לקט מעבדות ממוחשבות להוראת מדע וטכנולוגיה

‫לקט מעבדות ממוחשבות‬ ‫להוראת מדע וטכנולוגיה‬ ‫בחטיבות הביניים‬

‫בשיתוף‪:‬‬

‫לדמיין • לחקור • ללמוד‬

‫‪www.einsteinworld.com‬‬

‫מורים יקרים‪,‬‬ ‫החוברת המונחת לפניכם היא פרי שיתוף פעולה בין מכון דוידסון לחינוך מדעי שבמכון ויצמן למדע‪,‬‬ ‫וחברת פורייה מערכות המפתחת סביבות למידה ממוחשבות לשילוב בשיעורי המדעים במערכת החינוך‪.‬‬ ‫חוברת זו כוללת ניסויים המותאמים לתכנית הלימודים במדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים‪ .‬הניסויים שפותחו נבחרו מתוך‬ ‫מגוון גדול של נושאים המזמנים שילוב מערכות מדידה ממוחשבות‪ ,‬והם רק חלק קטן משלל הנושאים בהם עוסקים‬ ‫בתכנית הלימודים‪.‬‬ ‫אנחנו מזמינים אתכם המורים להאיר ולהעיר לגבי הניסויים שנמצאים בחוברת )אופן ההצגה‪ ,‬הוראות ההפעלה‪ ,‬השאלות‬ ‫וההפעלות לתלמידים‪ ,‬מידת הקושי‪ ,‬או מידת הבהירות של המידע‪ ,‬הצעות לשיפורים וכד'(‪ ,‬ולשתף אותנו בהתנסות‬ ‫ובתובנות מהטמעת הניסויים בהוראה‪.‬‬ ‫הכתיבה נעשתה על‪-‬ידי‪:‬‬ ‫דבי סומך – מורה למדעים בחט"ב וביולוגיה בחט"ע‪ ,‬בעלת ניסיון רב בהטמעה של מערכות ממוחשבות בהוראה‪/‬למידה‬ ‫וניסיון בכתיבה של חומרי למידה‪.‬‬ ‫גניה חייקין – מורה לפיזיקה בחט"ב וחט"ע בעלת ניסיון רב בשילוב מערכות ממוחשבות בהוראת הפיזיקה‪.‬‬ ‫אסתי מגן – מורה לפיסיקה בחט"ע ומנהלת פדגוגית של חברת פורייה מערכות‪ ,‬בעלת ניסיון רב )בארץ ובעולם( בשילוב‬ ‫מערכות מדידה ממוחשבות בהוראה‪/‬למידה‪.‬‬

‫ד"ר מירי קסנר‬ ‫ראש יחידת התמד"ע‬ ‫)התפתחות מקצועית למורי מדע(‬ ‫מכון דוידסון לחינוך מדעי‬ ‫מכון ויצמן למדע‬

‫|‪|1‬‬

‫תוכן עניינים‬ ‫‪ .1‬מצבי צבירה וחום כמוס‬

‫‪3‬‬

‫‪ .2‬חום סגולי‬

‫‪15‬‬

‫‪ .3‬מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף‬

‫‪29‬‬

‫‪ .4‬תגובות כימיות ושינויים כימיים‬

‫‪39‬‬

‫‪ .5‬תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים‬

‫‪54‬‬

‫‪ .6‬אפקט החממה‬

‫‪71‬‬

‫‪ .7‬עיקרון השתוות הטמפרטורות‬

‫‪85‬‬

‫|‪|2‬‬

‫פרק ‪1‬‬

‫מצבי צבירה וחום כמוס‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫הקדמה‬ ‫אם ניקח מים ונרתיח אותם בסיר קטן‪ ,‬לאחר כמה דקות המים ירתחו והטמפרטורה שלהם תגיע למאה מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫מה יקרה לטמפרטורת המים אם נמשיך לחמם את המים? האם הטמפרטורה תמשיך לעלות מעל מאה מעלות או אולי‬ ‫היא תישאר יציבה במאה מעלות ולא תמשיך לעלות? אם כך מה קורה לאנרגיית החום שמגיעה למים‪ ,‬לאן הולכת‬ ‫האנרגיה? מעניין לדעת‪.‬‬ ‫טמפרטורת ההיתוך של חומר )שהיא גם טמפרטורת ההתמצקות( היא הטמפרטורה שבה עובר החומר ממצב צבירה של‬ ‫מוצק למצב צבירה של נוזל או להיפך‪ .‬טמפרטורת הרתיחה של חומר )שהיא גם טמפרטורת ההתעבות( היא הטמפרטורה‬ ‫שבה עובר החומר ממצב צבירה של נוזל למצב צבירה של גז או להיפך‪.‬‬ ‫כאשר מחממים חומר עד לטמפרטורת ההיתוך שלו וממשיכים לחממו‪ ,‬החומר מתחיל לעבור התכה‪ ,‬בשלב זה החומר‬ ‫מצוי בשני מצבי צבירה – מוצק ונוזל‪ .‬חימום נוסף של החומר יגרום להתרחשות תהליך ההתכה עד שכל החומר יהפוך‬ ‫ממוצק לנוזל‪ .‬קירור החומר יגרום להתרחשות תהליך התמצקות עד שכל החומר יהפוך מנוזל למוצק‪.‬‬ ‫במהלך המעבר של החומר ממצב צבירה מוצק לנוזל או מנוזל למוצק‪ -‬אין שינוי בטמפרטורת החומר‪ .‬החום המושקע‬ ‫בשלב זה נקרא "חום כמוס"‪ ,‬כיוון שאינו גורם לעלייה בטמפרטורה אלא לשינוי במצב צבירה בלבד‪.‬‬ ‫מהו חום? סוג של אנרגיה המתבטא באנרגיית תנועה של חלקיקי החומר‪ .‬כאשר חומר קולט אנרגיית חום מסביבתו‪ ,‬עולה‬ ‫מהירות תנועת החלקיקים שלו‪ ,‬ובאם נמדוד את הטמפרטורה שלו נבחין שהיא עלתה‪ .‬תהליך הפוך יקרה באם חומר‬ ‫יאבד אנרגיית חום לסביבתו‪ .‬במקרה כזה תנועת החלקיקים הממוצעת שלו תואט ונוכל להיווכח שהטמפרטורה שלו ירדה‪.‬‬ ‫החום נמדד בג'אול או בקלוריות‪.‬‬

‫|‪|3‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬ ‫מהי טמפרטורה? ‪ -‬מדד לרמת האנרגטיות של החלקיקים מהם בנוי החומר‪ .‬טמפרטורה נמדדת )ב"מד טמפרטורה"(‬ ‫במעלות צלזיוס‪ ,‬פרנהייט או קלווין‪.‬‬ ‫כאשר מוסיפים אנרגיה לחומר המהירות הממוצעת של חלקיקיו עולה‪ ,‬ולכן הטמפרטורה של החומר עולה‪ .‬בטמפרטורת‬ ‫ההיתוך של החומר‪ ,‬חימום נוסף יגרום להחלשת הכוחות הפועלים בין החלקיקים אך אינו מעלה את המהירות‬ ‫הממוצעת של החלקיקים‪ .‬המשמעות היא שאנרגיית התנועה הממוצעת של החלקיקים לא משתנה; מסיבה זו‪ ,‬בתהליך‬ ‫שבו עובר החומר ממוצק לנוזל הטמפרטורה קבועה‪.‬‬ ‫בואו נשאל חמש שאלות על שלושת מצבי הצבירה )ניתן להיעזר במחסן מילות השאלה(‪:‬‬ ‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪ ?...‬מה זה? מה זה…? מה‬ ‫יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע? ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________________‬

‫מה נחקור?‬ ‫במעבדה זו נחקור את השינויים שחלים במים כאשר הם קולטים אנרגיית חום במצב צבירה של מוצק‪ ,‬עוברים למצב‬ ‫צבירה של נוזל‪ ,‬ועד קבלת מים במצב צבירה של גז‪.‬‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬ ‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימת הציוד והחומרים אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנטית‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫חיישן טמפרטורה‬

‫•‬

‫פלטה חשמלית לחימום ‪ +‬מערבל )אם יש(‬

‫•‬

‫מים מזוקקים‬

‫•‬

‫ארלנמייר קטן של ‪ 50‬מ"ל‬

‫•‬

‫קרח כתוש )רצוי ממים מזוקקים(‬

‫•‬

‫כן מעבדה ‪ +‬תפסן‬

‫•‬

‫מקל זכוכית ‪ +‬גומייה‬

‫•‬

‫כוס כימית של ‪ 400‬מ"ל‬

‫•‬

‫מגנט בחישה )לא חובה(‬

‫|‪|4‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫העמדת הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה‪) MiLAB-‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישן הטמפ' לאחד משקעי המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישן הטמפ' שאותו חיברתם לטאבלט נבחר‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬

‫(‪.‬‬

‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישן לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל שנייה‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 1000‬שניות‬

‫|‪|5‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫‪.1‬‬

‫שערו מתי תתחיל לעלות הטמפרטורה של מים וקרח הנמצאים בבקבוק‪ ,‬אם לא מחממים את המים עם‬

‫‪.2‬‬

‫מקור חום חיצוני?‬ ‫שערו מה יקרה לטמפרטורת הקרח והמים אם נעמיד אותם בכלי על השולחן למשך חמש דקות?‬

‫‪.3‬‬

‫שערו כיצד יראה הגרף של תהליך חימום המים ממצב של קרח ועד לנקודת הרתיחה‪.‬‬

‫טמפרטורה‬

‫זמן‬ ‫‪.4‬‬

‫שערו מה יקרה לטמפרטורת המים אם נמשיך לחמם את המים עוד חמש דקות מרגע הרתיחה‪.‬‬

‫ביצוע הניסוי‬ ‫הערה‪ :‬בניסוי זה תעבדו עם מים רותחים‪ ,‬לכן עליכם לנהוג במשנה זהירות בכל מהלך העבודה‪.‬‬ ‫‪.1‬‬

