • iz meritev in vremenskih poročil vedo, da temperatura v spodnji plasti ozračja z višino navadno pada Peti razred je torej lahko dobra predpriprava za široko tematiko toplotnih tokov. Toplotni tokovi v učnem načrtu za 6. razred S temperaturo in toploto se v šestem razredu srečajo z njuno povezovalno vlogo – s toplotnimi tokovi. Sporočilo te tematike se navezuje na živa bitja, na presnovo, vzdrževanje telesne temperature, vremenske pojave itd... ter ključno spoznanje TOPLOTNI TOK PRENAŠA ENERGIJO. Pojmi • hrana je vir energije • hranilne vrednosti • goriva • toplotni tok • temperaturna razlika • energijski tok Cilji • spoznajo, da z uživanje hrane v telo prinašamo energijo • spoznajo, da se s toplo vodo prinaša energija v radiatorje, ki jo ti v obliki toplote oddajajo v prostor • spoznajo, da se s toplimi (mrzlimi) vetrovi in morskimi tokovi prenašajo topla (mrzla)



4

voda ali zrak in da z njimi ogrevamo (ohlajamo) oddaljene kraje • spoznajo, da toplota teče z vročega telesa na hladno telo ali z vročega dela telesa proti hladnejšemu • spoznajo, da z naraščanjem temperaturne razlike narašča toplotni tok (pretečena toplota) • spoznajo, da se telesa, ki oddajajo toploto, ohlajajo, razen če toploto nadomešča drug vir • spoznajo, da različne snovi ob enaki temperaturni razliki različno hitro prenašajo toploto. Tako ločimo toplotne prevodnike in izolatorje. • iz vsakdanjih izkušenj, opazovanj in poskusov povzamejo, da žival in človek pridobiva energijo s hrano Dejavnosti • pomen zdrave prehrane za človeka • branje tabel za različno energijsko vrednost različnih hranil in kurilno vrednost goriv • ogled in shema centralne kurjave • zemljevid morskih tokov v Jadranskem in Sredozemskem morju • v dve ali več pločevink z različnimi premeri nalijejo vodo z različnimi temperaturami. Napovedujejo od kod kam bo tekla toplota. Napovedi primerjajo s termometrom. • merijo, kako se hladi voda v pločevinkah • toplotne tokove oddajajo tudi razni grelniki Vrstni red vsebin in dejavnosti je težko izvajati v enakem časovnem zaporedju. Začetne vsebine je bolje obravnavati kasneje. Temperatura in toplota

Vsakdanja govorica Izrazi za stanje: topel, hladen, mrzel, vroč itd. Izrazi za spreminjanje stanja: greti se, hladiti se, ... V vsakdanji govorici uporabljamo izraze topel, hladen kot relativno merilo za temperaturo. Kot merilnik običajno uporabljamo fiziološki občutek, besede se nanašajo bodisi na ta občutek, potrebe ali izkušnje. Tako je voda s temperaturo 40°C, v kateri se nameravamo kopati, vroča, medtem ko je juha z enako temperaturo, hladna. Prav tako je zimski dan, pri katerem se temperatura povzpne na 12°C zelo topel, in poletni dan z enako temperaturo zelo hladen. Pridevnik določijo izkušnje. Besede, ki jih uporabljamo, se mešajo tudi s spremembami stanja. Gretje namreč povzroči, da so telesa toplejša. Pri gretju se zavedamo, da en predmet odda toploto drugemu, saj so te besede v rabi tudi za opisovanje peči in grelnih plošč. Običajne besedne zveze podajajo dejstvo, da peč oddaja toploto... Ker postanejo zaradi gretja in oddajanja toplote, prostori bolj topli, besede zelo pogosto navedejo na misel, izraženo tudi z besedami, da termometer meri »toploto«. V nadaljevanju bom pokazala kako uvesti (ali utrditi) korektno razumevanje obeh pojmov »toplota in temperatura«.



5

V vsakdanjem besednjaku se pojavljajo tudi zveze, ki z znanstvenim opisom dogajanja pri prenosih toplote, nimajo nič skupnega. Govorimo namreč tudi » hladilnik oddaja hlad« ali »termometer meri hlad«. Toplota se namreč pretaka vedno s teles z višjo temperaturo na telesa z nižjo. Hlajenje je le posledica oddajanja toplote, oddajanja hladu pa sploh ni. Tovrstne predstave mora učitelj s skrbno izbiro poskusov privesti do kognitivnega konflikta in (če je le mogoče) odpraviti. Zaporedje vpeljave pojmov je predstavljeno v nadaljevanju.

Z gretjem in hlajenjem se spreminjajo lastnosti snovi in predmetov Ker pojma gretje in hlajenje učenci že poznajo, se najprej osredotočimo na spremembe lastnosti. Obstaja mnogo preprostih poskusov, ki spremembe pokažejo, mnoge lahko učenci opravijo doma v okviru predpriprav na bodočo tematiko.

Prostornina plina Tri enake balone enako napihnemo. S šiviljskim trakom jih lahko na najširšem delu tudi izmerimo. Če je mogoče, damo enega v hladilnik, drugega na topel radiator, tretjega pustimo. Čez nekaj časa ponovno izmerimo obsege balonov. Tistemu iz hladilnika (ali bolje: iz zmrzovalne omare) se bo obseg zmanjšal, tistemu iznad tople peči ali radiatorja pa povečal. Spremembe velikosti običajno niso tako velike, da meritev ne bi bila potrebna. Podobno meritev lahko pozno pomladi naredimo (ali naredijo učenci) s praznimi plastenkami. Prazne plastenke dobro zapremo, eno damo v zmrzovalno omaro, drugo na sonce, tretjo pustimo prostoru. Tokrat se v plastenki iz zmrzovalnika zmanjša tlak, včasih se plastenka nekoliko tudi zveriži. V plastenki na soncu se tlak poveča, zato postane trda na otip. Ne pozabimo tudi na označevanje plastenk (npr. modra nalepka na plastenki iz zmrzovalnika in rdeča nalepka na plastenki s sonca). Barvno označevanje omogoča korekten pogovor.

