A gyertyakísérlet - PRIMAS - Németország
A gyertyakísérlet
A gyertyaemelés a szokásos tudományos kísérlet része az óvodától az általános iskolán át a középiskoláig. A kilencedik osztály tanulói számára a tényleges próbálkozás nélkül is azonnal rendelkezésre áll a magyarázat: "A gyertyának szüksége van oxigénre - a pohárban a légnyomás csökken - a víz emelkedik" (lásd az oktatófilmet). A további kérdésre: "Mikor emelkedik a víz a pohárban?" a hallgató válasza egyértelmű: "Amíg a gyertya ég". Az ezt követő kísérletben (videokamerával) azonban egyértelműen kiderül, hogy az emelkedés csak a gyertyalánggal kezdődik. Az oxigénfogyasztás ezért magyarázatként kizárható.
A tanulók számára ez igazán érdekessé válik: "Mi a helyes magyarázat most?" Az osztály azonnal megfogalmaz számos sejtést, és további kísérleteket javasol. A jelenség részletes tanulmányozásához az osztály csoportokra oszlik.
Videó a leckéről (45 percből 8):
A kutatási ciklus felhasználása:
Strukturált megközelítéshez a csoportmunkában, nyílt kísérleti feladattal célszerű orientálódni a kutatási ciklus felé. A ciklus bármely nyitott kísérleti kérdéshez felhasználható. A tanulók kénytelenek a csoportban világosan megfogalmazni gyakran zavaros hipotéziseiket, megvitatni és pontosan megtervezni a megfelelő kísérleteket, mielőtt azokat elvégzik. A ciklus felépítése feladatlap segítségével adható meg a hallgatóknak. Az áramkör támogató struktúrát jelent azoknak a hallgatóknak, akik még nem ismerik a nyílt kísérleti feladatokat. A tapasztalt osztályok magabiztosan megtehetik a kislépcsős módszertani útmutatást.
Kutatási ciklus tudományos kísérletekhez.
Anyagok a hallgatók számára a jelenség kutatásához:
Só, cukor, jeges tea, mágnesek, tollak, jégkockák, forró levegős szárító, vízforraló, .
Műszaki megjegyzés:
Sajnos a kísérletet gyakran helytelenül magyarázzák a kísérleti könyvek és még a televízió is: "A gyertyának szüksége van oxigénre - a pohárban a légnyomás csökken - a víz emelkedik". A következőkben röviden kifejtjük azt a hatást, amely elsősorban a víz emelkedését okozza: Ha a forró levegőt lehűtjük, összehúzódik. Alacsony nyomás jön létre a zárt felső üvegben, amikor a levegő lehűl. Az így létrejövő nyomáskülönbség az emelkedő víz hajtása. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, annál nagyobb a nyomáskülönbség és az ezzel járó víznövekedés. A kísérlet gyertya nélkül is működik, egy jégkockákkal felmelegített pohár gyors lehűlésével. További, a folyamatot fokozó hatások (a vízgőz kondenzációja, a CO2 feloldódása.) Az idézett irodalomban megtalálhatók. A kísérlet bevezethető a hőmotorok témakörébe.
Önmegkülönböztető feladat:
A leckék megnyitása a kutatás-alapú tanulás előtt jelentősen hozzájárul az önálló tanuláshoz és a készségeken alapuló ismeretszerzéshez a hallgatók számára. Az órák előtti ötletek, amelyeket gyakran elhanyagolnak a tanárközpontú órákon, legfeljebb 33 hallgatóval, fontos szerepet játszanak az önálló kutatásban: A hallgatók meglévő fogalmaikat használják, csoportmunkában megvitatják és végül kísérletben próbálják újra felfedezni őket. A tudományos jelenséggel való független elfoglaltság alkalmat adhat arra, hogy az iskolások közelítsék előítéleteiket a tudományos fogalmakhoz A gyertyakísérlet kutatása alapvetően differenciált. A tanulók gyenge csoportjai egyszerű tippeket tehetnek, mint pl B. kizárni a gázok eltérő oldását édesített vagy sós vízben. A termikus hatás mellett a nagyon jó iskolai csoportok más okokat is felfedeznek, mint pl B. a vízgőz kondenzációja hűvös teásüvegen.
Videók a gyertyakísérletről:
Kísérletezzen egy gyertyával:
A víz csak a gyertya kialvása után emelkedik fel
I. kísérlet gyertya nélkül:
Az üveget forró levegős fúvóval melegítik - a túlnyomás kiszivattyúzza a vizet.