‫מלאו ארלנמייר קטן )בקבוק( בקרח כתוש עד ל‪ 3/4‬גובה הכלי‪ ,‬הוסיפו מים מזוקקים עד גובה הקרח‪ .‬הניחו את‬ ‫הבקבוק על פלטת החימום ואל תפעילו את החימום‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫חברו את חיישן הטמפרטורה למקל הזכוכית עם גומייה כך שחלקו התחתון של החיישן יהיה חשוף‪ .‬חברו את מקל‬ ‫הזכוכית לתפסן של כן המבחנות כך שחיישן הטמפרטורה יגיע לחלק העליון של מי הקרח‪ .‬חשוב שחיישן‬ ‫הטמפרטורה יהיה קרוב לחלק העליון של מי הקרח ולא לחלק התחתון‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.4‬‬

‫התבוננו בגרף המתקבל על צג הטאבלט‪ .‬הקפידו לערבל בזהירות את הנוזל בבקבוק כל חצי דקה בערך‪ ,‬על‪-‬ידי‬

‫‪.5‬‬

‫טלטול עדין של הבקבוק או השתמשו במגנט‪ .‬שימו לב לטמפרטורה כל עוד יש בכלי גם קרח וגם מים‪.‬‬ ‫המשיכו את המדידה עד להגעה לטמפרטורה של ‪ ,100C‬ולאחר מכן הדליקו את החימום של הפלטה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫המשיכו להתבונן בגרף המתקבל‪) .‬יש לוודא שהכבל של החיישן לא יבוא במגע עם פלטת החימום(‪.‬‬ ‫המשיכו לחמם את המים עוד כשלוש דקות לאחר שהמים מגיעים לטמפרטורת רתיחה‪ .‬לאחר מכן לחצו על צלמית‬ ‫עצור )‬

‫‪.7‬‬

‫( כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫( להפסקת המדידה‪.‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬ ‫להוראות המורה‪.‬‬

‫|‪|6‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫תוצאות‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪?Y -‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬ ‫מהו המשתנה התלוי?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬ ‫מה הייתה הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנמדדה?‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫מתי טמפרטורת המים התחילה להעלות בצורה משמעותית?‬ ‫באיזו טמפרטורה המים הגיעו לנקודת רתיחה מלאה?‬

‫‪ .9‬האם לאחר רתיחה של חמש דקות טמפרטורת המים המשיכה לעלות? מדוע?‬ ‫‪ .10‬תארו את הגרף שהתקבל בתהליך רתיחת המים‪ .‬התייחסו לטמפרטורה ההתחלתית והסופית של המים‪ ,‬ולנקודות‬ ‫המעבר בין מצבי הצבירה‪.‬‬

‫דיון ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬

‫מדוע היה חשוב לקבע את חיישן הטמפרטורה למקל הזכוכית?‬

‫‪.2‬‬

‫מדוע טמפרטורת מי הקרח בכלי עלתה‪ ,‬למרות שלא חיממנו אותם עם הפלטה? מאיפה קלטו המים חום לתהליך‬ ‫זה?‬ ‫כל עוד יש בכלי מים וקרח יחד הטמפרטורה כמעט ולא עולה‪ .‬הסבירו מדוע‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו חום כמוס?‬ ‫כשהמים מגיעים לטמפרטורת הרתיחה אנחנו ממשיכים לחמם את המים‪ ,‬אך הטמפרטורה של המים לא עולה מעל‬ ‫לטמפרטורת הרתיחה‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫‪.6‬‬

‫א‪ .‬מדוע הטמפרטורה של המים לא עולה?‬ ‫ב‪ .‬במה מושקעת אנרגיית החום אם לא חלה עלייה בטמפרטורת המים?‬ ‫טמפרטורה מוגדרת כ"אנרגיית התנועה הממוצעת של מולקולות החומר"‪ .‬לאור הגדרה זו הסבירו מה קורה‬

‫‪.7‬‬

‫למולקולות המים לאורך תהליך החימום עד לרתיחה ולאחריה‪.‬‬ ‫האם במהלך העבודה נתקלתם בקשיים? במידה וכן‪ ,‬ציינו מהם הקשיים‪.‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫כיצד התמודדתם עם הקשיים במהלך העבודה?‬ ‫האם התוצאות שהתקבלו בניסויים הפתיעו אתכם? נמקו את תשובתכם‪.‬‬

‫|‪|7‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬

‫אם נבצע את הניסוי עם נוזלים אחרים‪ ,‬כמו‪ ,‬אלכוהול או אצטון‪ ,‬האם יתקבלו גרפים דומים או שונים מהגרף‬ ‫שהתקבל בניסוי עם המים?‬ ‫האם טמפרטורת הרתיחה של מים מזוקקים‪ ,‬מי‪-‬ברז ומי‪-‬ים שווה?‬

‫‪.3‬‬

‫האם טמפרטורת הרתיחה של מים תלויה במיקום הניסוי על‪-‬פני כדור הארץ? האם מים רותחים בפסגת החרמון‬ ‫ובים המלח באותה טמפרטורה?‬

‫‪.2‬‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫‪.2‬‬

‫השלימו את המושגים המתאימים‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫שינוי מצב צבירה ממוצק לנוזל נקרא____________‪.‬‬ ‫שינוי מצב צבירה מנוזל למוצק נקרא____________‪.‬‬ ‫שינוי מצב צבירה מנוזל לגז נקרא______________‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫שינוי מצב צבירה מגז לנוזל נקרא ______________‪.‬‬

‫איזה מבין המאפיינים שלפניכם משתנה‪ ,‬כאשר חומר משנה את מצב הצבירה שלו?‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫גודל החלקיקים‬ ‫כוחות המשיכה בין החלקיקים‬

‫ג‪ .‬מסת החלקיקים‬ ‫ד‪ .‬סוג החלקיקים‬

‫‪.3‬‬

‫תלמידים רצו למדוד את טמפרטורת הרתיחה של שמן‪ .‬לצורך כך התלמידים הכינו מד‪-‬טמפרטורה כשהנוזל בתוכו‬ ‫היה מים‪ .‬האם התלמידים יוכלו למדוד את טמפרטורת הרתיחה של שמן באמצעות המד‪-‬טמפרטורה הזה? נמקו את‬ ‫תשובתכם‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫הסבירו במילים שלכם מדוע חימום נוסף של מים רותחים לא יגרום לעלייה בטמפרטורת המים?‬ ‫אנשים נוהגים לומר משפטים אלה‪" :‬היה חם לכן השוקולד נמס‪ ".‬או "תאכל מהר את הגלידה לפני שהיא תימס"‪.‬‬ ‫תקנו משפטים אלה לשפה מדעית נכונה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫הסבירו מדוע בחורף בזמן נסיעה במכונית עם מספר נוסעים מתחילים להיווצר אדי מים על הצד הפנימי של‬ ‫השמשה‪.‬‬

‫|‪|8‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫‪140‬‬

‫‪100‬‬

‫‪B‬‬

‫‪80‬‬

‫‪A‬‬

‫טמפרטורה )‪(°C‬‬

‫‪120‬‬

‫‪ 780C‬נקודת רתיחה‬

‫‪60‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪0‬‬

‫תוספת אנרגיית חום‬ ‫השפעת תוספת אנרגיית החום על טמפרטורת האתנול‬

‫‪.7‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪F0‬‬

‫לפניכם גרף המתאר את השינוי בטמפרטורה של החומר אתנול )סוג של אלכוהול( במהלך חימומו )הוספת אנרגיית‬ ‫חום(‪ .‬טמפרטורת הרתיחה של האתנול היא ‪ .78 C‬התבוננו בגרף וענו על השאלות‪:‬‬ ‫א‪ .‬באיזה מצב צבירה יהיה האתנול בטמפרטורה של ‪?250C‬‬ ‫ב‪ .‬באיזה מצב צבירה יהיה האתנול בטמפרטורה של ‪?900C‬‬ ‫‪0‬‬

‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫‪1‬‬

‫הקיפו בעיגול את ההיגד הנכון מבין ההיגדים‪:‬‬ ‫הטמפרטורה בנקודה ‪ A‬גדולה מ‪ /...‬שווה ל‪ /...‬קטנה מ‪ ...‬הטמפרטורה בנקודה ‪.B‬‬ ‫הסבירו את תשובתכם על‪-‬פי המודל החלקיקי של החומר‪.‬‬

‫הגרף נלקח מתוך ערכת הל"ה בנושא‪.‬‬

‫|‪|9‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫פרק ‪ -1‬מדריך למורה‬

‫מצבי צבירה וחום כמוס‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬חומרים‬ ‫נושא משנה‪ :‬תהליכי שינוי בחומר וחוק שימור המסה‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ז )ניתן לשימוש גם בכיתה ט בשיעורי פיזיקה בנושא אנרגיית חום(‪.‬‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ 90 :‬דקות כולל דיון מסכם‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬מצבי צבירה‪ ,‬טמפרטורה‪ ,‬חום‪ ,‬התכה‪ ,‬התאדות‪ ,‬התעבות‪ ,‬הקפאה‪ ,‬חום כמוס‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬העלאת השערות‪ ,‬בידוד משתנים‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬דרגת קושי – בינונית עד גבוהה‪.‬‬

‫•‬

‫מקורות מידע נוספים‪:‬‬

‫‪www1.snunit.k12.il/heb_journals/allon/143017.html‬‬

‫‪www.ofekhigh.cet.ac.il/ShowItem.aspx?ItemID=99a4e224-0340-4899-934c-87cf4bfd097a&lang=HEB‬‬ ‫‪www.ofekhigh.cet.ac.il/ShowItem.aspx?ItemID=0b052594-b04f-4f36-9ee1-7b8008137f3e&lang=HEB‬‬ ‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫חשוב לשוחח עם התלמידים על כללי זהירות בעבודה עם מים חמים‪.‬‬