Slika 1: Na steklen kozarec za vlaganje nataknemo gumijasto rokavico. Na plastenko nataknemo balonček. Potopimo ju v toplo ali hladno vodo. Vizualizacijo raztezanja zraka dosežemo lahko tudi z zabavnimi poskusi. Na kozarec za vlaganje nataknemo rokavico ali na plastenko balonček. Kozarec ali plastenko potopimo



6

v toplo oziroma hladno vodo. Balonček oziroma rokavica se napihne, če je kozarec v topli vodi, če je kozarec v hladni vodi, se balonček oziroma rokavica stisneta in včasih celo vbočita.

Prostornina tekočin in trdnih snovi Spremeni se tudi prostornina kapljevin in trdnih snovi. Spremembe prostornine trdnih snovi in tekočin so mnogo manjše, zato se moramo pri prikazu poslužiti nekaterih trikov. V erlenmajerico nalijemo vodo popolnoma do vrha. Voda mora biti prekuhana, v erlenmajerici ne sme biti mehurčkov. Drugače bo namreč raztezanje zraka v zračnih mehurčkih pokvarilo rezultate poskusa. V vodo predhodno kanemo tudi nekaj kapljic barvila, da postane tudi tekočina v stekleni pososdi dobro vidna. Zamašimo s preluknjanim gumijastim zamaškom v katerega sega cevka debeline nekaj mm. Nato vodo segrevamo nad gorilnikom ali jo potopimo v zelo vročo vodo. Voda v cevki se začne dvigovati, dokler se ne ustali. S trikom smo dosegli, da je postal raztezek viden. Prelil se je namreč v mnogo ožji del posode. Enak trik uporabljajo tudi pri oljnih in živosrebrnih termometrih.

Slika 2: a) Polna erlenmajerica pri sobni temperaturi. b) Polna erlenmajerica med gretjem na plinskem gorilniku. c) Po gretju. V šolski zbirki fizikalnih poskusov se običajno nahajajo bimetalni trakovi. Lahko jih tudi naredimo sami. Zakovičiti je potrebno trakova iz različnih materialov, najbolje dveh z zelo različnima temperaturnima razteznostima npr. železo in cink. Ko trakova ogrejemo, se ukrivita tako, da je material z večjo razteznostjo (npr. cink) na zunanji strani. Ogrevanje mora biti znatno, vtaknemo ga direktno v plamen plinskega gorilnika. S potapljanjem bimetalnega traku v mešanico vode in ledu (ali celo v tekoči dušik), se bimetal ukrivi v nasprotni smeri. Tedaj je material, ki se bolj krči (isti material, ki se pri gretju bolj razteza) na notranji strani.



7

Slika 3: a) Neogret bimetalni trak. b) Bimetalni trak ogret v plamenu plinskega gorilnika. Naveden poskusi vodijo do splošnega zaključka: Čim toplejša je snov, tem večja je prostornina. A to ne velja za vse snovi, obstajajo tudi izjeme. Vodi se namreč med 0°C in 4°C prostornina manjša. Prav tako se ob segrevanju krčijo nekateri izdelki iz kavčuka.

Električne lastnosti Izrazito se z gretjem in hlajenjem spreminjajo tudi različne električne lastnosti. Električna prevodnost Znani so mnogi poskusi, ki se navadno izvajajo pri pouku fizike. Za običajne prevodnike velja, da se prevodnost z gretjem zmanjšuje. Vendar je ta učinek težko vizualizirati brez uporabe merilnih instrumentov in dodatne analize meritev, kar je za starostno skupino v 6. razredu še prezahtevno. Uporabimo raje termistorje, ki jso iz polprevodniških materialov. Pri termistorjih je obnašanje obratno, z gretjem se namreč prevodnost povečuje. Tako teče skozi toplejši termistor večji tok. Preko termistorja sklenemo električni krog z žarnico. Termistor potopimo v toplo vodo in žarnica zasveti. Žarnico lahko tudi ugasnemo tako, da ohladimo topel termistor npr. s pihanjem na termistor. Tako lahko upihnemo električno žarnico, akr je za učence vsekakor zabaven poskus. Ker navajamo pri vseh dejavnostih učence tudi na iskanje pomembnih spremenljivk in njihovih semikvantitaivnih povezav, naj bi učenci dejavnosti zaključili s spoznanjem: Čim toplejši je termistor, tem večja je električna prevodnost oz. tem bolje prevaja elektriko.



8

Slika 4: a) Električno vezje s termistorjem. Skozi vezje teče tok, vendar žarnica ne sveti. b) Termistor je ogrevan s svečo. Prevodnost termistorja se je povečala. Žarnica sveti. Napetost termočlenov Z višanjem temperature termočlena se napetost viša. Zveza je prav tako preprosta. Čim toplejši je en stik od drugega, tem večja je napetost.

Slika 5: Ogret termočlen je napetostni vir. Napetost termočlen moramo pokazati z merilnikom - voltmetrom. Pokažemo le funkcionalno spremembo oziroma, da se med gretjem in hlajenjem nekaj spreminaj. Pri termočlenu je pomembno, da so stiki različnih kovin različno ogreti. Zato je termočlen v nekem smislu toplotni stroj.

Druge lastnosti Nekaterim snovem se z gretjem spreminjajo elastične lastnosti npr. kavčuk oziroma guma postaja z gretjem bolj trda. Tekočinam se z gretjem običajno spreminja viskoznost. Toplo olje ali med mnogo lažje pretakamo kot hladno olje ali med. Nekaterim snovem se z gretjem spreminja barva. Take snovi najdemo v prevlekah nekaterih otroških igrač in v nekaterih tekočekristalnih termometrih.



9

Z gretjem se spreminja tudi agregatno stanje (led, voda, para, taljenje voska in drugih snovi). Pokažemo lahko tudi spremembe drugih agregatnih stanj npr. tekoče kristale, strjevanje voska ipd. Na žalost so spremembe agregatnih stanj (razen vode) precej eksotične za izvedbo poskusov. Najdemo lahko še mnoge druge lastnosti snovi oziroma predmetov, ki se spreminjajo z gretjem in hlajenjem. Pripouku vseh teh pojavov ne moremo obravnavati podrobno, lahko pa mnoge od predlaganih poskusov prihranimo za širjenje obzorja učenecev ter refleksijo na pouk povezan s temperaturo in toploto pri naravoslovnih dnevih.

