przegląd
w tej 30-minutowej aktywności towarzyszącej temperaturze topnienia, zespoły dzieci w wieku od 8 do 13 lat eksperymentują, aby znaleźć punkty topnienia i zamarzania wody i lodu.
o co chodzi?
- woda może istnieć w różnych stanach; lód jest stałym stanem wody.
- właściwości fizyczne są cechami substancji. Nie zmieniają się. Właściwości fizyczne obejmują kolor, zapach, temperaturę zamarzania/topnienia i gęstość.,
- temperatura zamarzania wody jest taka sama jak temperatura topnienia lodu: 32 ° F (0°C).,rials
dla każdego dziecka
- jego/jej dziennik badacza lodu
- jego/jej koperta ruchomych elementów
- ołówek lub długopis
dla każdej grupy od czterech do sześciu dzieci:
- 1 termometr, który jest łatwy do odczytania, najlepiej w Celsjuszu i Fahrenheicie, i który jest bezpieczny dla dzieci
- 1 (7-uncja) kubek lub większy plastikowy pojemnik
- 1 (8-uncja) przezroczysty plastikowy kubek
- wystarczająca folia, aby pokryć górę — ale nie boki — kubka
- ~5 kubków kostek lodu (nie kruszony lód) (upewnij się, że kostki lodu są luźne i nie sklejone.,
- 1 filiżanka kruszonego lodu
- ~2 filiżanki soli kamiennej (takiej, jakiej używa się do robienia lodów)
- 1 zegar, stoper, zegarek lub zegar z drugiej ręki
- Ręczniki papierowe
dla prowadzącego:
- stały marker
- 2 zestawy aktywności do wykorzystania w celach demonstracyjnych (jeden będzie identyczny z będzie zawierać wszystkie kroki, ale sól zostanie pominięta.)
- Informacje ogólne
przygotowanie
- Sprawdź Termometry, aby upewnić się, że działają.,
- przygotuj konfiguracje aktywności, których użyjesz do demonstracji podczas aktywności.
aktywność
1. Przedstaw działanie, omawiając temperatury zamarzania wody i temperatury topnienia lodu.
- w jakiej temperaturze zamarza woda? 32°F (0°C). Zapytaj ich o ich doświadczenia z lodem. Gdzie go znaleźli? W ich zamrażarkach. Jak zimna jest zamrażarka? Czy kiedykolwiek obserwowali zamarzanie lodu na zewnątrz? Jaka była temperatura? Dzieci mogą nie znać odpowiedzi numerycznej, ale odkryją ją w ćwiczeniu., Wyjaśnij dzieciom, że nazywa się to” punktem zamarzania ” wody.
poproś dzieci o przewidywanie temperatury topnienia lodu.
- w jakiej temperaturze topnieje lód? Znowu, dzieci mogą lub nie wiedzą. Zaproś dzieci do zastanowienia się nad swoimi doświadczeniami. Czy lód roztopi się w gorący letni dzień na słońcu? Jaka może być ta ciepła temperatura Na Zewnątrz? Czy roztopi się w pokoju, w którym są w tej chwili dzieci? Prawdopodobnie (miejmy nadzieję!). Jaka jest temperatura w pomieszczeniu?,
Woda słodka przechodzi między Stanami stałymi i ciekłymi w temperaturze 32 ° F (0°C) na poziomie morza. W temperaturze poniżej 32°F (0°C), ciekła woda zamarza; 32°F (0°C) jest punktem zamarzania wody. W temperaturach powyżej 32°F (0°C), czysta woda lodu topi się i zmienia stan z ciała stałego do cieczy (woda); 32°F (0°C) jest temperatura topnienia. W przypadku większości substancji temperatura topnienia i zamarzania jest zbliżona do tej samej temperatury.,podziel się z dziećmi, że mają zamiar podjąć pewne eksperymenty w celu określenia temperatury zamarzania wody i temperatury topnienia lodu. Czy mogą wymyślić jakieś pomysły na eksperyment, aby znaleźć te informacje?
2. Dziel dzieci na grupy od czterech do sześciu osób i dostarczaj im dzienniki z lodem, kubki z kruszonym lodem, Termometry, ołówki lub długopisy i ręczniki papierowe.
3. Poproś ich, aby umieścić termometr tak, że żarówka siedzi w środku kubka lodu, w kierunku dna., Ważne jest, aby termometr nie dotykał boków ani dna kubka i aby lód był szczelnie zapakowany w kubek.
Po kilkuminutowym zanurzeniu termometru w lodzie dzieci mogą spróbować uzyskać temperaturę lodu. Odczyty, które zbierają, mogą być bliskie 32 ° F (0°C), ale mogą się różnić z kilku powodów. Cieplejsze powietrze w pomieszczeniu może krążyć w kieszeniach powietrznych między kawałkami kruszonego lodu, powodując, że ich odczyty są cieplejsze., Cieplejsze odczyty mogą również wynikać z tego, że termometr miał kontakt z bokami lub spodem kubka, lub nie był wystarczająco głęboko zakopany w lodzie, lub dzieci mogły trzymać go z lodu zbyt długo przed odczytaniem. Chłodniejsze odczyty mogą wystąpić, ponieważ standardowe Zamrażarki domowe są zazwyczaj przechowywane w temperaturze około 0 ° F (-18°C), a lód również będzie tak zimny. Ponadto niektóre Termometry odczytują inaczej.