II. Kísérlet gyertya nélkül:
Az üveget forró levegős szárítóval melegítjük, majd jégkockával lehűtjük (gyorsított felvétel)
Videók effekt alkalmazásokkal:
Analóg kísérlet:
A forró levegő kitágul az üveghagymában - a hideg levegő összehúzódik.
Stirling motor:
Csak melegen és hidegben lehetséges.
Gőzgép:
A hideg gőzkivezetés növeli a hatékonyságot.
Munkalapok a leckéhez:
Kísérletezés a kutatási ciklussal:
Word PDF
A kutatás-alapú tanulási kísérlet eredményeinek biztosítása:
Word PDF
Tanulói megoldások az osztályteremből:
Hipotézis: a szén-dioxid vízben oldódik.
PDF
Hipotézis: A hatás melegen és melegen is működik.
PDF
További anyag a leckéhez:
Műszaki magyarázat:
A hatás akkor is bekövetkezik, amikor az üvegben lévő levegőt rövid ideig melegítjük forró levegő szárítóval (500 ° C), majd az álló üveget jégkockákkal lehűtjük (videó).
Analóg kísérlet:
Jelenségtől hőmotorig: az üveg izzót felváltva meleg és hideg vízbe merítik - az izzó elmozdul. Motoros használatra vonatkozó feljegyzés: "Csak melegen és melegen lehetséges." (Videó)
A legegyszerűbb hőmotor:
A Stirling motor működéséhez az egyik oldalon meleg kézre van szükség, a másikon jégkockákra a hőmérséklet-különbség növelése érdekében (videó). Hivatkozás: tudományos bolt
Hatás a gőzgépre:
Ha a gőzgép kimenetét hideg vízzel hűtik, a gőzgép hirtelen majdnem kétszer olyan gyorsan jár. (lásd az izzót). A meleg és a hideg közötti hőmérséklet-különbség nőtt - a gőzgép hatékonysága jelentősen megnő (videó). Hivatkozás: Schneider laboratóriumi terv
Szénerőművek:
Valamennyi hőerőmű működéséhez "meleg" és "hideg" működésre van szükség. Az erőműveket hűtés céljából mindig egy folyó mellett építik.
Újságcikk: Nyári hűtés problémája
További példák: fűtőtestes autómotorok, .
Kép forrása: Wikimedia Commons, Dmitry A. Mott képe
A Jugend forscht gyertyatartója:
Leonard Bauersfeld és Marcel Neidinger a Lörrach-i Hans-Thoma Gimnáziumból:
1. hely a fizika területén a Südbaden 2013 regionális versenyen: Badische-Zeitung cikk
Gyertyaemelés a 2013-as Nemzetközi Fizikai Világkupán:
A gyertyakísérlet mint világméretű kutatási projekt (10. sz.): IYPT kutatási projektek
Nemzetközi Fiatal Fizikusok 2013. évi tornája Tajpejben, Tajvanon
Újságcikk a leckéről:
MINT kör: "Nyitott feladatok az osztályteremben! Tanítási példa." 01/02. Kiadás (2013)
S. Höhl: "Dátum és gőzgép", Badische Zeitung (2012.07.07.)
Mechanikus alkalmazás az ókortól:
Bal oldali kép: Az automatikus ajtó elölnézete
Jobb kép: Hátulnézet a mechanikával.
Alexandriai templom ajtajai: Titokzatos látvány az ókorban: miután feláldozták az áldozati tüzet, az istenek csodálatos módon kinyitják a templom ajtaját! De jaj a tűznek: a templom felé vezető út azonnal lezárul. Egyetlen isten sem cselekedett az ajtók alatt, de a fizikai elv: "Csak melegen és hidegen teheti meg". Az ajtók működő modellje megcsodálható a magdeburgi "Millennium Tower" tudományos múzeumban.
Az ajtók magyarázata a jobb oldali kép alapján: Az ajtótól jobbra levő golyót Bunsen égővel melegítik. A gömb tömlőn keresztül csatlakozik a közepén lévő zárt víztartályhoz. A gömb levegője kitágul, és a folyadékot a középen balra lévő víztartályból a lógó nyitott edénybe nyomja. A bal oldali üres edény súlyát kiegyenlíti a jobb oldali súly. A bal edénybe beáramló víz miatt már nincs egyensúly, és az ajtók kinyílnak. Ha az ajtótól jobbra lévő gömb kihűlt, az ajtó ismét becsukódik.
Más ősi gépek fizikai elv alapján:
Spiegel online cikk
A feladat tesztelése: 9.c osztály, 2011/12. Tanév, Friedrich-Gymnasium Freiburg
Szerző: Dr. Patrick Bronner
Inspiráció a kísérletekhez: Prof. Dieter Plappert
Képek és videók: P. Bronner