Človeška čutila Človeško čutilo za toplo in hladno je koža. Čutilo se odziva ob dotiku toplih in hladnih predmetov različno, Čutnice posredujejo informacije o telesih, ki so hladnejša od človeka drugače kot informacije o telesi, ki so od človeka toplejša. Vendar človeško čutilo za toplo oziroma hladno ni preveč natančno. To pokažemo z naslednjim poskusom, ki naj ga izvajajo učence sami. Pripravimo tri posode. V eno posodo nalijemo mešanico ledu in vode, v drugi se nahaja voda pri sobni temperaturi v tretji pa zelo topla voda. Posode označimo npr. hladno z modro nalepko, toplo z rdečo ter z rumeno pososd z mlačno vodo ali preprosto uporabimo posode različnih barv. Tako odpravimo težave pri dogovarjanju. Učence lahko povprašamo, kakšna se vam zdi voda, če roko potopite najprej v vodo v rdeči pososdi, nato ap v vodo v rumeni posodi. Posode naj bodo dovolj velike, da lahko vanje vtaknemo celo roko (ali vsaj prst). Nato v posodo z mrzlo vodo vtaknemo eno roko, v posodo s toplo vodo vtaknemo drugo roko. Po nekaj deset sekundah roki prestavimo v vodo s sobno temperaturo. Občutki bodo za obe roki različni. Roki, ki je bila predhodno v mrzli vodi, se zdi voda s sobno temperaturo topla, roki, ki je bila predhodno v topli vodi, pa hladna. Čutila lahko človeka varajo. Temperatura Ker občutki človeka varajo, potrebujemo neodvisno merilo, ki bo pokazalo, ali je predmet “topel” ali “hladen”. Za neodvisno kazalo uporabimo eno od lastnosti, ki se spreminjajo z gretjem. Lastnost, ki jo z merilom merimo, poimenujemo temperatura. Učence opozorimo, da je ime drugačno, kot so bili izrazi, ki so jih uporabljali pri opisovanje predmetov. Predmeti, ki jim v vsakdanjiku pravimo »topli«, imajo to merjeno lastnost – temperaturo - višjo oziroma večjo, ter »hladni«, če imajo nižjo ali manjšo temperaturo. Merilo za temperaturo imenujemo termometer. S termometrom ne merimo toplote, temveč temperaturo. Znanstveni (fizikalni) pojem toplote vpeljemo kasneje, ko temperaturo že poznamo kot lastnost, ki jo izmerimo s termometrom.

Termometri Termometri merijo temperaturo tako, da izkoristijo eno od temperaturno odvisnih lastnosti snovi, ki sestavljajo termometer. Termometri običajno merijo lastno temperaturo, zato postopek merjenja ptemperature poteka tako, da termometer



10

postavimo v toplotni stik z merjencem, počakamo, da se termometer ogreje ali ohladi in nato odčitamo nejgovo temperaturo. Izhajamo iz izkušnje, da imajo telesa v stiku po daljšem času enako temperaturo. To trditev pri merjenju temperature privzamemo, utemlejiti pa jo moramo tudi s poskusi.

Slika 6 Različne vrste termometrov.

Živosrebrni termometer, oljni termometer Deluje izkoriščajoč dejstvo, da imajo toplejša telesa večjo prostornino. V stekleno bučko s podaljškom je ujeto živo srebro ali olje. Obe tekočini se med gretjem bolj raztezata kot steklo in se zato zlivata v ozek brezračni podaljšani del. Termometer pokaže lastno temperaturo zato mora biti del v katerem je glavnina raztezajoče se snovi obdan z merjencem. Med merjenjem počakamo, da se živo srebro ali olje v celoti ogrejeta (ohladita) do temperature merjenca. Šele tedaj je odčitek korekten.

Digitalni termometer Izmeri kontaktno napetost. Ker je kontaktna napetost odvisna od razlike temperatur na dveh različnih mestih digitalnega termometra, je treba upoštevati, da meritve v različnih okoliščinah lahko variirajo. Meri temperaturo spoja dveh kovin, ki se nahaja na koncu tipala.



11

Infrardeči termometer Termometer otipa sevalni spekter, ki je odvisen od temperature merjnenga predmeta. Termometer torej meri učinek ogretega (shlajenega) telesa na okolico, zato ne meri lastne temperature.

Tekočekristalni termometer Barva tekočega kristala se spreminja ob gretju in hlajenju. Tekočekristalni termometer pokaže le ozko območje temperatur, pa tudi meritev je precej nenatančna. Prednosti tekočekristalnega termometra so njegova velikost (majhnost) in nezlomljivost. Z velikimi tekočekristalnimi folijami je mogoče meriti tudi krajevno temperaturno odvisnost. Tudi ta termometer kaže lastno temperaturo.

