Experimenty se vzduchem. Jak se teplo šíří v kapalinách? Konvekce s přidáním tepla
VZDUCH .
KDE TEPEJI.
Cílová. Odhalte, že teplý vzduch je lehčí než studený a stoupá vzhůru.
herní materiál. Dva teploměry, varná konvice s horkou vodou.
Průběh hry. Děti zjišťují, zda je v místnosti chladno, pak kde je tepleji - na podlaze nebo na pohovce, tedy výše nebo níže, a porovnávají své předpoklady s údaji teploměrů. Děti provádějí akce: držte ruku nad nebo pod baterií; aniž byste se dotýkali konvice, držte ruku nad vodou. Zjistí pomocí akcí, kde je vzduch teplejší: shora nebo zespodu (vše, co je lehčí, stoupá nahoru, to znamená, že teplý vzduch je lehčí než studený a shora teplejší).
VÍTR V MÍSTNOSTI („ŽIVÝ HAD“)
Cílová. Odhalte, jak se tvoří vítr, že vítr je proud vzduchu, že horký vzduch stoupá a studený klesá.
herní materiál. Dvě svíčky, "had" (kruh vyříznutý do spirály a zavěšený na niti).
Průběh hry. Dospělý zapálí svíčku a fouká na ni. Děti zjistí, proč je plamen vychýlen (ovlivněno proudění vzduchu). Dospělý nabídne, aby zvážil „hada“ jeho spirálového designu a ukazuje dětem rotaci „hada“ nad svíčkou (vzduch nad svíčkou je teplejší, „had“ se nad ním otáčí, ale neklesá, protože ho teplý vzduch zvedá). Děti zjistí, že vzduch otáčí „hada“ a pomocí topných zařízení provádějí pokus samy
Dospělý vyzve děti, aby určily směr pohybu větru shora a zespodu dveří. Děti vysvětlují, proč je směr větru jiný (teplý vzduch v bytě stoupá a vystupuje štěrbinou nahoře a studený vzduch je těžší a vstupuje do místnosti zespodu; po chvíli studený vzduch ohřívá se v místnosti, stoupá nahoru a jde ven škvírou nahoře a na její místo bude znovu a znovu přicházet studený vzduch). Takto se v přírodě vyskytuje vítr. Nakreslete výsledky experimentu.
PONORKA.
Cílová. Zjistěte, že vzduch je lehčí než voda; odhalit, jak vzduch vytlačuje vodu, jak vzduch opouští vodu.
herní materiál. zakřivená trubka na koktejl plastové sklenice, nádoba s vodou.
Průběh hry. Děti zjišťují, co se stane se sklenicí, pokud ji spustíte do vody, zda se sama dokáže zvednout ze dna. Provádějí akce: ponoří sklenici do vody, obrátí ji dnem vzhůru, přivedou pod ni zakřivenou trubici, vyfouknou pod ni vzduch. Na konci experimentu jsou vyvozeny závěry: sklenice se postupně plní vodou, vycházejí z ní vzduchové bubliny; vzduch je lehčí než voda – vstupuje do sklenice trubicí, vytlačuje vodu zpod sklenice a stoupá vzhůru a vytlačuje sklenici z vody.
ÚŽASNÝ VZDUCH (1)
Cílová. Zjistěte, že vzduch, když je stlačen, zabírá méně prostoru; stlačený vzduch má sílu pohybovat předměty.
herní materiál. Stříkačky, nádoba s vodou (tónovaná).
Průběh hry. Děti zkoumají injekční stříkačku
zařízení (válec, píst) a demonstrujte s ním akce: stiskněte píst nahoru, dolů bez vody; snaží se stisknout píst, když je otvor uzavřen prstem; natáhněte vodu do pístu, když je nahoře a dole. Dospělý zve děti, aby vysvětlily výsledky zkušenosti, mluvily o svých pocitech při provádění akcí. Na konci pokusu děti zjistí, že vzduch, když je stlačen, zabírá méně místa; stlačený vzduch má sílu pohybovat předměty.
