Übersicht
In dieser 30-minütigen Begleitaktivität zum Schmelzpunkt experimentieren Teams von Kindern im Alter von 8 bis 13 Jahren, um die Schmelz-und Gefrierpunkte von Wasser und Eis zu finden.
Was ist der Punkt?
- Wasser kann in verschiedenen Zuständen existieren; Eis ist der feste Zustand von Wasser.
- Physikalische Eigenschaften sind Eigenschaften eines Stoffes. Sie ändern sich nicht. Physikalische Eigenschaften umfassen Farbe, Geruch, Gefrier – /Schmelzpunkt und Dichte.,
- Der Gefrierpunkt von Wasser ist der gleiche wie der Schmelzpunkt von Eis: 32°F (0°C).,rials
Für jedes Kind
- Sein/ihr Ice Investigator Journal
- Sein/ihr Umschlag mit mobilen Stücken
- Bleistift oder Stift
Für jede Gruppe von vier bis sechs Kindern:
- 1 Thermometer, das leicht zu lesen ist, vorzugsweise in Celsius und Fahrenheit, und das ist sicher für Kinder
- 1 (7-Unzen) Tasse oder größer kunststoffbehälter
- 1 (8 Unzen) klarer Plastikbecher
- Genug Folie, um die Oberseite-aber nicht die Seiten — der Tasse zu bedecken
- ~5 Tassen Eiswürfel (nicht zerstoßenes Eis) (Stellen Sie sicher, dass die Eiswürfel locker sind und nicht zusammenkleben.,)
- 1 tasse crushed ice
- ~2 tassen steinsalz (die art verwendet, um eis zu machen)
- 1 timer, stoppuhr, uhr, oder uhr mit einem zweiten hand
- Papier Handtücher
Für die moderator:
- EINE permanent marker
- 2 aktivität set-ups zu verwenden für demonstration zwecke (Eine wird identisch sein zu die kinder, die andere wird wird alle Schritte enthalten, aber Salz wird weggelassen.)
- Hintergrundinformationen
Vorbereitung
- Überprüfen Sie die Thermometer, um sicherzustellen, dass sie funktionieren.,
- Bereiten Sie die Aktivitätseinstellungen vor, die Sie während der Aktivität zur Demonstration verwenden.
Aktivität
1. Führen Sie die Aktivität ein, indem Sie die Gefriertemperaturen von Wasser und die Schmelztemperaturen von Eis diskutieren.
- Bei welcher Temperatur gefriert Wasser? 32°F (0°C). Fragen Sie sie nach ihren Erfahrungen mit Eis. Wo finden Sie es? In Ihren Gefriergeräten. Wie kalt ist der Gefrierschrank? Haben sie jemals Eisgefrieren draußen beobachtet? Was war die Temperatur? Die Kinder kennen die numerische Antwort möglicherweise nicht, aber sie werden sie in der Aktivität entdecken., Erklären Sie den Kindern, dass dies der „Gefrierpunkt“ von Wasser genannt wird.
Bitten Sie die Kinder, Vorhersagen über den Schmelzpunkt von Eis zu treffen.
- Bei welcher Temperatur schmilzt das Eis ihrer Meinung nach? Auch hier können die Kinder es wissen oder nicht. Laden Sie die Kinder ein, über ihre Erfahrungen nachzudenken. Würde Eis an einem heißen Sommertag draußen in der Sonne schmelzen? Was könnte diese warme Außentemperatur sein? Würde es in dem Raum schmelzen, in dem sich die Kinder gerade befinden? Wahrscheinlich (hoffentlich!). Was ist die Temperatur des Raumes?,
Hinweis des Moderators: Temperaturänderungen können dazu führen, dass sich der Zustand des Wassers ändert, und diese Änderungen treten bei bestimmten Temperaturen auf. Süßwasserübergänge zwischen festem und flüssigem Zustand bei 0°C auf Meereshöhe. Bei Temperaturen unter 0°C gefriert flüssiges Wasser; 0°C ist der Gefrierpunkt von Wasser. Bei Temperaturen über 0°C schmilzt reines Wassereis und ändert seinen Zustand von einem Feststoff in eine Flüssigkeit (Wasser); 32°F (0°C) ist der Schmelzpunkt. Für die meisten Substanzen sind die Schmelz-und Gefrierpunkte ungefähr gleich Temperatur.,Teilen Sie mit den Kindern, dass sie im Begriff sind, einige Experimente durchzuführen, um den Gefrierpunkt von Wasser und den Schmelzpunkt von Eis zu bestimmen. Können sie sich ein paar Ideen für ein Experiment einfallen lassen, um diese Informationen zu finden?