Različne temperaturne lestvice in kako so nastale Temperaturo v vsakdanjiku merimo s stopnijami Celzija (ºC). Učencem so znani velikostni redi temperatur npr. človekova telesna temperatura, ledišče, vrelišče vode. Vedo, da se temperature v običajnih vremenskih razmerah pri nas gibljejo me –20ºC in 35ºC. Postopek merjenja telesne temperature običajno poznajo, vedo tudi, da so termometri, ki kažejo zunanjo temperaturo ali temperaturo prostorov ves čas na istem mestu. Za popestritev lahko učencem povemo tudi o drugih temperaturnih lestvicah in kje jih uporabljajo. Celzij – za stopinjo je izhodišče ledišče vode in vrelišče vode. Vmes je razdeljeno na 100 stopinj. Uporabljajo jo v Evropi. Fahrenheit – za stopinjo sta izhodišči zmrzišče koncentrirane slane raztopine in človekova telesna temperatura. Uporabljao jo v Ameriki. Roemer – enako kot Fahrenheit, le da je obema izhodiščema pripisal neke neokrogle vrednosti. Ni več v uporabi. Kelvin – meri absolutno temperaturo. Obstajajo namigi, da bi lestvica morala biti logaritemska, da bi bila absolutna ničla v negativni neskončnosti. Uporabljajo jo v znanstvenih raziskavah. Učenci naj se naučijo uporabljati različne termometre. Opozoriti jih moramo, da morajo pri merjenju vedno nekaj časa počakati, da se termometer ohladi ali segreje, saj termometer (z izjemo infrardečega) pokaže spremembo svojih lastnosti oziroma svojo temperaturo. Ko se naučijo uporabljati termometre lahko za učenci naredijo še naslednji vaji. Pripravite tri kozarce. V enem naj bo vroča voda (iz pipe), v drugem naj bo mrzla voda iz pipe. V tretjega naj učenci izmenično dolivajo toplo in hladno vodo tako dolgo, dokler se s pomakanjem prstov ne morejo več odločiti ali je voda hladna ali topla. Nato naj temperaturo vode izmerijo s termometrom. Presenečeni bodo, ker bodo vsi namešali vodo s približno enako temperaturo blizu telesni. Dejavnost lahko navežete na človeška čutila, ki so naravnana tako, da višje temperature od telesne človeku sporočajo drugače kot nižje. Še več. Človeško čutilo je najbolj občutljivo za spremembe temeprature v



12

območju človekovih telesnih temperatur. Rezultat druge vaje je za učence presenetljiv. Učenci običajno doživijo pravi kognitivni konflikt, zato se odkrivanja odgvora na vprašanje še raje lotevajo. Natančnejšo razlago dogajanja ponudimo preko vprašanj učencem nekoliko kasneje. S termometrom (najbolje infrardečim) izmerimo temperature otrok, prostora, šip v prostoru itd. in tako demonstriramo, da merilnik temperature res deluje pravilno. Nato pred otroke položimo plošče iz različnih materialov – les, kovina, stiropor, linolej, steklo itd. Potem jih prosimo, naj plošče potipajo in jih uredijo od nahladnejše do najtoplejše. Namenoma ne uporabljamo izraza temperatura. Nato otroke povprašate, kaj mislijo, kolikšna je temperatura teh plošč. Otroke, ki (če) odgovorijo pravilno, povprašate za utemeljitev. Včasih se otroci s tem poskusom srečajo že v nižjih razredih osnovne šole. Običajno učenci menijo, da je temperatura stiropora nekaj stopinj višja kot temperatura lesa in temepratura lesa nekaj stopinj višja od temperature kovine. Dobro je, da v zbirki ne ponujamo plošč iz različnih kovin, ker je občutek običajno enak, učenci pa se mnogokrat ukavrjajo le s prepričevanjem o razlikah med kovinami. Ko se otroci sporazumejo, napovedi lahko tudi zapišete na tablo in nato z merilnikom izmerite temperaturo plošč. Seveda je temperatura vseh plošč, ki so bile dalj časa v prosotoru, enaka, kar ponovno kaže, da nas čuti lahko varajo. Slika 7: Plošče iz različnih materialov in merilnik, ki omogoča merjenje temperature plošč. Hkrati opozorimo še na pomembno dejstvo: po daljšem času so temperature vseh teles v prostoru enake. Seveda ta trditev ne velja za telesa, ki imajo notranji vir energije, kot so toplokrvan živa bitja, peči, žarnice,... Toplota Med segrevanjem dovajamo telesom energijo, ki jo imenujemo toplota. Toplota je energija, ki se pretaka iz toplejšega telesa na hladnejše telo. Kadar sta v stiku telesi z različnima temperaturama teče iz toplejšega telesa na hladnejše telo toplotni tok – nikoli obratno. Zaradi prejete toplote se zviša temperatura telesa. Zaradi oddane toplote se zniža temperatura telesa. V fiziki pravimo, da se spremeni notranja energija telesa. Notranja energija telesa je aditivna količina. S poskusom lahko pokažemo razliko: V posodo – najbolje odrezano plastenko, da čim manj vpliva na meritev, nalijemo kozarec tople vode (predhodno izmerimo temperaturo) in enako količino hladne vode (predhodno izmerimo temperaturo). Nato izmerimo temperaturo mešanice. Hladna voda se je ob stiku s toplo oglrela, topla pa se je ohladila. Topla voda je oddala toploto hladni, hladna voda je prejela toploto od tople. Obema deloma se je temperatura spreminjala tako dolgo, dokler nista bili temperaturi izenačeni. Ko ni bilo več toplejšega telesa (dela telesa), se toplota ni več pretakala. Ugotovimo lahko, za koliko se je spremenila temperatura obeh delov.



13

Slika 8: a) Plastični kozarčka z vodo različnih temperatur. Termometer kaže temperaturo vode. Voda v srednjem kozarčku je mešanica tople in hladne vode. Ponovimo poskus tako, da h kozarcu hladne vode dodamo dva kozarca tople vode. Končna temperatura bo višja. To pomeni, da je večja količina vode oddala hladni vodi več toplote. Hladna voda se je zato bolj ogrela oziroma temperatura se ji je bolj povišala. Obraten poskus lahko naredimo tudi tako, da hladni vodi dodamo le pol kozarca tople vode. Tedaj se bo hladna voda ogrela manj. S temi poskusi pokažemo, da je sprememba temperature odvisna od prejete toplote. Vizualizacija količine toplote poteka preko dodajanja večje ali manjše količine toplejše vode. Ne uporabljamo hladnješe vode, ker tedaj oddaja toploto voda, ki jo opazujemo. Tako opazovanje predstavlja že nadaljni korak, ki ga uvedemo šele kasneje, ko kažemo da teče topltoa vedno iz toplejšega na hladnejše telo. S poskusom ugotovimo, da se lahko iz večjih teles z enako temperaturo prenese več toplote na haldnejša teles z enako temperaturo. Pris poskusu se mora učitelj posvetiti komentarjem o kontroli spremenljivk, saj jih je kar nekaj – dve različni začetni temperaturi, dve različni masi, in končna temperatura mešanice kot odvisna spremenljivka. Neodvisna spremenljivka, ki jo variiramo, je masa oziroma količna tople vode. Za učinke hlajenja uporabimo raje kovinski predmet. Zaradi nazornosti je včasih mešanje vode lahko problematično. V vodo vtaknemo kovinski predmet, ki ima na začetku poskusa nižjo temperaturo. Seveda moramo prej z učenci ugotoviti, da imajo vsa telesa, ki so v stiku, po daljšem času enako temperaturo (če nimajo notranjih grelcev). Tako potopimo kovinski predmet za nekaj časa v hladno vodo in ga nato damo v toplo vodo. Telo ima enako temperaturo kot voda, v katero je bilo potopljeno. Zato zadošča, da izmerimo temperaturo vode. Za izbiro predmeta se odločimo s poskušanjem. Prilagoditi je potrebno tako velikost predmeta kot tudi količino tople in hladne vode. Hladne vode naj bo čim več, da jo lahko za hlajenje uporabimo večkrat. Kozarec, v katerem je topla voda, mora biti dovolj majhen, da se voda ohladi vsaj za nekaj stopinj, ko vanjo potopimo predmet.