ÚŽASNÝ VZDUCH (2)
Cílová. Zjistěte, že stlačený vzduch zabírá méně místa. Stlačený vzduch má schopnost pohybovat předměty.
herní materiál. Pipety, nádoba s vodou (tónovaná).
Průběh hry. Děti si prohlédnou pipetovací zařízení (gumový uzávěr, skleněný válec) a provedou pokus obdobně jako předchozí (stisknou a uvolní uzávěr).
VYSUŠIT VODU
(Možnost 1 – Ubrousek ve sklenici)
Cílová.
herní materiál. Nádoba s vodou, sklenice s ubrouskem připevněná na dně.
Průběh hry. Dospělý vyzve děti, aby vysvětlily, co to znamená „vylézt z vody nasucho“, zda je to možné, a aby zjistily, zda je možné sklenici ponořit do vody a nenamočit ubrousek ležící na dně. Děti dbají na to, aby byl ubrousek na dně sklenice suchý. Poté sklenici obrátí dnem vzhůru, opatrně ji ponoří do vody, aniž by sklenici nakláněli až na samé dno nádoby, vlastně ji z vody zvednou, nechají vodu odtéct, aniž by sklenici převraceli. Dospělý se nabídne, že určí, zda ubrousek zmokl (ne namočil), vysvětlí, co bránilo navlhnutí vody (vzduch ve sklenici) a co se stane s ubrouskem, když se sklenice nakloní (vyjdou vzduchové bubliny a voda zaujme své místo, ubrousek navlhne). Děti si zážitek zopakují samy.
VYSUŠIT VODU.
(Možnost 2 – Vlajka na liště)
Cílová. Určete, jaký vzduch zabírá místo.
herní materiál. Nádoba s vodou, dřevěné kostky s vlajkami, plechovky (kvádr s vlajkou by do nich měl volně vstupovat).
Průběh hry. Dospělý zve děti, aby spustily laťku do vody, sledovaly, jak plave. Zjišťují, proč se nepotopí (strom je lehčí než voda), jak se dá utopit (spustit na dno), nesmáčet (spustit do vody, zakrýt zavařovací sklenicí). Děti dělají věci samy. Diskutujte o tom, proč tyčinka není mokrá (protože ve sklenici je vzduch).
CO JE RYCHLEJŠÍ?
Cílová.
herní materiál. Dva listy psacího papíru.
Průběh hry. Dospělý navrhuje přemýšlet, pokud současně uvolníte dva listy z rukou: jeden vodorovně, druhý svisle (ukazuje, jak ho držet v rukou), pak který z nich spadne rychleji. Poslouchá odpovědi, nabízí ke kontrole. Prokazuje zkušenosti. Proč první list padá pomalu, co ho zdržuje (tlak na něj zespodu vzduch). Proč druhý list padá rychleji (padá po okraji, a proto je pod ním méně vzduchu) Děti usuzují: kolem nás je vzduch a tlačí na všechny předměty (to je atmosférický tlak).
ZAMĚŘTE SE "PROČ SE TO NEDĚJE?"
Cílová. Zjistěte atmosférický tlak.
herní materiál. Sklenice vody, pohlednice.
Průběh hry. Dospělý vyzve děti, aby sklenici obrátily, aniž by z ní vylily vodu. Děti si vytvářejí domněnky, zkouší. Poté dospělý naplní sklenici vodou až po okraj, přikryje ji pohlednicí a lehce ji přidrží prsty a otočí sklenici dnem vzhůru. Ruku sundá – karta nespadne, voda se nevylije (pokud papír není dokonale vodorovný a přitlačený k okrajům). Proč ze sklenice nevytéká voda, když je pod ní list papíru (vzduch tlačí na list papíru, přitlačuje list k okrajům sklenice a zabraňuje vylévání vody, to je důvod tlak vzduchu).
