Ενότητα 3   ΑΕΡΑΣ

Προσδοκώμενα αποτελέσματα

Βασικά  θέματα

Ενδεικτικές δραστηριότητες

Εκπαιδευτικό υλικό

·   Να εκφράζουν τις ιδέες τους και εάν είναι αναγκαίο να τις αναμορφώνουν.

·     Να απαριθμούν τις ουσίες από τις οποίες αποτελείται ο αέρας.

·   Να αναγνωρίζουν τον αέρα ως μείγμα αερίων.

·   Να  γνωρίζουν ότι

ο αέρας έχει βάρος.

·    Να υπολογίζουν το βάρος μιας ποσότητας αέρα βασιζόμενοι στον όγκο και στην πυκνότητα.

 

 

Ο αέρας δεν είναι ουσία, αποτελείται από ουσίες.

 

Ο αέρας

έχει βάρος.

 

Αέριο δεν είναι μόνο ο αέρας

 

·       Πείραμα επίδειξης . Ένα αναμμένο κερί στερεώνεται σε  λεκάνη με νερό και ένας  μαθητής το σκεπάζει με κώδωνα. Καθώς το κερί σβήνει η στάθμη του νερού ανέρχεται.

·       Οι μαθητές ενθαρρύνονται καθοδηγούνται προς το να συμπεραίνουν ότι το σβήσιμο του κεριού και η άνοδος του νερού αποδεικνύουν την ύπαρξη μιας ουσίας στον αέρα που καταναλώνεται κατά την καύση. Ο διδάσκων εξηγεί ότι αυτή η ουσία είναι το οξυγόνο και αποτελεί περίπου το ένα πέμπτο του όγκου του ατμοσφαιρικού αέρα. Περίπου τα υπόλοιπα τέσσερα πέμπτα είναι το άζωτο, μια άλλη ουσία που δεν συντηρεί την καύση.

·       Ένας μαθητής εκπνέει με καλαμάκι σε ασβεστόνερο και το ασβεστόνερο θολώνει.

·       Το  θόλωμα ερμηνεύεται με την αντίδραση του ασβεστόνερου με  διοξείδιο του άνθρακα που περιέχεται στον αέρα αλλά και στον αέρα της εκπνοής. Οι μαθητές παρατηρούν  το «ίδρωμα» ενός ποτηριού με κρύο νερό ή την υγροποίηση της εκπνοής τους σε ένα κρύο τζαμί. Συμπεραίνουν ότι στον ατμοσφαιρικό αέρα υπάρχουν υδρατμοί

·       Συμπεραίνουν ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι μείγμα χημικών στοιχείων και χημικών ενώσεων (ουσιών).

 

·       Ανάδειξη της ιδέας των μαθητών «ότι ο αέρας δεν έχει βάρος». Οι μαθητές σε φύλλο εργασίας προβλέπουν, απαντώντας σε ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, το βάρος του αέρα της αίθουσας.

·       Ανατροπή της προϋπάρχουσας ιδέας με πείραμα επίδειξης.

·       Μετρώνται οι διαστάσεις της σχολικής αίθουσας και οι  μαθητές υπολογίζουν το βάρος του αέρα της αίθουσας τους με δεδομένη την τιμή της πυκνότητας του αέρα .

Το οξυγόνο αποτελεί το 20% του όγκου του αέρα.

http://www.youtube.com/watch?v=hiawJDsy8Z4

 

Ψηφιακό σχολείο: Υποστηρικτικό υλικό Φυσική  Γυμνασίου

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/ExperimentsBGYM/bG/bG.html

 

 

Ιδιοκατασκευασμένoς ζυγός. Στα άκρα του  κρεμάμε  μπαλόνια

 

 

 

·   Να κατανοήσουν ότι ο στατικός αέρας «σπρώχνει» την επιφάνεια  κάθε αντικειμένου ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό της  

·   Να σχεδιάζουν τις

πιεστικές δυνάμεις στις επιφάνειες πειραματικών συσκευών.

·   Να  καλλιεργήσουν  την αφαιρετική τους ικανότητα.

Ο αέρας «σπρώχνει»

ακόμα κι όταν

δεν φυσά.

 

 Ατμοσφαιρική πίεση

 

·      Πειράματα με ομάδα μαθητών για αναδειχθεί  η  ύπαρξη ατμοσφαιρικής πίεσης μέσα από την εμπειρία του « ο αέρας σπρώχνει όλα τα αντικείμενα».