14

Najprej prenesemo kovinski predmet iz hladne vode v toplo in izmerimo spremembo temperature. Nato ponovno ohladimo predmet in ga potopimo v nekoliko večjo količino vode z enako začetno temperaturo. Tretjič ponovnimo poskus z nekoliko manjšo količino tople vode. Pri tem poskusu je neodvisna spremenljivka količina vode, ki jo hladimo. Tako s poskusom pokažemo hkrati dogajanje med hlajenjem, ki je podobno kot med gretjem. Pokažemo pa tudi, da je za enake temperaturne spremembe teles z večjo maso potrebno več prenešene toplote. Velikost predmeta je pomembna, da poskus poteka relativno hitro in se otroci ne začno dolgočasiti. Poskusi z mešanjem vode so mnogo hitrejši. Z gornjimi poskusi pokažemo, da je količina toplote, ki jo telo lahko odda ali sprejme, sorazmerna z maso telesa. Prav tako lahko pokažemo, da je količina prejete ali oddane toplote sorazmerna s spremembo temperature. Ostanemo pri semikavnititavnih zvezah. Čim več toplote je telo prejelo (oddalo) tem večja je bila sprememba temperature. Čim večjo maso ima telo, tem več toplote lahko telo sprejme (odda) pri enaki temperaturni razliki. Te tematike naj bi otroci osvojili že v petem razredu, ni pa odveč hitra ponovitev. Ponovimo tudi poimenovanji »razlika« in »sprememba«. Temperatura je še posebej primeren pojem za vpeljavo obeh poimenovanj. Sprememba se nanaša na spreminjajočo se lastnost ali količino na istem kraju ob različnih časih. Npr. temperatura vode v posodi se med segrevanjem povečuje (se spreminja). Razlika se nanaša na lastnost ali količino na različnih krajih ob istem času. Npr. temeprature vode v dve različnih kozarcih se razlikuje. Toplotni tokovi Toplota je energija, ki se prenese s telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo temperaturo. Prenašanje toplote imenujemo toplotni tok. Toplotni tok teče skozi vse materiale, torej so vsi materiali vodniki za toplotni tok. Toplotni tok poganja temperaturna razlika. Tokokrogi so (skoraj) vedno nesklenjeni. S prejšnjimi poskusi smo pokazali, da količina prenesene toplote vpliva na spremembo temperature. Čim več se prenese toplote, tem večja je sprememba temperature. Z najslednjimi poskusi pa lahko pokažemo, da je količina prenesene toplote v neki (stalni) časovni enoti med drugim odvisna tudi od temperaturne razlike med telesoma, med katerima se toplota prenaša. Nato lahko definiramo še toplotni tok kot razmerje med pretečeno količino toplote in časom potrebnim za to pretakanje.

Toplota Zaradi nazornosti in preprostosti (zaradi kontrole mnogih spremenljivk, ki v poskusih nastopajo), ki so pri vpeljavi novih pojmov potrebni, je pomembno, da je ena temperatura ves čas poskusa stalna. To najlažje dosežemo z mešanico vode in ledu, katere temperatura je enaka 0ºC. V posodo z mešanico potopimo kovinsko posodico (konzervo) s čim bolj toplo vodo. Nato merimo temperaturo vode v posodici. Dokler se



15

led ne stali, bo temperatura vode v večji posodi stalna. Pozorni bodimo tudi na uporabo izrazov. Led se tali. Taljenje je beseda, ki jo uporabljamo za fazno spremembo iz trdnega v tekoče stanje snovi. V vsakdanji govorici pravimo, da se sneg »topi«. Topljenje je beseda, ki jo uporabljamo za raztapljanje trdnih snovi v tekočinah, pri čemer naj bi bili snovi različni. Do generalizacije besede topiti verjetno prihaja zato, ker se mnogokrat srečujemo z mešanico ledu in vode, taljenje ledu v taki mešanici pa vizualno močno podobno raztapljanju. Temperaturo merimo najprej v enakih časovnih razmakih, kasneje pa merimo čase, v katerih se temperatura vode v posodici ohladi npr. za 2°C ali 1°C. Podatke vpisujemo v tabelo in jih hkrati predstavimo grafično. Je tudi dobra vaja za ponavljanje risanja grafov, ki nja bi ga učenci do šestega razreda že osvojili. Način zajemanja podatkov pa nas lahko vodi še v primerjanje velikosti količin, ki so definirane z razmerji.

T [°C] t[min,sek] 0 40,0 1 29,0 2 23,6 3 20,0 4 17,5 5 15,6

6,18 13,6 8,19 11,6

Slika 9: Graf odvisnosti temperature od časa za posodo tople vode potopljeno v ledeno vodo. Iz tabele in grafa razberemo, da je na začetku opazovanja spreminjanje temperature (hlajenje) hitro, kasneje pa počasnejše. Če primerjamo z ostalimi podatki o sistemu, ugotovimo, da je na začetku temperaturna razlika velika nato pa se manjša. Toplota se pretaka tako dolgo, dokler se temperaturi ne izenačita. Pretakanje toplote imenujemo toplotni tok.