DOMÁCÍ TEPLOMĚR
Cílová. Ukažte, jak se vzduch při zahřívání rozpíná a vytlačuje vodu z nádoby.
herní materiál. Skleněná trubička nebo tyčinka (průhledná) z kuličkového pera, lahvička 50-100 ml, trocha tónované vody.
Průběh hry. Děti zvažují "teploměr": jak funguje, jeho zařízení (láhev, trubice a korek); s pomocí dospělého je vyroben model teploměru. Do korku udělejte šídlem otvor, vložte jej do láhve. Poté naberou do tuby kapku tónované vody a trubičku zapíchnou, aby kapka vody nevyskočila. Láhev se v rukou zahřívá, kapka vody stoupá vzhůru.
PIVOT
Cílová. Ukažte, že vzduch má pružnost. Pochopte, jak lze využít sílu vzduchu (pohyb).
herní materiál. Větrník, materiál na výrobu pro každé dítě: papír, nůžky, dřívka, karafiáty.
Průběh hry. Dospělý ukazuje dětem točnu v akci. Poté s nimi probere, proč se točí (vítr naráží na lopatky, které jsou k němu natočeny šikmo, a to způsobí pohyb točny). Dospělý zve děti, aby vyrobily gramofon podle algoritmu, zvážily a diskutovaly o vlastnostech jeho designu. Pak organizuje hry s točnou na ulici; děti pozorují, za jakých podmínek se točí rychleji.
REAKTIVNÍ KOULE.
Cílová.
herní materiál. Balónky.
Průběh hry. Děti s pomocí dospělého nafouknou balónek, spustí jej a věnují pozornost dráze a délce jeho letu. Zjistí, že aby míč letěl déle, je nutné ho více nafouknout: vzduch unikající z „krku“ způsobí, že se míč pohybuje opačným směrem. Dospělý řekne dětem, že stejný princip se používá u proudových motorů.
SLAMĚNÍ GILM.
Cílová. Ukažte, že vzduch má pružnost. Pochopte, jak lze využít sílu vzduchu (pohyb).
herní materiál. Syrové brambory, dvě brčka na koktejl (pro každé dítě).
Průběh hry. Děti berou brčko za horní část, aniž by prstem zavíraly horní otvor; pak to z výšky 10 cm prudkým pohybem zapíchnou do brambory; pozorují, co se stalo s brčkem (ohnulo se, nedrželo se), vezmou druhé brčko za vršek, tentokrát prstem zavřou horní otvor; také se ostře zapíchnou do brambory a pozorují, co se stalo se slámou (zasekla se). Děti zjistí, že uvnitř druhého brčka je vzduch, který tlačí na stěny a nedovolí, aby se ohnulo. Děti usuzují: v prvním případě vzduch ze slámy volně unikal a ta se ohýbala; ve druhém případě nemohl vzduch ze slámy uniknout, protože otvor byl uzavřen. Navíc, když brambory dopadly na slámu, tlak se ještě zvýšil a stěny slámy se zpevnily.
PADÁK.
Cílová. Ukažte, že vzduch má pružnost. Pochopte, jak lze využít sílu vzduchu (pohyb).
herní materiál. Padák, hračka lidí, nádoba s pískem.
SVÍČKA VE DVEŘE.
Cílová. Prozraďte, že při spalování se mění složení vzduchu (je méně kyslíku), že ke spalování je potřeba kyslík. Naučte se, jak uhasit požár.
herní materiál. Svíčka, sklenice, láhev s řezaným dnem.
JAK Sfouknout SVÍČKU Z NÁlevky.
Cílová. Odhalte vlastnosti vzdušného víru.
herní materiál. Svíčka, trychtýř.
SILNÝ MATCHBOX.
Cílová. Určete elasticitu vzduchu.
herní materiál. Krabice na zápasy.
VELKÝ MALÝ.
Cílová. Odhalte, že vzduch se při ochlazení smršťuje a při zahřívání se rozpíná (zabírá více místa).
herní materiál. plastové lahve se zátkou, Balón ehm, mince.