α. Ένας μαθητής σκεπάζει με μια  καρτ ποστάλ ένα ποτήρι γεμάτο με νερό και το αναστρέφει.

β. Πάνω σε τραπέζι στρώνουμε καλά εφημερίδες. Ανάμεσα στο τραπέζι και τις εφημερίδες βάζουμε πλαστικό χάρακα. Χτυπώντας το άκρο του χάρακα που εξέχει δεν ανασηκώνονται οι εφημερίδες.

γ. Από έναν τενεκέ από λαμαρίνα, αφαιρείται  ο αέρας και  ο τενεκές τσαλακώνεται σα να ήταν από χαρτί.  Χρήση βίντεο.

·                     Παρουσιάζεται το ιστορικό πείραμα  Otto Von Guericke με τα ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου. Χρήση ΤΠΕ, βίντεο . Τονίζεται η ύπαρξη κενού στο  εσωτερικό των ημισφαιρίων. Πείραμα επίδειξης με δύο βεντούζες απόφραξης .

·                     Οι μαθητές σχεδιάζουν σε φύλλο εργασίας μία συσκευή από ένα από τα πειράματα επίδειξης που παρακολούθησαν πιο πάνω και στο τμήμα της που υφίσταται μεταβολές σχεδιάζουν τις  δυνάμεις.

·      Ο διδάσκων καθοδηγεί τους μαθητές ώστε να  συμπεράνουν και να εμπεδώσουν ότι ο

ατμοσφαιρικός αέρας σπρώχνει την επιφάνεια κάθε αντικειμένου, με το οποίο βρίσκεται σε επαφή, με δυνάμεις κάθετες στην  επιφάνεια, ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό της επιφάνειας. Τους καθοδηγεί στο συμπέρασμα  ότι, εφόσον παρατήρησαν ότι ασκούνται  πιεστικές δυνάμεις σε κάθε επιφάνεια που βρίσκεται στον αέρα,  «σε κάθε σημείο του αέρα υπάρχει πίεση».

Ιδιοκατασκευασμένες πειραματικές συσκευές.

 

Τα ημισφαίρια του Μαγδεβούργου

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/1/other/5.htm

 

Για τον Von Guericke:

http://catalogue.museogalileo.it/multimedia/MagdeburgHemispheres.html

Σύγχρονη παρουσίαση http://www.youtube.com/watch?v=_K0kpu4pjk8

http://www.youtube.com/watch?v=7bJkaFByiA0&NR=1

 

Βίντεο για το 3ο πείραμα επίδειξης http://www.youtube.com/watch?v=yGYo7wG1x5A&feature=related

 

·   Να περιγράφουν το πείραμα του Torricelli

·    Να αναγνωρίζουν ότι το πείραμα συνέβαλε στην ανατροπή μιας ακλόνητης πεποίθησης

·    Να υπολογίζουν την ατμοσφαιρική πίεση από αναπαραστάσεις της  συσκευής του Torricelli.

·    Να γνωρίζουν την τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας.

·   Να γνωρίζουν , εκτός από τη μονάδα πίεσης

ένα πασκάλ και τις μονάδες   1 atm ,

 1 mmHg και  1 mbar .

 

Μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης

 

 

Το πείραμα του Torricelli

 

 

 

·   Μέσα από προβολή εικόνων παρουσιάζεται το πείραμα του Torricelli- Τοριτσέλι .  . Χρήση βίντεο.

 

·   Επισημαίνεται η  ύπαρξη κενού  πάνω από τη στήλη του Hg. Επισημαίνεται  ότι την εποχή του πειράματος ήταν εδραιωμένη  η πεποίθηση ότι « η φύση απεχθάνεται το κενό» και ότι το πείραμα αυτό συνέβαλε στην ανατροπή της.