16

Primerjanje in merjenje toplotnih tokov Za vsako merjenje je potrebno vpeljati relacijo enakosti in neenakosti. Za dve dolžini lahko rečemo, da sta enaki, če začetka in konca obeh merjencev sovpadata. Dve posodi imata enako prostornino, če lahko iz ene v drugo prelijemo tekočino in sta posodi v obeh primerih polni do roba. Trajanje dveh pojavov je enako, če se oba pojava začneta v istem trenutku in nehata v istem trenutku. Dve dolžini nista enaki, če sta začetka poravnana, konca pa ne. Tisti konec “ki sega čez” pripada daljšemu merjencu. Ko primerjamo prostornini dveh posod, ima večjo prostornino tista posoda, katere vsebina se pri prelivanju prelije preko roba. Pojav, ki se istočasno začne z nekim drugim pojavom, je daljši, če še traja, ko se primerjani pojav neha. Kadar merimo zares, se moramo dogovoriti še, s čem primerjamo. Težavneje je pri sestavljenih količinah oziroma količinah, ki se izražajo z razmerji. Za ponazoritev primerjajmo hitrosti dveh avtomobilčkov. Hitrost podaja dolžino premika, ki ga telo opravi v nekem času. Ali z definicijo v = premik/čas(potreben za premik). Dve hitrosti sta enaki, če se telesi premakneta za enaki razdalji v enakih časih. Kako izvesti primerjavo? Ker določata hitrost dve spremenljivki, moramo pri primerjavi eno od spremenljivk nadzorovati – biti mora za oba avtomobila stalna. Tako spremenljivko imenujemo kontrolna spremenljivka. Primerjajmo hitrosti dveh avtomobilčkov. Naj bo kontrolna spremenljivka »čas« enaka za oba – dogovorimo se, koliko časa se bosta avtomobilčka premikala. Primerjamo razdalji, ki jo prevozita avtomobilčka. Čim večjo razdaljo prevozi avtomobilček, tem večja je hitrost. Lahko pa kot kontrolno spremenljivko izberemo sprememnljivko »razdalja«. Razdalja je enaka za oba – dogovorimo se kolikšno razdaljo bosta prevozila avtomobilčka. Primerjamo časa, ki ga za to razdaljo potrebujeta. Čim daljši je čas, tem manjša je hitrost. Včasih imenujejo zvezo »čim večji, tem večji« premo sorazmerje ter zvezo »čim večji, tem manjši« obratno sorazmerje. Ta trditev v splošnem ni pravilna (pri hitrostih slučajno je). Premo sorazmerje v matematičnem smislu pomeni: 2-krat večja neodvisna sprememnljivka, 2-krat večja tudi odvisna spremenljivka. Opis »čim večji tem večji« je mnogo bolj splošen, saj velja vedno kadar se z večanje neodvisne spremenljivke povečuje tudi odvisna (in obratno). Podobno ravnamo pri primerjavi dveh toplotnih tokov. Ker velja: čim večja je sprememba temperature telesa, tem večjo toploto je telo prejelo, lahko namesto prejete toplote primerjamo razlike temperatur, ki jih je enostavno meriti. Iz grafa lahko ugotovimo, da so bile spremembe temperature v enakih časovnih obdobjih na začetku



17

opazovanja večje, kot kasneje. Prav tako lahko opazimo, da je čas, v katerem se je voda ohladila za eno stopinjo, na začetku opazovanja krajši, kot kasneje. Oboje vodi do enakega zaključka – toplotni tok je na začetku opazovanja večji in se nato zmanjšuje. Katera lastnosti merjenca se še spreminjajo – temperatura in temperaturna razlika med obema posodama. Graf temperaturne razlike pokaže enako časovno odvisnost, kot je časovna odvisnost toplotnega toka.

t[min,sek] T[°C] ∆T[ºC] T[°C]/ t[min] 0 40,0 1 29,0 11,0 11,0 2 23,6 5,4 5,4 3 20,0 3,6 3,6 4 17,5 2,5 2,5 5 15,6 1,9 1,9 6 13,6 2,0 2,0 8 11,6 2,0 1,0

Slika 10: Graf odvisnosti a) spremembe temperature v časovni enoti (rumena črta) od časa in b) razlike med temperaturo tople vode in ledene vode od časa (črna črta). Dodatne vaje so hlajenje oziroma gretje vode v prostoru. Prostor ima stalno temperaturo, ki pa ni enaka 0°C. Pojem razlike temperatur je še boljpomemben. Vendar so poskusi z ohlajanjem v prostoru nehvaležni, ker potekajo relativno dolgo (vsaj 10 minut), kar vpliva na koncentracijo otrok in organizacijo učne ure.

Vplivi na toplotni tok S pogovorom ugotavljamo izkušnje otrok v povezavi s hlajenjem in gretjem. Namenoma se izognemo razpravi o hlajenju in gretju ljudi. Pogovarjamo se samo o neživih predmetih. Navajm nekaj predlogov za vprašanja, ki ugotavljajo izkušnje učencev. Kaj morate narediti, da se voda segreje? Kakšne lastnosti mora imeti posoda, ki jo pri gretju uporabljate? Kaj morate narediti, da se čaj ne bo prehitro ohladil? Kakšne lastnosti mora imeti posoda, da se čaj čim kasneje ohladi?