‫ב‪.‬‬

‫לכל חיישן יש טווח שגיאה של עד ‪ ,2%‬כלומר‪ ,‬שני חיישנים שונים יכולים לתת קריאה שונה לאותה‬ ‫מדידה‪.‬‬ ‫מיקומו של החיישן חייב להיות קבוע לאורך כל הניסוי‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫בשלב א של הניסוי אין צורך לחמם‪ ,‬החום מהסביבה מאפשר לתהליך להתקיים‪ .‬בשלב ב של הניסוי –‬ ‫החל מטמפרטורה של ‪ 100C‬להתחיל לחמם את המים‪.‬‬ ‫ניתן להניח כיסוי של קלקר מעל פתח הבקבוק כדי להקטין איבוד חום לסביבה‪.‬‬

‫ג‪.‬‬

‫ה‪.‬‬ ‫ו‪.‬‬

‫•‬

‫ז‪.‬‬

‫אין להתייחס לטמפרטורה המדויקת של המים אלא לשינויים שמתרחשים במערכת‪ .‬טמפרטורת הרתיחה‬ ‫של המים מושפעת ממספר גורמים‪ ,‬כמו‪ :‬איכות המים‪ ,‬גובה היישוב‪ ,‬רגישות החיישן ועוד‪.‬‬ ‫המורה תוכל לבצע ניסוי דומה עם נוזל אחר‪ ,‬כמו אצטון‪ ,‬ולהדגים לתלמידים את הדמיון בגרף המתקבל‪.‬‬

‫ח‪.‬‬

‫יש לשלב דיון בנושא המתודה המדעית בכל שלבי העבודה‪.‬‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‪:‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫טאבלט אינשטיין‬ ‫חיישן טמפ'‬ ‫פלטה חשמלית לחימום‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫‪ 10‬מ"ל מים מזוקקים‬ ‫קרח כתוש )רצוי ממים מזוקקים(‬ ‫מקל מזכוכית‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫כן מעבדה‬ ‫ארלנמייר קטן של ‪ 50‬מ"ל או כוס כימית של ‪ 50‬מ"ל‬

‫| ‪| 10‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫יש לשים לב לעבודה של התלמידים עם המים החמים‪.‬‬ ‫אם יש מחסור בפלטות לחימום ניתן לבצע עם כוהליות אבל לא רצוי עם גזיות‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫רצוי להכין לניסוי זה קוביות קרח ממים מזוקקים‪ ,‬כדי שהתוצאות לא יושפעו בגלל קרח ממי ברז‪ .‬את‬ ‫קוביות הקרח יש להכניס לשקית‪ ,‬ובאמצעות פטיש ליצור קרח כתוש‪.‬‬

‫תשובות לתוצאות‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪?Y -‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫בציר ‪ X‬מוצג הזמן‪ ,‬ובציר ‪ Y‬מוצגת הטמפרטורה‪.‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? הזמן הוא המשתנה הבלתי תלוי‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬ואילו היחידות בציר ‪ Y‬הן טמפרטורה במעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫כותרת הגרף‪ :‬שינוי הטמפרטורה של מים מטמפרטורת ההתכה ועד טמפרטורת הרתיחה‪.‬‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫מה הייתה הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנמדדה? ‪.0 C‬‬ ‫מתי טמפרטורת המים התחילה להעלות בצורה משמעותית?‬ ‫טמפרטורת המים התחילה לעלות רק כשלא היה קרח במים‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫באיזו טמפרטורה המים הגיעו לנקודת רתיחה מלאה?‬ ‫בטמפרטורה הקרובה ל‪) 1000C-‬יכולה לנוע סביב ‪.(99 C – 980C‬‬ ‫האם לאחר רתיחה של חמש דקות טמפרטורת המים המשיכה לעלות? מדוע?‬

‫‪.5‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪.9‬‬

‫לא‪ ,‬לאחר חמש דקות של רתיחה הטמפרטורה לא עלתה‪ .‬ההסבר הוא שהחום שנקלט על‪ -‬ידי המים גרם לפירוק‬ ‫הקשרים בין מולקולות המים‪.‬‬ ‫‪ .10‬תארו את הגרף שהתקבל בתהליך רתיחת המים‪ .‬התייחסו לטמפרטורה ההתחלתית והסופית של המים‪ ,‬ולנקודות‬ ‫המעבר בין מצבי הצבירה‪.‬‬ ‫בתחילת הניסוי הטמפרטורה של המי‪-‬קרח יורדת עד לטמפרטורה של ‪ . 00C‬בהמשך הטמפרטורה נשארת קבועה‪.‬‬ ‫עד שבנקודה מסוימת הטמפרטורה מתחילה לעלות עד שהמים מגיעים לטמפרטורת הרתיחה שלהם‪ ,‬והיא נשארת‬ ‫קבועה למרות שהמערכת עדיין קולטת חום‪.‬‬

‫תשובות לשאלות ‪ -‬דיון מסקנות‬ ‫‪.1‬‬

‫‪.2‬‬

‫מדוע היה חשוב לקבע את חיישן הטמפרטורה למקל הזכוכית?‬ ‫מאחר והטמפרטורה במקומות שונים בכלי בכל זמן נתון מעט שונות המיקום של החיישן חייב להיות קבוע לאורך כל‬ ‫הניסוי כדי שהמדידה תהיה אחידה‪.‬‬ ‫מדוע טמפרטורת המי‪-‬קרח בכלי עלתה למרות שלא חיממנו אותם עם הפלטה? מאיפה קלטו המים חום לתהליך‬ ‫זה?‬ ‫מי‪-‬הקרח בכלי קלטו חום מהסביבה‪ ,‬מאחר וחום עובר תמיד מגוף בעל טמפרטורה גבוהה לגוף בעל טמפרטורה‬ ‫נמוכה‪ .‬טמפרטורת הסביבה )של החדר( גבוהה יותר מטמפרטורת המי‪-‬קרח ולכן המי‪-‬קרח קולטים חום ומתחילים‬ ‫לעבור התכה‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫כל עוד יש בכלי מים וקרח יחד הטמפרטורה כמעט ולא עולה‪ .‬הסבירו מדוע?‬ ‫כל עוד יש בכלי גם מים במצב צבירה נוזלי וגם מים במצב צבירה מוצק )קרח( כל החום שנקלט מהסביבה גורם‬ ‫לשינוי מצב הצבירה‪ ,‬כלומר‪ ,‬לשבירת הקשרים בין מולקולות המים‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫מהו חום כמוס?‬ ‫חום כמוס מתאר את כמות האנרגיה בצורה של חום‪ ,‬הדרושה לחומר מסוים כדי לשנות מצב צבירה ‪ .‬חום כמוס הוא‬ ‫החום הנקלט על‪-‬ידי חומר‪ ,‬וגורם לשבירת הקשרים בין מולקולות או אטומי החומר‪ ,‬ולא גורם לשינוי בטמפרטורה‪.‬‬

‫| ‪| 11‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫‪.5‬‬

‫כשהמים מגיעים לטמפרטורת הרתיחה אנחנו ממשיכים לחמם את המים‪ ,‬אך הטמפרטורה של המים לא עולה מעל‬ ‫לטמפרטורת הרתיחה‪.‬‬ ‫א‪ .‬מדוע הטמפרטורה של המים לא עולה?‬ ‫הטמפרטורה לא ממשיכה לעלות למרות שאנחנו ממשיכים לספק חום למערכת‪ ,‬כי המים נמצאים בשני מצבי צבירה‬ ‫בו‪-‬זמנית‪ :‬נוזל וגז‪ .‬החום הזה נקרא חום כמוס‪.‬‬ ‫ב‪ .‬במה מושקעת אנרגיית החום אם לא חלה עלייה בטמפרטורת המים?‬ ‫כל אנרגיית החום שנקלטת על‪-‬ידי המערכת גורמת לשבירת הקשרים בין מולקולות המים‪ ,‬וגורמת לשינוי מצב‬ ‫הצבירה של המים ממצב צבירה של נוזל למצב צבירה של גז‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫טמפרטורה מוגדרת כ"אנרגיית התנועה הממוצעת של מולקולות החומר"‪ .‬לאור הגדרה זו הסבירו מה קורה‬ ‫למולקולות המים לאורך תהליך החימום עד לרתיחה ולאחריה‪.‬‬ ‫בתחילת התהליך המים נמצאים במצב צבירה מוצק‪ ,‬ויש קשרים חזקים בין מולקולות המים‪ .‬כשהמים מתחילים‬ ‫לקלוט חום מהסביבה החום גורם להחלשת הקשרים בין המולקולות ומתחיל תהליך שינוי מצב הצבירה) חום כמוס(‪.‬‬ ‫כל עוד יש מים במצב צבירה מוצק‪ ,‬הטמפרטורה של המים לא עולה מעל אפס מעלות‪ .‬ברגע שאין יותר קרח‪ ,‬המים‬ ‫ממשיכים לקלוט חום מהסביבה‪ ,‬והטמפרטורה מתחילה לעלות‪ .‬בשלב הבא לאחר הדלקת הפלטה החשמלית‪ ,‬המים‬ ‫קולטים חום מהפלטה והטמפרטורה ממשיכה לעלות‪ .‬כשהמים מגיעים לנקודת רתיחה‪ ,‬שוב כל אנרגיית החום‬ ‫מושקעת בשבירת קשרים בין המולקולות‪ ,‬והטמפרטורה לא עולה מעל נקודת הרתיחה‪.‬‬

‫תשובות לשאלות בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫‪.2‬‬

‫השלימו את המושגים המתאימים‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫שינוי מצב צבירה ממוצק לנוזל נקרא‪ ...‬התכה‪.‬‬ ‫שינוי מצב צבירה מנוזל למוצק נקרא‪ ...‬הקפאה‪.‬‬ ‫שינוי מצב צבירה מנוזל לגז נקרא‪ ...‬התאדות‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫שינוי מצב צבירה מגז לנוזל נקרא‪ ...‬התעבות‪.‬‬