 

·   Δημιουργούνται ομάδες μαθητών, δίνει σε κάθε ομάδα φύλλο εργασίας με σκαρίφημα της

συσκευής του Torricelli και ζητεί, συζητώντας μεταξύ τους,  να εφαρμόσουν την εξίσωση της ισορροπίας των υγρών για τον ακίνητο υδράργυρο και να υπολογίσουν την τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης.  Παρουσιάζει τις μονάδες 1 atm, 1 mmHg και 1  mbar

 

 

·   Προτάσεις για εργασίες των μαθητών:

α.  Οι στολές των αστροναυτών και η ατμοσφαιρική πίεση. Τι θα συμβεί σε έναν αστροναύτη αν καταστραφεί η στολή του;

 

Ψηφιακό σχολείο:

Υποστηρικτικό υλικό Φυσική Γυμνασίου

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/ExperimentsBGYM/bG/bG.html

 

Το πείραμα Τοριτσέλι

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/1/other/6.htm

 

Ιστορικά στοιχεία http://catalogue.museogalileo.it/multimedia/TorricellisBarometricExperiment.html

http://www.youtube.com/watch?v=i4oTwkS3EXM&feature=related

Μετατροπέας μονάδων

http://www.asknumbers.com/PressureConversion.aspx

 

 

Torricelli

 

·   Να γνωρίζουν

ότι η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται με το ύψος

·   Να  συσχετίζουν τη διαμόρφωση της τιμής της ατμοσφαιρικής πίεσης στο έδαφος, όσο και την ελάττωση της τιμής της με το ύψος, με το βάρος του αέρα.

Ατμοσφαιρική πίεση

και βαρύτητα

 

H τιμή της

ατμοσφαιρικής πίεσης

ελαττώνεται

με το ύψος

Αφήγηση,  σε περιβάλλον ΤΠΕ, του γεγονότος, ότι ο Pascal οργάνωσε μια μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης στην κορυφή ενός βουνού της Γαλλίας και οδηγήθηκε στο συμπέρασμα ότι η  ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται με το ύψος.  Παρουσιάζεται γραφική παράσταση που δείχνει Description: perierτην μεταβολή της ατμοσφαιρικής πίεσης σε σχέση με το ύψος

 

·       Οι μαθητές καθοδηγούνται προς το συμπέρασμα ότι  τόσο  η διαμόρφωση της τιμής της ατμοσφαιρικής πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας όσο και  η ελάττωση της τιμής αυτής με το ύψος σχετίζονται με το βάρος του αέρα.

 

 Επισημαίνεται ότι για την ισορροπία μιας μικρής ποσότητας αέρα, για μικρές υψομετρικές διαφορές,  ισχύει ότι και για την ισορροπία ενός υγρού.  

Ψηφιακό σχολείο: Υποστηρικτικό υλικό Φυσική Γυμνασίου

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/ExperimentsBGYM/bG/bG.html

 

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/1/other/1.htm

http://catalogue.museogalileo.it/multimedia/PascalsBarometricExperiment.html

http://www.youtube.com/watch?v=Or0BWa7_wg4&feature=related

Γραφική παράσταση πίεσης ύψους ατμόσφαιρας

·   Να γνωρίζουν

ότι ο αέρας ασκεί άνωση σε κάθε σώμα που βρίσκεται μέσα σε αυτόν.

·    Να αποδίδουν

την δύναμη άνωσης στην   ελάττωση των τιμών της ατμοσφαιρικής πίεσης με το ύψος.

·   Να ερμηνεύουν τη  δημιουργία των ανοδικών ρευμάτων στα ρευστά

 

Η άνωση

 

Ανοδικά

ρεύματα

·      Δημιουργούνται ομάδες μαθητών. Ένας μαθητής αφήνει ελεύθερο ένα μπαλόνι με ήλιον και ένας άλλος ένα μπαλόνι με αέρα. . Οι μαθητές κάθε ομάδας  καλούνται να δώσουν μια ερμηνεία στα συμβαίνοντα. Description: ballon3Καθοδηγούνται προς την  θεώρηση ότι – όπως και στα υγρά –  ο αέρας ασκεί άνωση ίση με το γινόμενο «πυκνότητα αέρα   x ένταση βαρύτητας  x όγκο (εκτόπισμα )  σώματος»  ραέραgV, η οποία οφείλεται στις διαφορές των τιμών της ατμοσφαιρικής πίεσης στο κάτω και στο πάνω μέρος του μπαλονιού .  Οι μαθητές σχεδιάζουν σε φύλλο εργασίας τα μπαλόνια και τις δυνάμεις που τα αναγκάζουν να μετακινηθούν.

·      Οι μαθητές οδηγούνται στο  γενικότερο συμπέρασμα ότι – όπως με την ανοδική κίνηση ενός φελλού στο νερό – μπορούμε να προβλέψουμε ότι ένα  μπαλόνι θα κινηθεί ανοδικά εφόσον η (μέση) πυκνότητά του είναι μικρότερη από την πυκνότητα του αέρα.