Przypomnij im, że 32 ° Fahrenheita to ta sama temperatura co 0° Celsjusza. Są to tylko dwie nazwy dla tej samej temperatury w różnych skalach temperatury., Naukowcy używają skali Celsjusza.
4. Pozostawić lód do stopienia przez 5 do 10 minut. Niech dzieci zbierają odczyt temperatury, gdy jest wystarczająco dużo wody, aby zanurzyć termometr w wodzie.
5. Zaproś każdy zespół do dzielenia się odczytami temperatury z wody.
- jakie odczyty znaleźli? Odczyty powinny być blisko 32 ° F (0°C).
- czy wszystkie były podobne? Co to mówi nam o temperaturze topnienia lodu — lub temperaturze topnienia lodu? 32°F (0°C).,
podziel się z dziećmi, że temperatura topnienia lodu nazywana jest temperaturą topnienia. Temperatura topnienia to temperatura, w której ciało stałe zamienia się w ciecz. Temperatura topnienia, w której lód-ciało stałe-zamienia się w wodę-ciecz-wynosi 32 ° F (0°C). Zaproś dzieci do zapisania swoich odpowiedzi w dziennikach Ice Investigator.
6. Jeśli jest czas, pozostawić lód do stopienia przez kolejne 5 do 10 minut.
- jaka będzie temperatura u dzieci? Niektóre dzieci mogą mówić, że temperatura będzie cieplejsza, ponieważ więcej lodu stopi się.,
7. Niech dzieci ponownie odczytają temperaturę.
- co znajdują? Temperatura nadal jest taka sama jak w oryginale, około 32°F (0°C). Temperatura pozostanie na poziomie 32°F (0 ° C), dopóki cały lód nie stopi się. Gdy lód się stopi, temperatura wody się nagrzeje, aż osiągnie temperaturę pomieszczenia
Uwaga Organizatora: wbrew naszym instynktom temperatura wody stopionej Nie wzrośnie, dopóki lód jest obecny., Ciepły pokój nadal dodaje energii do kubka, ale cała ta energia nadal idzie do topienia lodu zamiast podnoszenia temperatury. Gdy lód się stopi, energia ta może zacząć zwiększać temperaturę wody.- zapytaj dzieci, jak mogą ponownie zamrozić roztopioną wodę bez wkładania kubka z powrotem do zamrażarki.
- czy jest coś, co mogą zrobić, w oparciu o to, czego nauczyli się w aktywności temperatury topnienia?
- czy wszystkie substancje mają tę samą temperaturę topnienia?,
8. Dostarcz dzieciom większy pojemnik, kostki lodu, folię i sól. Zademonstruj różne etapy eksperymentu i poproś dzieci, aby powtórzyły to, co robisz.
całe dno dużego pojemnika przykryj 1/3 kostek lodu.
przykryj górną część kubka, która zawiera kruszony lód i wodę z poprzednich eksperymentów folią. Umieść go na środku pojemnika na lodzie.,
połowę soli posypać kostkami lodu. Utwórz kolejną warstwę lodu nad solą za pomocą 1/3 kostek lodu. Posypać tę warstwę resztą soli. Przykryć pozostałą 1/3 kostek lodu. Upewnij się, że górna część kubka z kruszonym lodem znajduje się nieco ponad warstwami lodu i soli.
wyjmij folię z kubka, umieść pokrywę na pojemniku i pozostaw eksperyment na około 10 minut.
9. Jako facylitator powtórz eksperymentalny projekt dla jednego dodatkowego pojemnika, ale pomiń sól., Ten pojemnik pomieści tylko kostki lodu i kubek kruszonego lodu i stopi się. Podziel się tym, co robisz z dziećmi.
10. Zaproś dzieci do przewidzenia, co się stanie z kubkami kruszonego lodu, które znajdują się w pojemnikach z solą i lodem.
- czy kruszony lód nadal topnieje?
- czy przestanie się topić?
- zamarznie?
- co stanie się z kubkiem kruszonego lodu w dużym pojemniku, który nie ma soli?