ZAMĚŘTE SE NA VYSUŠENÍ VODY
Cílová. Demonstrovat existenci atmosférický tlak, skutečnost, že vzduch při chlazení zaujímá menší objem (stlačuje se).
herní materiál. Talíř s vodou pokrývající dno, mince, sklenice.
PROČ OTÁZKY.
Cílová. Analyzujte a vyvozujte závěry na základě znalosti vlastností vzduchu: teplý vzduch stoupá vzhůru, tj. je lehčí než studený vzduch; vzduch je špatný vodič tepla.
herní materiál. Hedvábný papír, stojan s jehlou.
Průběh hry. Dospělý navrhuje vyrobit větrníky z tenkého hedvábného papíru: vystřihněte obdélník, přeložte jej podél středních čar a znovu jej narovnejte (těžiště je nalezeno), položte kus papíru na špičku vyčnívající jehly tak, aby jehla podpírá to přesně v tomto bodě. Opatrně přibližte ruku - začne rotace papíru, odsuňte ji - rotace se zastaví. Došli k závěru: vzduch stoupá zdola nahoru, tlačí na kus papíru a způsobuje jeho otáčení, protože kus papíru má v záhybech sklon.
Zahřívání jakéhokoli média, jako je voda nebo vzduch, způsobuje jeho expanzi a stává se lehčí. Naopak ochlazování způsobuje jeho smršťování a ztěžování. Kombinací těchto vícesměrných fyzikálních vlivů vzniká jev zvaný konvekce, který je jedním z procesů přenosu tepla ve velkých objemech kapalin a plynů.
Když je nádoba s vodou umístěna nad pracovní hořák, voda nad plamenem absorbuje energii. Tato energie způsobuje, že se molekuly vody od sebe vzdalují, čímž se stávají méně husté. Ohřátá voda stoupá; na obrázku je tento pohyb viditelný šedým nátěrem na dně nádoby. Ve stejnou dobu klesá chladnější a hustší voda, aby nahradila teplou vodu, která stoupá vzhůru. Když teplá voda stoupne, odevzdá část své energie okolní vodě a trochu se ochladí. Mezitím teplejší voda stále stoupá a odtlačuje vrstvy chladnější vody stranou. Konvekce se zastaví, až když plamen zhasne a všechna voda bude mít stejnou teplotu.
Konvekce s přidáním tepla
Zahřívání dna trubice zvyšuje teplotu spodních vrstev vody. V důsledku toho stoupá teplá voda a voda těžší studená voda klesá a zahřívá se. V průběhu času se všechna voda zahřeje. Zahřívání horní části zkumavky vede ke zvýšení teploty pouze horních vrstev vody, protože lehčí horká voda zůstává nad studenou.
Konvektivní pohyb vody
Ohřátá voda, která stoupá ze dna nádoby v ohni, postupně ztrácí teplo. Jakmile je tato voda na povrchu, rozbíhá se do stran působením stoupajícího sloupce teplejší vody. Jak se voda ochlazuje, stává se hustší a klesá dolů.
Konvekce v plynném prostředí
Kouřové chomáče umožňují sledovat tvorbu konvektivních proudů ve vzduchu v místnosti (obrázky výše). Proces začíná stoupáním teplého vzduchu (obrázek vlevo). Po dosažení stropu (střední obrázek) se tento vzduch působením stoupajících proudů teplejšího vzduchu rozchází do stran, načež po ztrátě tepla padá dolů na podlahu a působením proudů ochlazeného vzduchu sestupujících shora ( obrázek vpravo), znovu se přesune ke zdroji tepla, zahřeje se a stoupá nahoru.