·      Παρουσιάζεται η πρόβλεψη ότι σε μια ποσότητα αέρα θα δημιουργηθεί ανοδική κίνηση εάν – για κάποιο λόγο – η ποσότητα αέρα εμφανίσει μικρότερη πυκνότητα από την πυκνότητα του αέρα που την περιβάλλει.  Το ίδιο συμβαίνει στα υγρά. Βίντεο.

Μπαλόνι με ήλιον και μπαλόνι με αέρα.

 

Βίντεο ανοδικών ρευμάτων σε υγρό

http://www.youtube.com/watch?v=JfA3ZSMzsoE&feature=related

 

 

Άνωση του αέρα

 

·   Να κατανοούν τους όρους  βαρομετρικό χαμηλό και βαρομετρικό υψηλό. που εμφανίζονται στις  εφημερίδες και στα Μέσα Μαζικής Ενημέρωσης.

·   Βασιζόμενοι σε

τιμές  ατμοσφαιρικής πίεσης να μπορούν να προβλέπουν αν θα φυσήξει άνεμος με συγκεκριμένη κατεύθυνση ή

αν δεν θα φυσήξει.

 

       Άνεμοι

 

·      Επισημαίνεται ότι εφόσον ο αέρας είναι ακίνητος οι τιμές της ατμοσφαιρικής

πίεσης  σε σημεία ισοϋψή είναι ίσες. Εάν δεν είναι ίσες ο αέρας κινείται από την περιοχή μεγάλης πίεσης στην περιοχή μικρής πίεσης.

·      Παρουσιάζεται μετεωρολογικός χάρτης με καμπύλες ίσης πίεσης, βαθμολογημένες σε mbar. Αποσαφηνίζονται οι όροι βαρομετρικό χαμηλό και βαρομετρικό υψηλό. Παρατίθεται, δίπλα στον προηγούμενο χάρτη ο αντίστοιχος χάρτης ανέμων. Ζητείται από  μαθητές να παρατηρήσουν την κατεύθυνση των ανέμων και να την συσχετίσουν με τις καμπύλες ίσης πίεσης.  Η  στροφική κίνηση των ανέμων αγνοείται.

·      Οι μαθητές συμπεραίνουν ότι διαφορετικές τιμές πίεσης συνεπάγονται ύπαρξη ανέμου

και εν γένει ο άνεμος φυσά από τα βαρομετρικά υψηλά προς τα βαρομετρικά χαμηλά.

·      Προτάσεις για εργασίες των μαθητών:

α. Σχεδίαση σε μετεωρολογικό χάρτη, με καμπύλες ίσης πίεσης, της κατεύθυνσης των ανέμων.        β. Σε συνδυασμό με τα ανοδικά ρεύματα. Η θαλάσσια και η απόγειος αύρα.

Παρουσίαση με ΤΠΕ από τους μαθητές.

Μετεωρολογικός χάρτης με σχεδιασμένες τις καμπύλες ίσης πίεσης, σημασμένες σε mbar

 

Με σχεδιασμένους τους ανέμους επιφανείας.

http://www.poseidon.hcmr.gr/weather_forecast_gr.php?area_id=gr 

 

Χαμηλό βαρομετρικό

·   Να αναγνωρίζουν ότι εκτός από τον αέρα υπάρχουν και άλλα αέρια και να τα κατονομάζουν.

·   Να περιγράφουν

τα φαινόμενα συμπίεση και εκτόνωση  αερίου

·   Να γνωρίζουν ότι ένα αέριο έχει πάντα πίεση.

Ο αέρας δεν έχει δικό του όγκο.

 

Τα φαινόμενα συμπίεση και   εκτόνωση

 

 

·   Ένας μαθητής τοποθετεί  ένα μικρό φουσκωμένο μπαλόνι μέσα σε μεγάλη σύριγγα. Αυξομειώνοντας τον όγκο του θαλάμου της σύριγγας δείχνει ότι  ο όγκος του μπαλονιού και επομένως κάθε συγκεκριμένης ποσότητας αέρα είναι μεταβλητός.