2. Teilen Sie die Kinder in vier-bis Sechsergruppen auf und versorgen Sie sie mit ihren Eiszeitschriften, den Tassen mit zerstoßenem Eis, Thermometern, Bleistiften oder Stiften sowie Papiertüchern.
3. Fordern Sie sie auf, das Thermometer so zu platzieren, dass die Glühbirne in der Mitte der Tasse Eis sitzt, nach unten., Es ist wichtig, dass das Thermometer die Seiten oder den Boden der Tasse nicht berührt und das Eis fest in der Tasse verpackt ist.
Laden Sie die Kinder ein, ihre Vorhersagen in ihren Ice Investigator Journals festzuhalten.
Nachdem das Thermometer einige Minuten im Eis gelegen hat, können die Kinder versuchen, eine Temperatur ihres Eises zu erreichen. Die Messwerte, die sie sammeln, können nahe bei 0°C liegen, können jedoch aus mehreren Gründen variieren. Die wärmere Luft im Raum kann in den Lufttaschen zwischen den zerstoßenen Eisstücken zirkulieren, wodurch ihre Messwerte wärmer werden., Wärmere Messwerte können auch auftreten, weil das Thermometer mit den Seiten oder dem Boden der Tasse in Kontakt stand oder nicht tief genug im Eis vergraben war oder die Kinder es möglicherweise zu lange aus dem Eis gehalten haben, bevor sie es gelesen haben. Kältere Werte können auftreten, da Standard-Haushaltsgefriergeräte im Allgemeinen bei etwa 0°F (-18°C) gehalten werden und das Eis auch so kalt ist. Außerdem lesen einige Thermometer anders.
Erinnern sie sie daran, dass 32° Fahrenheit ist die gleiche temperatur wie 0° Celsius. Sie sind nur zwei Namen für die gleiche Temperatur auf verschiedenen Temperaturskalen., Wissenschaftler verwenden die Celsius-Skala.
4. Lassen Sie das Eis 5 bis 10 Minuten schmelzen. Lassen Sie die Kinder eine Temperaturmessung durchführen, sobald genügend Wasser vorhanden ist, um die Thermometerkolben in das Wasser einzutauchen.
5. Laden Sie jedes Team ein, die Temperaturwerte aus dem Wasser mitzuteilen.
- Welche Messwerte haben sie gefunden? Die Messwerte sollten ziemlich nahe bei 0°C liegen.
- Waren sie alle ähnlich? Was sagt uns das über die Temperatur aus, bei der Eis schmilzt — oder über den Schmelzpunkt von Eis? 32°F (0°C).,
Teilen Sie mit den Kindern, dass die Temperatur, bei der Eis schmilzt, als Schmelzpunkt bezeichnet wird. Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein Feststoff zu einer Flüssigkeit wird. Der Schmelzpunkt, an dem Eis-ein Feststoff — zu Wasser-einer Flüssigkeit-wird, beträgt 0°C. Bitten Sie die Kinder, ihre Antworten in ihren Ice Investigator Journals aufzuzeichnen.
6. Wenn Zeit ist, lassen Sie das Eis weitere 5 bis 10 Minuten schmelzen.
- Was denken die Kinder über die Temperatur? Einige der Kinder können sagen, dass die Temperatur wärmer wird, wenn mehr Eis geschmolzen ist.,
7. Lassen Sie die Kinder eine weitere Temperaturmessung durchführen.
- Was finden Sie? Die temperatur ist immer noch die gleiche wie die original lesen, über 32°F (0°C). Die Temperatur bleibt bei 0°C, bis das gesamte Eis geschmolzen ist. Sobald das Eis geschmolzen ist, erwärmt sich die Temperatur des Wassers, bis es die Raumtemperatur erreicht
Hinweis des Moderators: Entgegen unserem Instinkt steigt die Temperatur des Schmelzwassers nicht an, solange Eis vorhanden ist., Der warme Raum fügt der Tasse weiterhin Energie hinzu, aber all diese Energie fließt weiterhin in das Schmelzen des Eises, anstatt die Temperatur zu erhöhen. Sobald das gesamte Eis geschmolzen ist, kann diese Energie beginnen, die Wassertemperatur zu erhöhen.- Fragen Sie die Kinder, wie sie das geschmolzene Wasser wieder einfrieren können, ohne den Becher wieder in den Gefrierschrank zu stellen.