Uwaga: dodanie soli obniża temperaturę topnienia wody.,
czysta woda i lód, odizolowane od ciepłego świata zewnętrznego, z czasem stają się równowagą. Na poziomie molekularnym cząsteczki wody zamarzają na lodzie w takim samym tempie, w jakim się z niego topią. Cały roztwór wody / lodu znajduje się w temperaturze topnienia/zamarzania, 32°F (0°C). Dodanie soli kamiennej-lub jakiejkolwiek substancji rozpuszczającej się w wodzie — zakłóca tę równowagę. Mniej cząsteczek wody wchodzi w interakcję z lodem w danym momencie, więc szybkość zamarzania jest spowolniona., Sól nie ma wpływu na szybkość topnienia, więc występuje więcej topnienia niż Zamrażanie-topienie „wygrywa” — a lód topnieje. W ten sposób energia cieplna jest wykorzystywana do zerwania wiązań wodorowych, które utrzymują cząsteczki w lodzie razem. Innymi słowy, lód „zużywa” trochę ciepła z roztworu i temperatura spada. Topnienie i zamrażanie ponownie dopasować stawki („tie”), gdy temperatura spadła do nowej temperatury topnienia.
im większa ilość soli, tym niższa temperatura zamarzania (do pewnego punktu; gdy jest wystarczająca ilość soli, która już się nie rozpuści, temperatura zamarzania nie maleje)., Woda oceaniczna stanowi około 3,5% soli; woda morska zamarza w temperaturze około 28°F (-2°C). 10% roztwór soli zamarza w temperaturze około 20°F (-6 ° C), a 20% roztwór zamarza w temperaturze 2°F (-16°C).
Jeśli już ukończyłeś aktywność towarzyszącą, temperaturę topnienia, przypomnij im o swoich doświadczeniach z solą na kostkach lodu.
11. Po 5 do 10 minutach sprawdź, czy przewidywania były poprawne! Zauważ, że eksperyment powinien zostać przerwany, gdy część wody zamarznie, a nie wszystkie., Niech dzieci odkryją swoje pojemniki i wyciągną z miski kubek kruszonego lodu.
- co dzieci zauważają o wodzie, która znajdowała się na dnie kubka z kruszonym lodem? Część z nich zamarzła (znowu).
- co znajdują? Temperatura wody wynosi 32 ° F (0°C).
- Jeśli część wody zamarzła, co to oznacza, że temperatura zamarzania wody jest? 32°F (0°C).
12. Podziel się wynikami z pojemnika z lodem bez soli.,
- co dzieci zauważają o wodzie na dnie kubka z kruszonym lodem? Nie jest zamrożony. Więcej mogło się stopić.
- dlaczego stopiony lód w mieszankach lodu/soli nie zamarzł, a stopiony lód w drugim pojemniku nie? Ponieważ temperatura mieszaniny lodu i soli była wystarczająco zimna, aby ponownie zamrozić wodę.
13. Poproś ich, aby znaleźli temperaturę mieszaniny lodu i soli za pomocą jednego z ich termometrów. W tym samym czasie, niech ponownie wezmą temperaturę kruszonego lodu.
- co znajdują?, Temperatura mieszaniny lodu i soli jest niższa niż 32°F (0°C); może być tak niska, jak 0°F (-18 ° C). Uwaga: temperatura będzie się różnić w zależności od tego, ile soli jest zużyta, jak dobrze sól się rozpuszcza i temperatura zamrażarki.
niech dzieci będą dalej notować swoje odkrycia w swoich dziennikach Ice.
14. Omów ich eksperymentalne odkrycia.
- w jakiej temperaturze świeża woda zamienia się w lód? 32°F (0°C). Podziel, że temperatura, w której słodka woda zamarza, nazywana jest punktem zamarzania., Temperatura zamarzania to temperatura, w której ciecz zamienia się w ciało stałe. Temperatura zamarzania, w której woda-ciecz-zamienia się w lód — ciało stałe, wynosi 32°F (0°C).
- na podstawie ich eksperymentów topienia kruszonego lodu, w jakiej temperaturze topi się lód, aby wytworzyć wodę – jaka jest temperatura topnienia lodu? 32°F (0°C).
- w jaki sposób temperatury topnienia i zamarzania mogą być takie same? Temperatura topnienia i temperatura zamarzania są takie same dla każdej konkretnej substancji: 32 ° F (0°C) dla wody., Temperatura ta jest określana jako temperatura topnienia, gdy temperatura wzrośnie powyżej 32 ° F (0°C), powodując topnienie lodu i zmianę stanu z ciała stałego na ciecz (wodę), jak to miało miejsce w przypadku kubka kruszonego lodu w temperaturze pokojowej. Jest on określany jako temperatura zamarzania, gdy temperatury spadają poniżej 32 ° F (0°C), powodując zmianę stanu wody z cieczy w ciało stałe (lód), jak to miało miejsce w przypadku kubka kruszonego lodu zanurzonego w bardzo zimnej mieszaniny soli i lodu.
- dlaczego mieszanina lodu i soli jest zimniejsza? Sól obniża temperaturę zamarzania wody., Słona woda pozostaje płynna w niższych temperaturach – lub zamarza w zimniejszej temperaturze-niż słodka woda.
Jeśli dzieci zaczęły konstruować śnieżny telefon komórkowy, zaproś je, aby nagrały wszystkie odpowiedzi, które odkryły na odpowiednich kawałkach. Niektóre z pytań, na które mogą odpowiedzieć, mogą obejmować:
niech opisują nowe pytania lub ciekawe rzeczy, których nauczyli się na odpowiednich kształtach kropli deszczu, chmury lub płatka śniegu.