·   Χρησιμοποιώντας μία μεγάλη σύριγγα ή μια τρόμπα ποδηλάτου κλείνοντας την έξοδο του αέρα με το χέρι του ένας μαθητής καλείται να περιγράψει «τι αισθάνεται»ι . Ακολουθεί συζήτηση

·   Αποσαφηνίζεται ο όρος συμπίεση αερίου.  Πρόκειται για φαινόμενο κατά το οποίο συμβαίνει μείωση του όγκου με ταυτόχρονη αύξηση της πίεσης, Αντίστοιχα αποσαφηνίζεται ο όρος εκτόνωση αερίου .

·   Επισημαίνεται ότι  «όσο και να αυξηθεί ο όγκος η πίεση δεν θα γίνει μηδέν» .

Πείραμα επίδειξης σε βίντεο για τον όγκο:

http://www.youtube.com/watch?v=hAvT1WbjOEE&feature=related

 

 

·    Να αναγνωρίζουν τη χρησιμότητα των μοντέλων στη Φυσική

·    Να αναφέρουν ότι οι δύο βασικές παραδοχές της σωματιδιακής θεωρίας είναι η αδιάκοπη κίνηση των σωματιδίων και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση

·   Να παραθέτουν εμπειρικά δεδομένα στα οποία βασίζεται η ιδέα για έναν  Μικρόκοσμο.  

·   Να  συσχετίζουν την τιμή  της πίεσης ενός αερίου με το «πλήθος των σωματιδίων σε κάθε μονάδα όγκου» και με το «πόσο γρήγορα κινούνται» τα σωματίδια.

·   Να αντλούν πληροφορίες από πολυμεσικό υλικό για την κινητική θεωρία των αερίων.  

Η ιδέα ότι «υπάρχει

Μικρόκοσμος

με κινούμενα σωματίδια »

 

Η Κινητική θεωρία των αερίων

 

Η ερμηνεία της

πίεσης αερίου

με την

Κινητική

Θεωρία.

·    Γίνεται αναφορά στον Δημόκριτο και στην ιδέα του για ύπαρξη αδιάκοπα κινουμένων σωματιδίων - ατόμων .  Η ιδέα επανεμφανίζεται στην Ευρώπη τον 17ο αιώνα .

·   Αποσαφηνίζεται ότι η ιδέα συνίσταται στο  ότι « υπάρχει ένας Μικρόκοσμος της ύλης» με αδιάκοπα κινούμενα σωματίδια τα οποία «το μόνο που κάνουν» είναι «να κινούνται και να αλληλεπιδρούν». Η ιδέα  οδήγησε στην διαμόρφωση σχετικών μοντέλων και σε  δύο σημαντικές θεωρίες, την Ατομική Θεωρία και την Κινητική θεωρία.

Καταβάλλεται  προσπάθεια  η ιδέα  αυτή να μην εμφανίζεται ξαφνικά,  αδικαιολόγητα και με ύφος ακλόνητης αλήθειας, αλλά να καθοδηγείται η σκέψη των διδασκόμενων από τα εμπειρικά δεδομένα (ιστορικά και σύγχρονα) προς την ιδέα  και τις σχετικές θεωρίες.

 

·         Οι μαθητές μέσω φύλλου εργασίας και με τα δεδομένα προσομοίωσης

οδηγούνται στην άποψη ότι η τιμή της πίεσης ενός αερίου καθορίζεται από το πλήθος των σωματιδίων ανά μονάδα όγκου και από το «πόσο γρήγορα κινούνται τα σωματίδια».

.

 

Compact disk με υλικό διδακτικό υλικό Ψηφιακό σχολείο:

 

Υποστηρικτικό υλικό Φυσική Γυμνασίου.

Συσχετισμός  της πίεσης  των αερίων με τον όγκο τους

 

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/1/explain/1.htm

 

http://phet.colorado.edu/el/simulation/gas-properties

 

http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=632.msg2190#msgmessage_id

Η βεντούζα

 

Διαθεματική εργασία: «Ατύχημα σε ένα επιβατικό αεροπλάνο. Ξαφνική αποσυμπίεση του αέρα στην καμπίνα επιβατών.»

Κεντρικό ερώτημα για την Φυσική : «Που οφείλεται η ατμοσφαιρική πίεση»

Εμπλεκόμενα αντικείμενα : Φυσική, Βιολογία, Τεχνολογία, Τέχνη (κινηματογράφος), Ψυχολογία (συμπεριφορά επιβατών σε ατυχήματα).