- Gibt es etwas, was sie tun können, basierend auf dem, was sie in der Schmelzpunktaktivität gelernt haben?
- Haben alle Stoffe den gleichen Schmelzpunkt?,
Laden Sie die Kinder ein, ihre Antworten in ihren Ice Investigator Journals aufzuzeichnen.
8. Versorgen Sie die Kinder mit dem größeren Behälter, Eiswürfeln, Folie und Salz. Demonstrieren Sie die verschiedenen Schritte des Experiments und lassen Sie die Kinder wiederholen, was Sie tun.
Bedecken Sie den gesamten Boden des großen Behälters mit 1/3 der Eiswürfel.
Bedecken Sie die Oberseite des Bechers, der zerstoßenes Eis und Wasser aus den vorherigen Experimenten enthält, mit Folie. Legen Sie es in die Mitte des Behälters auf das Eis.,
Die Hälfte des Salzes über die Eiswürfel streuen. Erstellen Sie eine weitere Eisschicht über dem Salz mit 1/3 der Eiswürfel. Streuen Sie diese Schicht mit dem Rest des Salzes. Bedecke es mit dem restlichen 1/3 der Eiswürfel. Stellen Sie sicher, dass sich die Oberseite der Tasse mit zerstoßenem Eis etwas über den Eis-und Salzschichten befindet.
Entfernen Sie die Folie aus der Tasse, legen Sie den Deckel auf den Behälter und lassen Sie das Experiment etwa 10 Minuten ungestört sitzen.
9. Wiederholen Sie als Moderator das experimentelle Design für einen zusätzlichen Behälter, lassen Sie jedoch das Salz weg., Dieser Behälter hält nur Eiswürfel und die Tasse Crushed Ice und schmilzt. Teilen Sie mit, was Sie mit den Kindern tun.
10. Bitten Sie die Kinder, vorherzusagen, was mit den Tassen Crushed Ice in den Behältern mit Salz und Eis passieren wird.
- Schmilzt das zerkleinerte Eis weiter?
- Wird es aufhören zu schmelzen?
- Wird es einfrieren?
- Was passiert mit der Tasse Crushed Ice in dem großen Behälter, der kein Salz enthält?
Moderator ‚ s Note: Hinzufügen von Salz senkt den Schmelzpunkt von Wasser.,
Reines Wasser und Eis, isoliert von der warmen Außenwelt, kommen mit der Zeit ins Gleichgewicht. Auf molekularer Ebene gefrieren Wassermoleküle mit der gleichen Geschwindigkeit auf das Eis, wie sie davon abschmelzen. Die gesamte Wasser / Eis-Lösung befindet sich am Schmelz – /Gefrierpunkt, 32°F (0°C). Die Zugabe von Steinsalz — oder einer Substanz, die sich in Wasser auflöst-stört dieses Gleichgewicht. Zu einem bestimmten Zeitpunkt interagieren weniger Wassermoleküle mit dem Eis, sodass die Gefrierrate verlangsamt wird., Das Salz hat keinen Einfluss auf die Schmelzrate, so dass mehr Schmelzen als Einfrieren auftritt — Schmelzen „gewinnt“ — und das Eis schmilzt. Dabei wird Wärmeenergie verwendet, um die Wasserstoffbrücken zu brechen, die die Moleküle im Eis zusammenhalten. Mit anderen Worten, das Eis „verbraucht“ etwas Wärme aus der Lösung und die Temperatur sinkt. Schmelzen und Einfrieren stimmen wieder mit den Raten überein („tie“), sobald die Temperatur auf den neuen Schmelzpunkt gesunken ist.
Je größer die Salzmenge ist, desto niedriger ist der Gefrierpunkt (bis zu einem Punkt; Sobald genügend Salz vorhanden ist, das sich nicht mehr auflöst, nimmt der Gefrierpunkt nicht mehr ab)., Meerwasser ist etwa 3,5% Salz; Meerwasser gefriert bei etwa 28°F (-2°C). Eine 10% ige Salzlösung gefriert bei etwa 20°F (-6°C) und eine 20% ige Lösung gefriert bei 2°F (-16°C).
Fordern Sie die Kinder auf, ein Brainstorming durchzuführen, warum sie denken, dass ihre Vorhersagen korrekt sind.Wenn Sie bereits die Begleit-Aktivität abgeschlossen haben, Der Schmelzpunkt, erinnern sie an ihre Erfahrungen mit dem Salz auf den Eiswürfeln.