Ohřev a chlazení vzduchu v místnosti
Klimatizace ochlazuje místnost nejúčinněji, když je umístěna u stropu (horní obrázek pod textem), protože ochlazený vzduch (na obrázku modrý) klesá dolů a poté se šíří místností konvekcí. Naopak ohřívač vzduchu funguje nejlépe, když je umístěn blízko podlahy (spodní obrázek). Teplý vzduch(oranžová na obrázku) stoupá vzhůru a pak cirkuluje po místnosti.
Olga Rogačevová
Experimenty se vzduchem
Zkušenost #1
cílová Zkušenosti vzduch Potřebujeme vzduch dýchat. Nadechneme se a vydechneme vzduch.
přestěhovat se: Vezměte sklenici vody, vložte brčko a vydechněte vzduch. Ve sklenici se objevují bubliny.
Zkušenost č. 2
cílová Zkušenosti: Vést děti k porozumění a smyslu vzduch
přestěhovat se: Udělejte malý padák. Ukaž, že když padák spadne, vzduch pod ním praská kupole, podpírá! takže pokles probíhá plynule.
Zkušenost č. 3
cílová Zkušenosti: Vést děti k pochopení vlastností vzduch. Vzduch je neviditelný, nemá určitý tvar, šíří se všemi směry, nemá žádný vlastní zápach.
přestěhovat se: Vezměte si vonné ubrousky, pomerančové kůry atd. a vyzvěte děti, aby postupně přivoněly k vůním v místnosti.
Zkušenost č. 4
cílová Zkušenosti: Vést děti k pochopení váhy vzduch. Vzduch má váhu. přestěhovat se:Nasaďte váhu nafouknutou a nenafouknutou balónky: miska s nafouknutým balónkem převáží
Zkušenost č. 5
přestěhovat se: Vložte otevřenou plastovou láhev do chladničky. Když dostatečně vychladne, dejte mu na krk nenafouknutý balónek. Poté vložte láhev do misky s horkou vodou. Sledujte, jak se balónek nafukuje sám. To se děje, protože vzduch při zahřátí expanduje. Nyní dejte láhev zpět do lednice. Míč pak bude klesat jako vzduch při ochlazení se smrští.
Zkušenost č. 6
cílová Zkušenosti: Pomozte identifikovat nemovitost vzduch(odolnost, pochopit, jak lze použít sílu vzduch(provoz).
přestěhovat se: Učitel vyzve děti k utrácení balónový zážitek: podívejte se, jak to poletí, když rozvážete nit, která to drží vzduch. Děti s pomocí učitele nafukují Balón, uvolněte jej a věnujte pozornost trajektorii a délce jeho letu. Zjistí, že aby balon letěl déle, je potřeba ho více nafouknout.
Zkušenost č. 7
cílová: Naučte se reflektovat stávající myšlenky v transformačních aktivitách. Jak si můžeš hrát s větrem.
přestěhovat se: Vezměte čtvercový list papíru a ořízněte ho podél předkreslených čar. Rohy jsou ohnuté do středu, kde se po vložení malého korálku mezi gramofon a tyč přichytí špendlíkem. Aby spinner za bezvětří plnil svou funkci, je potřeba běhat s klackem v ruce. Spiner se točí pouze za větru.
Zkušenost č. 8
cílová: Pomozte vynést to, co je teplé vzduch lehčí než zima a stoupá.
přestěhovat se: Učitel vyzve děti, aby porovnaly teplotu vzduch v místnosti a v blízkosti teplých předmětů. Určete kde ohřívač: na podlaze nebo na gauči? Učitel drží teploměr na podlaze a poté na gauči. Děti jsou přesvědčeny, že čím vyšší, tím teplejší. Dále učitel nabídne, že přistoupí k baterii. Natáhněte ruku nad baterii, pod baterii. Kde je tepleji (Teplější nad baterií.)
Poté učitel nabídne, že půjde ke konvici s horkou vodou. Zvedněte ruku a držte ji nad vodou. Děti jsou přesvědčeny, že vodní pára je horká. Teplý vzduch je lehčí než studený. Teplý vzduch stoupá takže vršek je teplejší.