‫איזה מבין המאפיינים שלפניכם משתנה כאשר חומר משנה את מצב הצבירה שלו?‬ ‫ג‪ .‬מסת החלקיקים‬ ‫א‪ .‬גודל החלקיקים‬ ‫ד‪ .‬סוג החלקיקים‬ ‫ב‪ .‬כוחות המשיכה בין החלקיקים‬ ‫המאפיין היחיד שמשתנה בזמן שינוי מצב צבירה הוא כוחות המשיכה בין החלקיקים‪.‬‬

‫‪ .3‬תלמידים רצו למדוד את טמפרטורת הרתיחה של שמן‪ .‬לצורך כך התלמידים הכינו מד‪-‬טמפרטורה כשהנוזל בתוכו‬ ‫היה מים‪ .‬האם התלמידים יוכלו למדוד את טמפרטורת הרתיחה של שמן באמצעות מד הטמפרטורה הזה? נמקו את‬ ‫תשובתכם‪.‬‬ ‫‪0‬‬ ‫התלמידים לא יוכלו למדוד את טמפרטורת הרתיחה של השמן מאחר ושמן רותח בטמפרטורה מעל ‪ ,200 C‬והמים‬ ‫‪.4‬‬

‫במד‪-‬טמפרטורה יהיו במצב צבירה של גז ולא יוכלו "למדוד" את הטמפרטורה של השמן‪.‬‬ ‫הסבירו במילים שלכם מדוע חימום נוסף של מים רותחים לא יגרום לעלייה בטמפרטורת המים‪.‬‬ ‫אם נמשיך לחמם מים רותחים‪ ,‬כל אנרגיית החום תושקע בפירוק הקשרים הכימיים בין מולקולות המים‪ ,‬לכן לא‬ ‫נראה שינוי בטמפרטורה‪.‬‬

‫‪ .5‬אנשים נוהגים לומר משפטים אלה‪" :‬היה חם לכן השוקולד נמס‪ ".‬או "תאכל מהר את הגלידה לפני שהיא תימס"‪.‬‬ ‫תקנו משפטים אלה לשפה מדעית נכונה‪.‬‬ ‫תיקון משפטים‪ :‬במקום לכתוב נמס צריך לכתוב ניתך שהוא תהליך של שינוי מצב צבירה ולא המסה‪.‬‬ ‫"היה חם לכן השוקולד ניתך‪".‬‬ ‫"תאכל מהר את הגלידה לפני שהיא תותך‪".‬‬

‫| ‪| 12‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫‪.6‬‬

‫‪.7‬‬

‫הסבירו מדוע בחורף בזמן נסיעה במכונית מתחילים להיווצר אדי מים על הצד הפנימי של השמשה‪.‬‬ ‫במהלך הנסיעה הנוסעים נושמים ובנשיפה יש אדי מים‪ .‬אדי המים "פוגשים" את החלון הקר‪ ,‬הגורם לשינוי מצב‬ ‫הצבירה שלהם ממים במצב צבירה גז‪ ,‬למים במצב צבירה נוזל‪.‬‬ ‫לפניכם גרף המתאר את השינוי בטמפרטורה של החומר אתנול )סוג של אלכוהול( במהלך חימומו )הוספת אנרגיית‬ ‫חום(‪ .‬טמפרטורת הרתיחה של האתנול היא ‪.780C‬‬ ‫‪140‬‬

‫‪100‬‬ ‫‪B‬‬

‫‪A‬‬

‫טמפרטורה )‪(°C‬‬

‫‪120‬‬

‫‪80‬‬

‫‪ 780C‬נקודת רתיחה‬

‫‪60‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪0‬‬

‫תוספת אנרגיית חום‬ ‫השפעת תוספת אנרגיית החום על טמפרטורת האתנול‬ ‫‪.8‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪F1‬‬

‫התבוננו בגרף וענו על השאלות‪:‬‬ ‫א‪ .‬באיזה מצב צבירה יהיה האתנול בטמפרטורה של ‪ ?25 C‬במצב צבירה נוזל‪.‬‬ ‫ב‪ .‬באיזה מצב צבירה יהיה האתנול בטמפרטורה של ‪ ?900C‬במצב צבירה גז‪.‬‬ ‫ג‪ .‬הקיפו בעיגול את ההיגד הנכון מבין ההיגדים‪:‬‬ ‫‪0‬‬

‫הטמפרטורה בנקודה ‪.B‬‬

‫הטמפרטורה בנקודה ‪ A‬גדולה מ‪ /...‬שווה ל‪ /...‬קטנה מ‪...‬‬ ‫ד‪ .‬הסבירו את תשובתכם על‪-‬פי המודל החלקיקי של החומר‪:‬‬ ‫בנקודה ‪ A‬האתנול הגיע לטמפרטורת הרתיחה שלו‪ .‬המשך חימום של האתנול לא יגרום לעלייה בטמפרטורת‬ ‫החומר )רואים בגרף( אלא רק לשבירת הקשרים בין מולקולות החומר‪ .‬מנקודה ‪ B‬מתחיל תהליך עליית‬ ‫הטמפרטורה כי כל החומר שינה את מצב הצבירה שלו‪ .‬חום זה נקרא חום כמוס‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫הגרף נלקח מתוך ערכת הל"ה בנושא‪.‬‬

‫| ‪| 13‬‬

‫| מצבי צבירה וחום כמוס |‬

‫גרף לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף התכה והרתחה של מים‬

‫| ‪| 14‬‬

‫פרק ‪2‬‬

‫חום סגולי‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫| ‪| 15‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫הקדמה‬ ‫תלמיד שאל את המורה למדעים את השאלה הבאה‪" :‬למה כשאני מכניס כמות שווה של דבש ומים למיקרוגל הדבש‬ ‫מתחמם מהר יותר מהמים?"‬ ‫מה הייתם עונים לתלמיד הסקרן? התשובה היא חום סגולי! אבל מהו חום סגולי?‬ ‫לכל חומר בטבע יש חום סגולי ייחודי‪ .‬החום הסגולי )או קיבול חוֹם סגולי ‪ -‬מקובל לסמנו באות ‪ C‬של חומר מסוים מתאר‬ ‫את כמות החום ‪ Q‬שיש להשקיע ביחידת מסה של אותו חומר על מנת להעלות את הטמפרטורה שלו במעלה אחת‪,‬‬ ‫ביחידות של קלוריה לגרם מעלה‪ .‬החום הסגולי של מים נחשב יחסית גבוה ‪ -‬והוא כ‪ 4186-‬ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס‬ ‫)או בדיוק ‪ 1000‬קלוריות ‪ -‬לפי הגדרת הקלוריה(‪.‬‬ ‫טמפרטורה ‪ -‬תכונה של החומר‪ ,‬מדד לרמת האנרגטיות של החלקיקים מהם בנוי החומר‪ .‬טמפרטורה נמדדת )ב"מד‪-‬‬ ‫טמפרטורה"( במעלות צלזיוס‪ ,‬פרנהייט או קלווין‪.‬‬ ‫חום – סוג של אנרגיה המתבטא באנרגיית תנועה של חלקיקי החומר‪ .‬כאשר חומר קולט אנרגיית חום מסביבתו‪ ,‬עולה‬ ‫מהירות תנועת החלקיקים שלו‪ ,‬ובאם נמדוד את הטמפרטורה שלו נבחין שהיא עלתה‪ .‬תהליך הפוך יקרה באם חומר‬ ‫מאבד אנרגיית חום לסביבתו‪ .‬במקרה כזה תנועת החלקיקים שלו תואט ונוכל להיווכח שהטמפרטורה שלו ירדה‪ .‬החום‬ ‫נמדד בג'אול וקלוריות‪.‬‬ ‫במקרה של חום וטמפרטורה ניתן לבטא את הקשר במשוואה הבאה‪Q=MCΔT :‬‬ ‫כאשר ‪ = Q‬אנרגיית חום‪ = C ,‬קיבול חום סגולי של החומר‪ = M ,‬מסת החומר ו‪ ΔT-‬מבטא את הפרש הטמפרטורות שחל‬ ‫בחומר עקב מעבר האנרגיה‪.‬‬ ‫במהלך המעבר של החומר ממצב צבירה מוצק לנוזל או מנוזל למוצק‪ -‬אין שינוי בטמפרטורת החומר‪ .‬החום המושקע‬ ‫בשלב זה נקרא לעיתים "חום כמוס"‪ ,‬כיוון שאינו גורם לעלייה בטמפרטורה אלא לשינוי במצב צבירה בלבד‪.‬‬ ‫בטמפרטורת ההיתוך של החומר‪ ,‬חימום נוסף יגרום להחלשת הכוחות הפועלים בין החלקיקים אך אינו מעלה את‬ ‫המהירות הממוצעת של החלקיקים‪ .‬המשמעות היא שאנרגיית התנועה הממוצעת של החלקיקים לא משתנה; מסיבה זו‪,‬‬ ‫בתהליך שבו עובר החומר ממוצק לנוזל הטמפרטורה קבועה‪.‬‬ ‫בואו נשאל חמש שאלות על חום סגולי )ניתן להיעזר במחסן מילות השאלה(‬ ‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪ ?...‬מה זה? מה זה…? מה‬ ‫יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע? ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________________‬

‫מה נחקור?‬ ‫במעבדה זו נחקור את החום הסגולי של מספר חומרים שונים‪ .‬נחקור את החומרים השונים בזוגות‪ .‬נתחיל עם מדידת חום‬ ‫סגולי של מים ושמן ונעבור למדידת החום הסגולי של חול ודבש‪.‬‬ ‫נלמד על היכולת של חומרים שונים לקלוט אנרגיית חום מהסביבה ולפלוט אותה לסביבה‪.‬‬

‫| ‪| 16‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬ ‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימת הציוד והחומרים אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנטית‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬

‫•‬

‫‪ 4‬מבחנות גדולות‬

‫•‬

‫‪ 2‬פקקים למבחנה עם חור להעברת חיישן הטמפרטורה‬

‫•‬

‫‪ 2‬כוסות כימיות )‪ 600‬מ"ל(‬

‫•‬

‫מים חמים מאוד )‪(900C‬‬

‫•‬

‫מים קרים מאוד )‪(5 C‬‬

‫•‬

‫דבש‬

‫‪0‬‬

‫•‬

‫חול‪-‬ים‬

‫•‬

‫מים מזוקקים‬

‫•‬

‫שמן סויה‬

‫•‬

‫כפית‬

‫•‬

‫משפך‬

‫העמדת הניסוי‬ ‫חשוב מאוד! במעבדה זו תעבדו עם מים חמים מאוד‪ .‬חשוב להקפיד על כללי זהירות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה ‪) MiLAB‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישני הטמפ' לשני שקעי המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישני הטמפ' שאותם חיברתם לטאבלט נבחרו‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן‬ ‫הטמפ' הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫למבחנה מס' ‪ 1‬מזגו ‪ 45‬גר' מים מזוקקים‪.‬‬ ‫למבחנה מס' ‪ 2‬מזגו ‪ 45‬גר' של שמן סויה‪.‬‬

‫(‬

‫| ‪| 17‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה )‪ 2‬חיישנים(‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל שנייה‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 1000‬שניות‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫שערו מה יקרה לטמפרטורה של שני החומרים האלה‪ ,‬אם נחמם אותם יחד באותו הכלי‪ .‬האם העלייה בטמפרטורה בשתי‬ ‫המבחנות תהיה זהה או שונה?‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________‬

‫ביצוע הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.2‬‬

‫המתינו להתייצבות הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מזגו לכוס כימית‪ ,‬שתכיל בנוחות את שתי המבחנות‪ ,‬מים רותחים מקומקום‪.‬‬ ‫העבירו את המבחנות לתוך הכוס עם המים הרותחים‪ ,‬וצפו בשינוי הטמפרטורה בשתי המבחנות‪ .‬ודאו שהמים‬ ‫מכסים את המבחנה עד קצה קו הנוזלים‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫לאחר שהטמפרטורה בשתי המבחנות השתוותה למשך ‪ 30‬שניות לפחות‪ ,‬העבירו בזהירות את המבחנות עם‬ ‫החיישנים למים קרים מאוד‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫המשיכו את המדידה עד להגעה של שתי המבחנות לטמפרטורת החדר‪ ,‬לאחר מכן לחצו על הצלמית עצור )‬

‫(‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫(‬

‫להפסקת המדידה‪.‬‬ ‫‪.7‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים‪ ,‬שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫להוראות המורה‪.‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫הוציאו את חיישני הטמפרטורה מהמבחנות של חלק א ונקו היטב את החיישנים‪.‬‬ ‫למבחנה מס' ‪ 3‬מזגו ‪ 45‬גר' של דבש )רצוי למזוג את הדבש ממיכל דבש לחיץ(‪.‬‬ ‫למבחנה מס' ‪ 4‬מזגו ‪ 45‬גר' חול ים‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫פקקו את שתי המבחנות עם פקק שדרכו עובר חיישן הטמפרטורה‪ .‬ודאו שהחיישן תובל ברובו בתוך החומר הנבדק‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫אין צורך לשנות את ההגדרות של החיישנים‪ .‬לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫המתינו להתייצבות הטמפרטורה‪.‬‬ ‫מזגו לכוס כימית‪ ,‬שתכיל בנוחות את שתי המבחנות‪ ,‬מים רותחים מקומקום‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫העבירו את המבחנות לתוך הכוס עם המים הרותחים‪ ,‬וצפו בשינוי הטמפרטורה בשתי המבחנות‪ .‬ודאו שהמים‬ ‫מכסים את המבחנה עד קצה קו החומרים‪.‬‬

‫| ‪| 18‬‬

‫(‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫‪.9‬‬

‫לאחר שהטמפרטורה בשתי המבחנות השתוותה למשך ‪ 30‬שניות לפחות‪ ,‬העבירו בזהירות את המבחנות עם‬ ‫החיישנים למים קרים מאוד‪.‬‬

‫‪ .10‬המשיכו את המדידה עד להגעתן של שתי המבחנות לטמפרטורת החדר‪ ,‬לאחר מכן לחצו על צלמית עצור )‬

‫(‬

‫להפסקת המדידה‪.‬‬ ‫‪ .11‬לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫להוראות המורה‪.‬‬

‫תוצאות‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬

‫התבוננו בגרפים שהתקבלו בסיום הניסוי והשלימו את הנתונים הבאים בטבלה‪.‬‬

‫החומר‪:‬‬

‫טמפרטורה‪:‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 3‬דקות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 6‬דקות‬

‫מים‬ ‫שמן‬ ‫דבש‬ ‫חול‬

‫| ‪| 19‬‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 9‬דקות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 12‬דק'‬

‫טמפרטורה‬ ‫מרבית‬

‫| חום סגולי |‬

‫‪.7‬‬

‫‪.8‬‬

‫‪.9‬‬

‫השלימו את המידע הבא מתוך קריאת הנתונים בגרפים שהתקבלו‪:‬‬ ‫א‪ .‬איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורה המרבית ראשון בתהליך החימום?‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורה המרבית אחרון בתהליך החימום?‬ ‫איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורת החדר ראשון בתהליך הקירור?‬ ‫איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורת החדר אחרון בתהליך הקירור?‬

‫ה‪.‬‬ ‫ו‪.‬‬ ‫ז‪.‬‬

‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורה המרבית ראשון בתהליך החימום?‬ ‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורה המרבית אחרון בתהליך החימום?‬ ‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורת החדר ראשון בתהליך הקירור?‬

‫ח‪.‬‬

‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורת החדר אחרון בתהליך הקירור?‬

‫על סמך התוצאות ניתן לדרג את החום הסגולי של ארבעת החומרים‪ .‬השלימו את הנתונים‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫החומר עם החום הסגולי הגבוה יותר בחלק א הוא ‪...‬‬ ‫החומר עם החום הסגולי הנמוך יותר בחלק א הוא ‪...‬‬ ‫החומר עם החום הסגולי הגבוה יותר בחלק ב הוא ‪...‬‬

‫ד‪.‬‬

‫החומר עם החום הסגולי הנמוך יותר בחלק ב הוא ‪....‬‬

‫האם על סמך הנתונים של שני חלקי הניסוי תוכלו לדרג את כל ארבעת החומרים ‪ -‬מהחומר בעל החום הסגולי‬ ‫הגבוה ביותר ועד הנמוך ביותר?‬

‫דיון ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬

‫האם כל החומרים הגיעו לאותה טמפרטורה מרבית )בטווח של ‪ ?(20C‬הסבירו את התשובה בעזרת תוצאות הניסוי‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫הסבירו מה נכון לומר‪:‬‬ ‫א‪ .‬החומר בעל החום הסגולי הגבוה ביותר מתחמם הכי מהר‪.‬‬ ‫ב‪ .‬החומר בעל החום הסגולי הגבוה ביותר מתחמם הכי לאט‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫השוו את התוצאות שקיבלתם עם תוצאות של קבוצות אחרות‪ .‬האם התוצאות זהות או דומות?‬ ‫כיצד תוכלו להסביר מצב זה?‬ ‫תלמידים ביצעו מספר חזרות של אותו הניסוי‪ ,‬ובכל פעם קיבלו תוצאות מעט שונות‪ .‬הסבירו מדוע?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫הסבירו מה החשיבות של ריבוי חזרות במהלך ניסוי?‬ ‫בניסוי נערכה השוואה בין מסות שוות ולא נפחים שווים‪ .‬הסבירו מדוע ‪.‬‬ ‫א‪ .‬האם נתקלתם בקשיים מיוחדים במהלך העבודה? פרטו מהם‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫כיצד התמודדתם עם הקשיים שהתעוררו במהלך העבודה?‬ ‫מאיזה חלק בתהליך העבודה הכי נהניתם?‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬

‫האם במהלך הניסוי כל החומרים קלטו את אותה כמות של חום? התבוננו בנוסחה בפתיח למעבדה‪.‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫האם בשלב ההתקררות כל החומרים פלטו את אותה כמות של חום?‬ ‫מה יקרה לצורת הגרף אם נכפיל את המסה של החומר הנבדק?‬ ‫האם החום הסגולי של מים מזוקקים‪ ,‬מי‪-‬ברז ומי‪-‬ים הוא שווה?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫האם החום הסגולי של מתכות הוא גבוה יותר או נמוך יותר ממים?‬ ‫האם יש קשר בין החום הסגולי של החומר להולכת החום של החומר?‬

‫| ‪| 20‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫כתבו במילים שלכם מהו חום סגולי‪______________________________________________________.‬‬ ‫______________________________________________________________________________‬ ‫התבוננו בטבלה המציגה ערכים של חום סגולי של מספר חומרים‪.‬‬

‫החומר‬

‫חום סגולי )ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס(‬

‫מים‬

‫‪4.2‬‬

‫כוהל רפואי‬

‫‪2.3‬‬

‫שמן סויה‬

‫‪1.97‬‬

‫אלומיניום‬

‫‪0.90‬‬

‫חול‬

‫‪0.83‬‬

‫דבש‬

‫‪0.67 - 0.54‬‬

‫ברזל‬

‫‪0.45‬‬

‫נחושת‬

‫‪0.38‬‬

‫כסף‬

‫‪0.24‬‬

‫זהב‬

‫‪0.13‬‬

‫אם נשים בכוס מים חמים ארבעה מוטות מתכת זהים בגודלם העשויים‪ :‬זהב‪ ,‬כסף‪ ,‬אלומיניום ונחושת‪ ,‬איזה מהם‬ ‫‪.3‬‬