11. Überprüfen Sie nach 5 bis 10 Minuten, ob die Vorhersagen korrekt waren! Beachten Sie, dass das Experiment gestoppt werden sollte, wenn ein Teil des Wassers wieder aufgetaut ist, nicht alle., Lassen Sie die Kinder ihre Behälter aufdecken und heben Sie die Tasse Crushed Ice aus der Schüssel.
- Was beobachten die Kinder an dem Wasser, das sich im Boden ihrer Tasse Crushed Ice befand? Ein Teil davon ist (wieder) eingefroren.
Lassen Sie die Kinder eine weitere Temperaturmessung des verbleibenden Wassers vornehmen.
- Was finden Sie? Die Wassertemperatur beträgt 0°C.
- Wenn ein Teil des Wassers gefroren ist, was bedeutet das, dass der Gefrierpunkt von Wasser ist? 32°F (0°C).
12. Teilen Sie die Ergebnisse aus dem Eisbehälter ohne Salz.,
- Was beobachten die Kinder über das Wasser im Boden der Tasse Crushed Ice? Es ist nicht gefroren. Mehr mögen geschmolzen sein.
- Warum ist geschmolzenes Eis in den Eis-Salz-Gemischen wieder aufgetaucht und das geschmolzene Eis im anderen Behälter nicht? Weil die Temperatur der Eis / Salz-Mischung kalt genug war, um das Wasser wieder aufzufrischen.
13. Bitten Sie sie, die Temperatur der Eis-Salz-Mischung mit einem ihrer Thermometer zu ermitteln. Lassen Sie sie gleichzeitig die Temperatur des zerkleinerten Eises erneut messen.
- Was finden Sie?, Die Temperatur des Eis / Salz-Gemisches ist niedriger als 0°C (32°F); es kann so niedrig wie 0°F (-18°C) sein. Beachten Sie, dass die Temperatur variiert, je nachdem, wie viel Salz verwendet wird, wie gut sich das Salz auflöst und wie hoch die Temperatur Ihres Gefrierschranks ist.
Lassen Sie die Kinder weiterhin Notizen über ihre Ergebnisse in ihren Ice Investigator Zeitschriften machen.
14. Diskutieren Sie ihre experimentellen Ergebnisse.
- Bei welcher Temperatur wird Süßwasser zu Eis? 32°F (0°C). Teilen Sie mit, dass die Temperatur, bei der Süßwasser gefriert, als Gefrierpunkt bezeichnet wird., Der Gefrierpunkt ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit zu einem Feststoff wird. Der Gefrierpunkt, an dem Wasser-eine Flüssigkeit-zu Eis wird-ein Feststoff-ist 32°F (0°C).
- Basierend auf ihren Experimenten Schmelzen Sie das zerkleinerte Eis, bei welcher Temperatur schmilzt Eis, um Wasser zu machen-was ist der Schmelzpunkt von Eis? 32°F (0°C).
- Wie können die Schmelz – und Gefriertemperaturen gleich sein? Der Schmelzpunkt und der Gefrierpunkt sind die gleiche Temperatur für eine bestimmte Substanz: 32°F (0°C) für Wasser., Diese Temperatur wird als Schmelzpunkt bezeichnet, wenn die Temperaturen über 0°C ansteigen, wodurch Eis schmilzt und seinen Zustand von einem Feststoff in eine Flüssigkeit (Wasser) ändert, wie dies bei der Tasse Crushed Ice bei Raumtemperatur der Fall war. Es wird als Gefrierpunkt bezeichnet, wenn die Temperaturen unter 0°C sinken, was dazu führt, dass Wasser seinen Zustand von einer Flüssigkeit in einen festen (Eis) ändert, wie dies bei der Tasse Crushed Ice der Fall war, die in das sehr kalte Salz/Eis-Gemisch eingetaucht war.
- Warum ist die Eis-Salz-Mischung kälter? Salz senkt den Gefrierpunkt von Wasser., Salzwasser bleibt bei niedrigeren Temperaturen flüssig-oder gefriert bei kälterer Temperatur-als Süßwasser.
Schlussfolgerung
Wenn die Kinder begonnen haben, ein Schneemobil zu bauen, bitten Sie sie, alle Antworten, die sie entdeckt haben, auf den entsprechenden Stücken aufzuzeichnen. Einige der Fragen, die sie beantworten können, können sein:
Lassen Sie sie alle neuen Fragen oder interessanten Dinge, die sie gelernt haben, mit den entsprechenden Formen von Regentropfen, Wolken oder Schneeflocken kommentieren.