18

Kaj morate narediti, da ohladite vodo? Kakšne lastnosti mora imeti posoda, da se voda čimprej ohladi? Kaj morate narediti, da se pijača poleti ne bo prehitro ogrela? Kakšne lastnosti mora imeti posoda, da se pijača čim kasneje ogreje? Kaj se bo zgodilo s sneženim možem, če ga oblečemo v topel plašč? Lahko ponovimo prejšnji poskus, le da v ledeno vodo potopimo kozarček iz stiroporja ali plastike. Uporabimo lahko kozarčke iz restavracij s hitro hrano. Biti moramo pozorni na kontrolno spremenljivko in sicer količino vode. Zaradi enostavnosti je bolje, da sta enaki tudi začetni temperaturi pri primerjanih poskusih. Ponovno merimo temperaturo, lahko jo vrišemo tudi v isti graf. Izkaže se, da so spremembe temperature v enakih časovnih intervalih v primerjavi s prejšnjim poskusom, manjše. Toplotni tok je torej manjši.

Slika 11: Graf odvisnosti temperature od časa za posodo tople vode potopljeno v ledeno vodo. Posoda je bila iz stiroporja. Za primerjavo je vrisana prejšnja meritev (spodnja črta). Na toplotni tok ne vpliva samo temperaturna razlika ampak tudi lastnosti materiala skozi katerega teče toplota. Lastnost imenujemo toplotna prevodnost. Kovine so dobri toplotni prevodniki. Izolatorji s slabi toplotni prevodniki. Toplota prevaja vsaka snov. Prevajanja toplote se ne da preprečiti.

Toplotna prevodnost Kako primerjamo in urejamo toplotne prevodnosti? Kot se moramo domisliti primerjalnega postopka za primerjanje prostornin, se moramo domisliti tudi primerjalnega postopka za primerjanje toplotne prevodnosti. Za primerjavo lahko služi toplotni tok, ki pa zahteva relativno zahtevno meritev. V skodelico z vročo vodo vtaknemo žlice iz različnim materialov. Opazujemo temperaturo koncev žlic. Lahko jo merimo ali samo tipamo. Čim kasneje se ogreje konec žlice, tem manjša je toplotna prevodnost. Ali tudi čim manj se ogreje konec žlice, tem manjša je toplotna prevodnost.



19

Kot senzor za pretakanje toplote lahko uporabimo tudi košček ledu. Ker je za taljenje potrebna toplota, je staljen košček ledu neke vrste senzor za pretočeno toploto. Ko je prejme dovolj, je staljen. Koščke ledu položimo na pladnje iz različnih materialov. Pladnji prejemajo toploto iz okolice (led jih je namreč ohladil) in jo oddajajo ledu, ker so toplejši od ledu. Slika 12: Taljenje ledu na predmetih iz materialov z različno toplotno prevodnostjo.

Velikost površin Ali na toplotni tok vpliva tudi velikost površin? Kako hitro se ohladi juha? Kako hitro se ohladi skodelica čaja? Korektno primerjavo lahko naredimo, če ponovimo poskus z merjenjem temperature vode potopljen v posodo z ledom. Enako količino vode nalijemo v posode različnih oblik iz enakih materialov. Poskus sam je težaven prav zaradi težavnosti iskanja posod s primernimi oblikami. Morda lahko pomagajo učitelji tehničnega pouka. Ohranjanje temperaturnih razlik Toplota teče skozi vsak material. Toplotnih tokov ne moremo preprečiti, lahko jih samo zmanjšujemo. Zato je v mnogih primerih potrebno nadomeščanje oddane toplote. Toplokrvna bitja živijo imaj vedno višjo temperaturo od okoliške. Pozimi stanovanja ogrevamo. Kuhanje oziroma predelava živil poteka pri višjih temperaturah od običajnih. Pogosto želimo vzdrževati tudi nižjo temperaturo. Zato uporabljamo hladilnik in klimatske naprave.

Grelci Osnovna naloga grelcev je dovajanje toplote materialom, ki morajo imeti višjo temperaturo od okoliške (pri kuhanju, sušenju perila, gretju stanovanj,...). Zato mora biti temperatura grelca višja od temperature ogrevanca. Višjo temperaturo običajno dosežemo z elektriko ali gorenjem, včasih tudi s svetlobnimi viri. Do sprememb temperatur brez gretja prihaja tudi pri mnogih drugih pojavih npr. trenju. Za vzdrževanje in ustvarjanje razlike potrebujemo energijo.

Hladilniki Včasih moramo vzdrževati nizko temperaturo. Tedaj moramo toploto iz prostora odvajati. To se lahko zgodi poleti v stanovanjih, kadar preprečujemo preveliko segrevanje računalnikov, pri zamrzovanju živil itd. Toplote telesu ne moremo odvajati drugače, kot da vzpostavimo toplotni stik z nečim hladnejšim. Snovi lahko ohladimo tudi z delom (z raztegovanjem plinov), vendar ta metoda ni uporabna za predmete. Zato v hladilniku kombiniramo oboje – črpalka razteguje plin, ohlajen plin je hladneši od hlajencev, zato od njih prejema toploto. Plin nato ponovno stisnemo, po stiskanju je toplejši, kot je bil pred raztezanjem, in med pretakanjem po hladilnih rebrih odda toploto.



20

Krog se lahko ponovi. Za vzdrževanje in ustvarjanje razlike potrebujemo energijo. Slika 13 – Model toplotne črpalke oziroma hladilnika.