‫יתחמם הכי מהר? איזה יתחמם הכי לאט? נמקו את תשובתכם‪.‬‬ ‫א‪ .‬כשאדם חולה וטמפרטורת גופו עולה נהוג למרוח עליו אלכוהול על מנת לגרום לירידת טמפרטורת הגוף‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫הסבירו כיצד האלכוהול גורם לצינון הגוף?‬ ‫ב‪ .‬התבוננו בנתונים בטבלה והסבירו מדוע עדיף להשתמש באלכוהול במקום במים?‬ ‫האם הנתונים בטבלה תואמים את התוצאות שקיבלתם בניסוי? נמקו את תשובתכם‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫יום קיץ חם‪ ,‬השעה ‪ 12‬בצהריים‪ ,‬אתם בגן שעשועים‪ ,‬יש מתקנים ממתכת ומתקנים מעץ‪ ,‬על איזה מתקן כדאי‬ ‫לעלות‪ ,‬על מגלשה ממתכת או נדנדה מעץ? הסבירו מדוע‪.‬‬ ‫תלמידים לקחו שלושה מוטות הדומים בגודלם ועשויים משלושה חומרים שונים‪ :‬זכוכית‪ ,‬אלומיניום וברזל‪ .‬את‬ ‫המוטות התלמידים טבלו בכוס עם מים רותחים‪ .‬החומר שהתחמם הכי מהר היה הברזל‪ ,‬אחר כך הזכוכית ובסוף‬ ‫האלומיניום‪ .‬האם תוכלו לשער מה הטווח של החום הסגולי של הזכוכית?‬ ‫החום הסגולי של אדמה יבשה הוא ‪ 0.80‬ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס‪ ,‬ואילו של אדמה רטובה הוא ‪ .1.48‬האם‬ ‫תוכלו להסביר ממה נובע ההבדל בנתונים בין האדמה היבשה לאדמה הרטובה?‬ ‫התבוננו בטבלה על הנתונים של חום סגולי של דבש ועץ‪ .‬מה יכול להיות ההסבר לכך שהנתונים הם בטווח של‬ ‫ערכים ולא ערך אחד?‬

‫| ‪| 21‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫פרק ‪ -2‬מדריך למורה‬

‫חום סגולי‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬חומרים‬ ‫נושא משנה‪ :‬תהליכי שינוי בחומר וחוק שימור המסה‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ז )ניתן לשימוש גם בכיתה ט בשיעורי פיזיקה בנושא אנרגיית חום(‪.‬‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ 90 :‬דקות‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬חום סגולי‪ ,‬חלקיקים‪ ,‬אנרגיית חום‪ ,‬אנרגיית תנועה )קינטית( של החלקיקים‪,‬‬ ‫טמפרטורה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪ ,‬העברת נתונים מגרף לטבלה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬העלאת השערות‪ ,‬בידוד משתנים‪ ,‬חשיבות החזרות‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬דרגת קושי – בינונית עד גבוהה‪.‬‬

‫•‬

‫מקורות מידע נוספים‪:‬‬

‫‪http://chemtech.huji.ac.il/crystal/water1.html‬‬

‫‪http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%99%D7%91%D7%95%D7%9C_%D7%97%D7%95%D7%9D‬‬ ‫‪http://www.bee-hexagon.net/files/file/fileE/Honey/4PhysicalPropertiesHoney.pdf‬‬ ‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫המושג חום סגולי הוא מושג קשה להבנה לתלמידים‪ .‬רצוי להרבות בדוגמאות מחיי היום‪-‬יום על מנת‬ ‫להפוך את המושג ליותר נגיש עבור התלמידים‪.‬‬ ‫אין צורך לתת לכל קבוצות התלמידים לבצע את שני הניסויים‪ ,‬ניתן להבין את העיקרון בביצוע ניסוי אחד‬ ‫והשלמת הנתונים לגבי הניסוי השני‪.‬‬

‫•‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‪:‬‬ ‫טאבלט אינשטיין‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬ ‫‪ 3‬מבחנות גדולות‬ ‫‪ 3‬פקקים למבחנה עם חור להעברת חיישן הטמפרטורה‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫‪ 2‬כוסות כימיות )‪ 600‬מ"ל(‬ ‫מים חמים מאוד )‪(900C‬‬ ‫מים קרים מאוד )‪(50C‬‬

‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫דבש‬ ‫חול‪-‬ים‬

‫‪.10‬‬

‫מים מזוקקים‬

‫ב‪.‬‬

‫חשוב מאוד להקפיד על מדידת מסה זהה של כל החומרים הנבדקים‪.‬‬

‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬ ‫ה‪.‬‬

‫את הדבש רצוי למזוג מבקבוק לחיץ של דבש או להעביר לבקבוק לחיץ במעבדה‪.‬‬ ‫ניתן להוסיף חומרים נוספים לבדיקה‪ ,‬כמו‪ :‬שמן‪ ,‬שוקולד‪ ,‬אצטון‪.‬‬ ‫יש להסביר לתלמידים על הסכנה בעבודה עם מים רותחים‪ .‬במידת הצורך הלבורנט יכול לעבור ולמזוג‬ ‫לתלמידים מים רותחים‪ ,‬במקום שהתלמידים יתרוצצו במעבדה עם כוסות עם מים רותחים‪.‬‬

‫| ‪| 22‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫תשובות לתוצאות‬ ‫חלק א ‪ -‬השוואת חום סגולי של מים ושמן‬ ‫‪ .1‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫על ציר ‪ X‬מוצג הזמן‪ ,‬ובציר ‪ Y‬מוצגת הטמפרטורה‪.‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬ובציר ‪ Y‬היחידות הן מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫מה הכותרת של הגרף? חלק א – השוואת חום סגולי של מים ושמן‪ ,‬חלק ב – השוואת חום סגולי של דבש וחול‬

‫חלק ב ‪ -‬השוואת חום סגולי של דבש וחול‬ ‫‪.1‬‬

‫התבוננו בגרפים שהתקבלו בסיום הניסוי והשלימו את הנתונים הבאים בטבלה‪.‬‬ ‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 3‬דקות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 6‬דקות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 9‬דקות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫לאחר ‪ 12‬דק'‬

‫טמפרטורה‬ ‫מרבית‬

‫מים‬

‫‪230C‬‬

‫‪640C‬‬

‫‪740C‬‬

‫‪700C‬‬

‫‪310C‬‬

‫‪720C‬‬

‫שמן‬

‫‪230C‬‬

‫‪690C‬‬

‫‪760C‬‬

‫‪700C‬‬

‫‪270C‬‬

‫‪740C‬‬

‫החומר‪:‬‬

‫טמפרטורה‪:‬‬

‫דבש‬ ‫חול‬

‫‪.2‬‬

‫‪.3‬‬

‫השלימו את המידע הבא מתוך קריאת הנתונים בגרפים שהתקבלו‪:‬‬ ‫א‪ .‬איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורה המרבית ראשון בתהליך החימום? שמן‬ ‫ב‪ .‬איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורה המרבית אחרון בתהליך החימום? מים‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬ ‫ה‪.‬‬

‫איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורת החדר ראשון בתהליך הקירור? שמן‬ ‫איזה מהחומרים מחלק א הגיע לטמפרטורת החדר אחרון בתהליך הקירור? מים‬ ‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורה המרבית ראשון בתהליך החימום? דבש‬

‫ו‪.‬‬ ‫ז‪.‬‬

‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורה המרבית אחרון בתהליך החימום? חול‬ ‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורת החדר ראשון בתהליך הקירור? דבש‬

‫ח‪.‬‬

‫איזה מהחומרים מחלק ב הגיע לטמפרטורת החדר אחרון בתהליך הקירור? חול‬

‫על סמך התוצאות ניתן לדרג את החום הסגולי של ארבעת החומרים‪ .‬השלימו את הנתונים‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫החומר עם החום הסגולי הגבוה יותר בחלק א הוא‪ ...‬מים‬ ‫החומר עם החום הסגולי הנמוך יותר בחלק א הוא‪ ...‬שמן‬ ‫החומר עם החום הסגולי הגבוה יותר בחלק ב הוא‪ ...‬דבש‬

‫ד‪.‬‬

‫החומר עם החום הסגולי הנמוך יותר בחלק ב הוא‪ ...‬חול‬

‫| ‪| 23‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫‪.4‬‬

‫האם על סמך הנתונים של שני חלקי הניסוי תוכלו לדרג את כל ארבעת החומרים מהחומר בעל החום הסגולי הגבוה‬ ‫ביותר ועד הנמוך ביותר?‬ ‫החומר בעל החום הסגולי הנמוך ביותר הוא – דבש‪ ,‬לאחריו‪ ,‬החומר בעל החום הסגולי הגבוה יותר הוא החול‪ ,‬אחרי‬ ‫החול מגיע השמן‪ ,‬ולבסוף החומר עם החום הסגולי הגבוה ביותר הוא המים‪.‬‬

‫דיון ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫האם כל החומרים הגיעו לאותה טמפרטורה מרבית )בטווח של ‪ ?(20C‬הסבירו את התשובה בעזרת תוצאות הניסוי‪.‬‬ ‫הסבירו מה נכון לומר‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫החומר בעל החום הסגולי הגבוה ביותר מתחמם הכי מהר‪.‬‬ ‫החומר בעל החום הסגולי הגבוה ביותר מתחמם הכי לאט‪.‬‬

‫המשפט הנכון הוא ב – מאחר ולמים יש חום סגולי גבוה מאוד‪ ,‬יחסית הוא מתחמם הכי לאט‪ ,‬ואילו הדבש שיש לו‬ ‫חום סגולי נמוך‪ ,‬מתחמם מהר מאוד יחסית‪.‬‬ ‫‪.3‬‬