Vzdrževanje temperaturnih razlik pri živih bitjih Toplokrvna živa bitja morajo vzdrževati svojo telesno temperaturo, da življenjski procesi potekajo nemoteno. Presnova je pravzaprav kemijski postopek, pri katerem se sprošča energija, potrebna za življenje. Energija je potrebna za gibanje, za pogon telesnih tekočin in za vzdrževanje telesne temperature. Zaradi presnovnih produktov morajo toplokrvne živali neprestano oddajati toploto, približno 100 J/s oziroma toliko toplote kot 100-vatna žarnica. Pri nizkih temperaturah bi se kaj kmalu zgodilo, da bi telo oddajalo preveč toplote in bi se začelo hladiti. Tedaj živali zebe. Zato imajo živali dlako in tolščo, ljudje pa obleko. Poleti so temperature višje. Lahko se zgodi, da so toplotni tokovi premajhni. Tedaj se nekoliko poviša človekova temperatura (vroče roke in koža), telo se dodatno začne znojiti. Enak učinek se pojavi, če je obleka pretopla. Tedaj je živalim vroče. Snovni in toplotni tokovi Toplotni tokovi tečejo običajno po nesklenjenih krogih. Za razliko od naboja in mase lahko energijo (notranjo energijo) “ustvarimo”. Mehansko ali kemijsko energijo lahko pretvorimo v notranjo, ki poviša temperaturo in povzroči toplotne tokove. Poskus – drgnjenje rok. Gnetenje svinca. Snovni tokovi lahko prenašajo še druge vrste energij. V centralni kurjavi se pretaka topla voda do radiatorjev, tam voda odda toploto v prostor, do grelca pa se vrača hladna. Čeprav je snovni krog zaprt, je toplotni krog odprt. Enako velja za tople in hladne morske tokove. S spremljavo vremenskih kart lahko ugotovimo pomembne vplive temperature morskih tokov na podnebje. Toplotni stroji Že pri snovnih in električnih tokovih smo ugotovili, da tokovi, ki tečejo, lahko opravljajo delo. Ali to velja tudi za toplotne tokove? Odgovor je: da. Take naprave, ki del pretočene toplote pretvorijo v mehansko delo (ali posledično električno) delo, imenujemo toplotni stroji. Vsem takim napravam je skupno eno: naprava mora imeti na dveh različnih delih različno temperaturo in to razliko je potrebno vzdrževati, za kar je potrebna energija. Na delu stroja z višjo temperaturo moramo stroju dovajati energijo v obliki toplote, na delu z nižjo temperaturo pa stroj oddaja toploto okolici. Učencem lahko repdstavimo nekaj preprostih zgledov. Učenci naj na »stroju« poiščejo toplejše in hladnejše mesto, ničin gretja in hlajenja ter način oddajanja mehanske energje – običajno so to gibanja stroja samega, ki jih na zgoraj opisani način vzdržujemo.



21

Papirnata kača Iz papirja izrežemo spiralo, notranji del spirale podpremo s šivanko, ki jo z ušesom zabodemo v plutovinast zamašek (podstavek). Če tako spiralo postavimo na topel radiator ali podržimo nad svečo, se začne kača vrteti (gibanje). Na spodnjem koncu se lovi v kačo topel zrak (topel del), pri prehodu skozi kačo se zrak haladi in je na vrhnjem koncu hladnješi.

Slika 14 Papirnata kača.

Žejna račka Žejna račka je igrača, ki glavo pomaka v kozarec z vodo, tako je videti, da pije. Ponovno lahko najdemo topel konec (rep) in hladen konec (glava, kjer voda izhlapeva). Delo predstavlja gibanje (nagibanje in pitje), ki preneha, ko vode zmanjka.

Slika 15 Žejna račka.

Gugalnica na svečko Na središču gugalnice je preko spiralne vzmeti pritrjena utež. Lega uteži spreminja težišče gugalnice ki ni več nad podporno osjo. Spiralno vzmet ogreva svečka, zaradi gretja pa se vzmet nekoliko raztegne, sprememni lego uteži in prevesi gugalnico. Vzmet se izakne z ognja in se ohladi in skrči, zato se utež vrne v prvotno lego, gugalnica pa se prav tako prevesi v prvotno lego. Vzmet se ponovno znajde nad svečko in zaporedje se ponovi. Igrača je zanimiva, ker lahko učence opozorimo, da je mesto, kjer »stroj« prejema toploto in je toplejše, isto, kot mesto, kjer stroj oddaja toplto in se hladi. Gibanje predstavlja delo tudi pri gugalnici.

Slika 16 Gugalnica s svečko.

Svetlobni mlinček V vakuumirani bučki so nameščene kovinske lopatice, ki so na eni strani počrnjene. Ko na lopatice pade svetloba, se mlinček začne vrteti. Toplo mesto je črni del lopatic. Naslonimo se na izkušnjo, da črna barva močno vpija svetlobo in z njo energijo. Hladno mesto je srebrn del lopatic. Delo vzdržuje gibanje mlinčka. Fizikalno ozadje mlinčka je prezahtevno za učence 6. razreda. Razlaga tioči namreč v mikroskopski sliki plinov. Molekule plina (preostanki molekul plina) imajo zaradi višje temperature ob črni strani večjo hitrost kot ob srebrni. Zato se pri trkih bolj odrivajo od lopatic. Razlag, da se odbija svetloba in odriva lopatice podobno kot vodni curek, je napačna.

Slika 17 Svetlobni mlinček. Priporočena literatura



22

Učni načrti: Naravoslovje za 6. razred, http://www.mszs.si/slo/ministrstvo/organi/solstvo/viprogrami/os/9letna/ucni_nacrti/pdf/nar6.pdf Spoznavanje okolja za 1., 2. in 3. razred, http://www.mszs.si/slo/ministrstvo/organi/solstvo/viprogrami/os/9letna/ucni_nacrti/pdf/so.pdf Naravoslovje in tehnika za 4. in 5. razred, http://www.mszs.si/slo/ministrstvo/organi/solstvo/viprogrami/os/9letna/ucni_nacrti/pdf/N&T.pdf GLAŽAR, Saša A., KRALJ, Metka, SLAVINEC, Mitja. Spoznavajmo naravo 5. 1. izd. Ljubljana: DZS, 2001. 149 str., ilustr. GLAŽAR, Saša A., KRALJ, Metka, SLAVINEC, Mitja, HERLEC, Uroš. Spoznavajmo naravo 5, Delovni zvezek. 1. izd. Ljubljana: DZS, 2001. 74 str., ilustr. WALPOLE, Brenda, FERBAR, Janez. Zrak, (Zbirka Moji prvi koraki, Serija Veselje z znanostjo). Murska Sobota: Pomurska založba, 1990. 39 str., barvne ilustr. Slike sta posnela Goran Iskrić in Gregor Tarman. Ideje za nekatere poskuse je prispevala Nada Razpet.

Documents

Modul 3: Toplotni tokovi – didakti na obravnavaM. Čepič, Modul 3: Toplotni tokovi – didaktika Gradivo za fizikalni del doizobraževanja iz naravoslovja, izvedba v šolskem letu