‫השוו את התוצאות שקיבלתם עם תוצאות של קבוצות אחרות‪ .‬האם התוצאות זהות או דומות? כיצד תוכלו להסביר‬ ‫מצב זה?‬ ‫התוצאות שהתקבלו בקבוצות השונות מעט שונות‪ ,‬אבל צפוי שבכל הקבוצות הדירוג של החום הסגולי של ארבעת‬ ‫החומרים יהיה זהה‪.‬‬ ‫הסבר‪ :‬בכל קבוצה התקבלו תוצאות מעט אחרות‪ ,‬מאחר ויש הבדלים קטנים לאורך המדידה‪ .‬יכול להיות שהמסות‬ ‫שנמדדו היו שונות‪ ,‬כי כל קבוצה מדדה מסה במאזניים אחרים‪ .‬לכל קבוצה יש חיישנים שונים ולכל חיישן יש את‬ ‫אחוז השגיאה השונה שלו‪ .‬כמובן גם הגורם האנושי חשוב – שני אנשים שמבצעים את אותו הניסוי יכולים לקבל‬ ‫תשובות מעט שונות‪ ,‬בגלל ביצוע מעט שונה או קריאה שונה של הנתונים‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫תלמידים ביצעו מספר חזרות של אותו הניסוי ובכל פעם קיבלו תוצאות מעט שונות‪ .‬הסבירו מדוע?‬ ‫גם אם אותם תלמידים מבצעים את אותו הניסוי כמה פעמים‪ ,‬התוצאות יהיו מעט שונות מאחר ובכל ניסוי יש את‬ ‫אחוז השגיאה של החיישנים‪ ,‬ויכול להיות שהחומרים שנבדקו היו מעט שונים‪ .‬חשוב לציין שהשוני בין התוצאות יהיה‬ ‫קטן‪ ,‬והעיקרון המדעי חייב להישמר בתוצאות במבט כולל‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫הסבירו מה החשיבות של ריבוי חזרות במהלך ניסוי?‬ ‫ריבוי חזרות בניסוי מאפשר לוודא שהתוצאות שהתקבלו אינן מקריות אלא עקביות לאורך כל הניסויים‪ .‬ריבוי חזרות‬ ‫מאפשר להעלות את התוקף והמהימנות של הניסוי‪.‬‬ ‫תוקף הוא מונח בשיטות מחקר‪ ,‬המסמל את המידה שבה כלי מדידה פורמלי מודד את מה שהוא נועד למדוד‬ ‫במסגרת המחקר‪ ,‬וכן המידה שבה המסקנות והפעולות הננקטות על סמך ההערכה אכן מתאימות ומדויקות‪.‬‬ ‫מהימנות מסמלת את המידה שבה כלי המדידה מודד את הידע או הכישורים באופן עקבי‪ .‬מדד הוא מהימן‪ ,‬ככל‬ ‫שהוא משקף את הערכים האמיתיים שהוא אמור למדוד‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫בניסוי נערכה השוואה בין מסות שוות ולא נפחים שווים‪ .‬הסבירו מדוע‪.‬‬ ‫ההשוואה בין החומרים השונים נעשה על המסות מאחר ובנוסחה של חום סגולי ‪ Q=MCΔT‬מופיע המשתנה של‬ ‫המסה‪ .‬כידוע המסה של חומר לא משתנה כאשר משנים טמפרטורה‪ ,‬למשל‪ ,‬ואילו הנפח תלוי בטמפרטורה של‬ ‫החומר‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫א‪ .‬האם נתקלתם בקשיים מיוחדים במהלך העבודה? פרטו מהם‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כיצד התמודדתם עם הקשיים שהתעוררו במהלך העבודה?‬ ‫ג‪ .‬מאיזה חלק בתהליך העבודה הכי נהניתם?‬

‫| ‪| 24‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫תשובות לשאלות בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫כתבו במילים שלכם מהו חום סגולי?‬ ‫חום סגולי מתייחס לכמות החום הדרושה להעלות גרם אחד של חומר במעלה אחת‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫התבוננו בטבלה המציגה ערכים של חום סגולי של מספר חומרים‪.‬‬

‫החומר‬

‫חום סגולי )ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס(‬

‫מים‬

‫‪4.2‬‬

‫כוהל רפואי‬

‫‪2.3‬‬

‫שמן סויה‬

‫‪1.97‬‬

‫אלומיניום‬

‫‪0.90‬‬

‫חול‬

‫‪0.83‬‬

‫דבש‬

‫‪0.67 - 0.54‬‬

‫ברזל‬

‫‪0.45‬‬

‫נחושת‬

‫‪0.38‬‬

‫כסף‬

‫‪0.24‬‬

‫זהב‬

‫‪0.13‬‬

‫אם נשים בכוס מים חמים ארבעה מוטות מתכת בגודל זהה העשויים‪ :‬זהב‪ ,‬כסף‪ ,‬אלומיניום ונחושת‪ ,‬איזה מהם‬ ‫יתחמם הכי מהר? איזה יתחמם הכי לאט? נמקו את תשובתכם‪.‬‬ ‫אם נתבונן בנתונים בטבלה נראה שהמתכת בעלת החום הסגולי הנמוך ביותר הוא הזהב‪ ,0.13 ,‬לכן הוא יתחמם הכי‬ ‫מהר‪ ,‬ואילו המתכת בעלת החום הסגולי הגבוה ביותר היא אלומיניום‪ ,0.90 ,‬והיא תתחמם הכי לאט‪.‬‬ ‫‪ .3‬א‪ .‬כשאדם חולה וטמפרטורת גופו עולה נהוג למרוח עליו אלכוהול על מנת לגרום לירידת טמפרטורת הגוף‪ .‬הסבירו‬ ‫כיצד האלכוהול גורם לצינון הגוף?‬ ‫חום הגוף הגבוה גורם לאלכוהול להתאדות‪ ,‬וזה גורם לירידה בטמפרטורת הגוף כתוצאה ממעבר חום מהגוף אל‬ ‫האלכוהול‪.‬‬ ‫ב‪ .‬התבוננו בנתונים בטבלה והסבירו מדוע עדיף להשתמש באלכוהול במקום במים‪.‬‬ ‫כשיש צורך לצנן את גופו של אדם חולה כדאי להשתמש באלכוהול‪ ,‬כי החום הסגולי של אלכוהול נמוך יותר מהחום‬ ‫הסגולי של מים‪ ,‬והוא יתאדה מהר יותר ממים ויגרום לירידה בטמפרטורת הגוף‪.‬‬ ‫‪.4‬‬

‫האם הנתונים בטבלה תואמים את התוצאות שקיבלתם בניסוי? נמקו את תשובתכם‪.‬‬ ‫כן‪ ,‬הנתונים בטבלה מראים שלמים יש חום סגולי הכי גבוה‪ ,‬ואכן המים התחממו הכי לאט‪ ,‬ואילו הדבש שהתחמם‬ ‫הכי מהר יש לו חום סגולי הכי נמוך מכל החומרים שבדקנו‪.‬‬

‫‪ .5‬יום קיץ חם‪ ,‬השעה ‪ 12‬בצהריים‪ ,‬אתם בגן שעשועים‪ ,‬יש מתקנים ממתכת ומתקנים מעץ‪ ,‬על איזה מתקן כדאי‬ ‫לעלות‪ ,‬על מגלשה ממתכת או נדנדה מעץ? הסבירו מדוע‪.‬‬ ‫מתוך הנתונים בטבלה ניתן לראות שלעץ יש חום סגולי יותר גבוה ממתכות‪ ,‬לכן העץ יתחמם הרבה יותר לאט‬ ‫מהמתכת‪ ,‬ולכן כדאי לעלות על המתקנים מעץ ולא ממתכת‪.‬‬

‫| ‪| 25‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫‪.6‬‬

‫תלמידים לקחו שלושה מוטות הדומים בגודלם ועשויים משלושה חומרים שונים‪ :‬זכוכית‪ ,‬אלומיניום וברזל‪ .‬את‬ ‫המוטות התלמידים טבלו בכוס עם מים רותחים‪ .‬החומר שהתחמם הכי מהר היה הברזל‪ ,‬אחר כך הזכוכית ובסוף‬ ‫האלומיניום‪ .‬האם תוכלו לשער מה הטווח של החום הסגולי של הזכוכית?‬ ‫מתוך הטבלה אנחנו יודעים שהחום הסגולי של ברזל הוא ‪ 0.46‬ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס‪ ,‬ושל האלומיניום הוא‬ ‫‪ 0.90‬ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס‪ ,‬לכן החום הסגולי של זכוכית הוא בין שני הערכים האלה‪ ,‬כלומר‪ ,‬קטן מ‪0.90 -‬‬ ‫וגדול מ‪ 0.46 -‬ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫החום הסגולי של אדמה יבשה הוא ‪ 0.80‬ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס‪ ,‬ואילו של אדמה רטובה הוא ‪ .1.48‬האם‬ ‫תוכלו להסביר ממה נובע ההבדל בנתונים בין האדמה היבשה לאדמה הרטובה?‬ ‫ההבדל בנתונים נובע מהחום הסגולי הגבוה של המים שנמצאים באדמה הרטובה‪ ,‬ולכן החום הסגולי של אדמה‬ ‫רטובה גבוה יותר מהחום הסגולי של אדמה יבשה‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫התבוננו בטבלה של הנתונים של חום סגולי של דבש ועץ‪ .‬מה יכול להיות ההסבר לכך שהנתונים הם בטווח של‬ ‫ערכים ולא ערך אחד?‬ ‫הנתונים נמצאים בטווח של ערכים מאחר ויש כמה סוגים של עץ וכמה סוגים של דבש‪ .‬ההבדל בין סוגי העץ יכול‬ ‫להיות בגלל כמות המים שנמצאת בעץ וכנ"ל לגבי הדבש‪.‬‬

‫| ‪| 26‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫גרפים לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של חום סגולי של שמן ומים‬

‫| ‪| 27‬‬

‫| חום סגולי |‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של חום סגולי של דבש וחול‬

‫| ‪| 28‬‬

‫פרק ‪3‬‬

‫מנגנון ההזעה כדרך‬ ‫לוויסות טמפרטורת הגוף‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫הקדמה‬ ‫מתי אנחנו מזיעים? רק כשחם לנו? או אולי אנחנו תמיד מזיעים ורק כשחם לנו אנחנו מזיעים יותר?‬ ‫זיעה היא הפרשה של נוזל מימי המופרש מבלוטות הזיעה המצויות בעור של היונקים )לא אצל כולם‪ ,‬לדוגמה‪ ,‬לכלבים אין‬ ‫בלוטות זיעה(‪ .‬הזיעה מורכבת בעיקר ממים ומלחים‪ .‬בבני אדם‪ ,‬הזעה היא לרוב אמצעי לצינון הגוף‪ ,‬והיא חלק מהמערך‬ ‫שמטרתו לשמור על טמפרטורת גוף יציבה‪ .‬התאיידות נוזל הזיעה מפני העור גורמת לירידה בטמפרטורת הגוף‪ ,‬מאחר‬ ‫שהתאיידות הוא תהליך שדורש אנרגיה‪ .‬בשל כך‪ ,‬עלייה בטמפרטורת הגוף‪ ,‬למשל‪ ,‬כתוצאה מפעילות גופנית‪ ,‬גורמת‬ ‫להזעה‪ .‬התקררות הגוף‪ ,‬מצד שני‪ ,‬מפחיתה את ההזעה‪.‬‬ ‫בואו נשאל חמש שאלות על מנגנון ההזעה )ניתן להיעזר במחסן מילות השאלה(‬ ‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪?...‬‬ ‫מה זה? מה זה…? מה יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע?‬ ‫ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________________‬

‫| ‪| 29‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫מה נחקור?‬ ‫במעבדה זו נחקור את מנגנון ההזעה‪ ,‬נמדוד את טמפרטורת כף היד‪ ,‬ואת מידת הלחות שעל כף היד שהיא מהווה מדד‬ ‫למידת ההזעה‪ .‬לאחר מכן נעטוף את כף היד ונגרום לה להזיע‪ ,‬ושוב נמדוד את הטמפרטורה ואת הלחות של כף היד‪.‬‬ ‫נלמד על הקשר בין הטמפרטורה ומידת ההזעה של הגוף‪.‬‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬ ‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימת הציוד והחומרים אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנטית‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫חיישן טמפרטורה‬

‫•‬

‫חיישן לחות‬

‫•‬

‫שקית פלסטיק )שקית קטנה לאריזת מזון(‬

‫•‬

‫חוט קשירה באורך ‪ 20‬ס"מ או גומייה‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫| ‪| 30‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫העמדת הניסוי‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה ‪) MiLAB‬‬

‫‪.3‬‬

‫חברו את חיישני הטמפ' והלחות לשני שקעי המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬

‫‪.4‬‬

‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישני הטמפ' והלחות שאותם חברתם לטאבלט נבחרו‪) .‬שימו לב לא לבחור את‬ ‫חיישני הטמפ' והלחות הפנימים של הטאבלט(‪.‬‬

‫(‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה‪ ,‬לחות‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל שנייה‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 1000‬שניות‬

‫‪.1‬‬

‫החזיקו את חיישן הטמפרטורה בחלק העליון באצבעות היד‪ ,‬והניחו את חיישן הלחות בכף היד של אותה היד‪ ,‬מבלי‬ ‫לחסום את הפתחים בראש החיישן )ראו תמונה ‪.(3‬‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.3‬‬

‫התבוננו בגרף המתקבל על צג המחשב והמתינו עד להתייצבות המדידות של הטמפרטורה והלחות )בערך שתי‬ ‫דקות(‪.‬‬

‫(‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫תמונה ‪3‬‬

‫| ‪| 31‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫שערו מה יקרה לטמפרטורה וללחות של כף היד כאשר היא תכוסה בשקית ניילון למספר דקות‪.‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________‬

‫ביצוע הניסוי‬ ‫‪.1‬‬

‫בקשו מחבר לעטוף את כף ידכם עם שקית המיועדת לעטיפת מזון‪ ,‬כל זאת מבלי לעזוב את החיישנים‪ .‬סגרו את‬ ‫השקית עם חוט קשירה‪ .‬יש לוודא שהחוט‪/‬גומייה לא חזק מדיי על מפרק כף היד )ראו תמונה ‪.(1‬‬ ‫התבוננו שוב בשינויים המתרחשים בטמפרטורה ובלחות הבאים לידי ביטוי בגרף‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫לאחר שהמדידות מתייצבות )‪ 3-2‬דקות( בקשו מחבר שיסיר לכם את שקית הפלסטיק מכף היד‪ .‬המשיכו לבצע את‬ ‫המדידה בערך עוד ‪ 10‬דקות‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫המשיכו את המדידה עד להתייצבות הטמפרטורה והלחות‪ ,‬ולאחר מכן לחצו על צלמית עצור )‬

‫‪.2‬‬

‫( עד להפסקת‬

‫המדידה‪.‬‬ ‫‪.5‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫‪.6‬‬

‫להנחיות המורה‪.‬‬ ‫במידת האפשר בצעו מספר חזרות של הניסוי על‪-‬ידי מספר תלמידים‪.‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫תוצאות‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬

‫| ‪| 32‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנים מוצגים‪/‬מודדים על שני ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהם המשתנים התלויים?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬מהן היחידות בציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫תארו את הגרפים שהתקבלו ממדידת הטמפרטורה והלחות בכף היד‪.‬‬ ‫מה הייתה הטמפרטורה הגבוהה ביותר שנמדדה ללא כיסוי כף היד ועם כיסוי כף היד?‬ ‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין הטמפרטורה הנמוכה לגבוהה שנמדדו?‬

‫‪ .9‬מה היה אחוז הלחות הגבוה ביותר שנמדד ללא כיסוי ועם כיסוי היד?‬ ‫‪ .10‬מה היה ההפרש בין הלחות הנמוכה ביותר ללחות הגבוהה ביותר שנמדדו?‬ ‫‪ .11‬האם במבט על הגרף ניתן לזהות את הרגע שבו היד כוסתה בשקית? במידה וזיהיתם את הנקודה סמנו אותה על‪-‬ידי‬ ‫הוספת נקודת ציון וטקסט‪.‬‬ ‫‪ .12‬האם קיים קשר קבוע בין שני המשתנים? תארו יחס זה‪.‬‬ ‫‪ .13‬במידה וביצעתם חזרות על הניסוי‪ ,‬האם התקבלו אותן התוצאות לתלמידים שונים? נסו להסביר מצב זה‪.‬‬

‫דיון ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫מה תפקיד השקית שכיסתה את היד?‬ ‫מה הייתה התחושה בכף היד שהייתה בתוך השקית?‬ ‫מה‪ ,‬לדעתכם‪ ,‬הסיבה לתחושה שהייתה ביד?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מדוע עלתה הטמפרטורה ומידת הלחות שנמדדה בתוך השקית?‬ ‫מה הקשר בין העלייה בטמפרטורה ועלייה בלחות?‬ ‫מדוע התבקשתם לבצע את הניסוי פעמיים‪ .‬פעם ללא כיסוי היד בשקית‪ ,‬ופעם עם כיסוי היד בשקית?‬

‫‪.7‬‬

‫ידוע שמנגנון ההזעה תפקידו לקרר את הגוף‪ .‬האם בשלב שהיד כוסתה בשקית אכן פעל מנגנון הקירור בצורה‬ ‫יעילה?‬ ‫א‪ .‬האם נתקלתם בקשיים כלשהם במהלך הניסוי? במידה וכן אילו?‬

‫‪.8‬‬

‫ב‪ .‬כיצד התמודדתם עם הקשיים?‬ ‫ג‪ .‬האם במהלך הפעילות הופתעתם מהתוצאות? פרטו‪.‬‬ ‫ד‪ .‬האם למדתם משהו חדש במעבדה זו?‬

‫| ‪| 33‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫האם מידת ההזעה של כולנו תהייה שווה אם נהיה באותם תנאים?‬ ‫מה הקשר בין תנאי הסביבה )טמפרטורה‪ ,‬לחות‪ ,‬רוח( למידת ההזעה שלנו בחיי היום‪-‬יום?‬ ‫ישנה מחלה שבה נולדים ללא בלוטות זיעה‪ .‬כיצד‪ ,‬לדעתכם‪ ,‬ייראו חייו של אדם החולה במחלה זו‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מדוע השהייה בסאונה מוגבלת לפרק זמן קצר של ‪ 15-10‬דקות בלבד?‬ ‫בתחזית מזג האוויר ישנו מושג שנקרא "עומס חום"‪ ,‬המתאר את המכלול של תנאי הסביבה בזמן ומקום מסוים‪.‬‬ ‫מדוע עומס החום מושפע ממידת הלחות שבאוויר?‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫מה תפקיד הזיעה בגופנו?‬ ‫כיצד הזיעה מבצעת את תפקידה?‬ ‫מה החשיבות של מנגנון ההזעה באדם?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫האם כל בעלי החיים מאבדים חום לסביבה באותן הדרכים? הביאו דוגמאות‪.‬‬ ‫הסבירו מדוע כאשר לחות האוויר גבוהה )כמו באזור מישור החוף בקיץ( אנחנו מזיעים הרבה יותר מאשר באותה‬ ‫תקופה באילת‪ ,‬ששם לחות האוויר נמוכה?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫מה הקשר בין הבגדים שהאדם לובש לבין מידת ההזעה שלו‪ ,‬בתנאי מזג אוויר מסוימים?‬ ‫תלמידים סיימו שיעור חינוך גופני ביום חם‪ .‬כל התלמידים הזיעו‪ .‬חלק מהתלמידים ניגבו את הזיעה שעל‪-‬פניהם‪.‬‬ ‫הסבירו מדוע ניגוב הזיעה לא מומלץ?‬

‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫כאשר יש לאדם "חום גבוה" מומלץ להניח על הגוף מגבת קטנה ורטובה‪ .‬הסבירו מדוע?‬ ‫הסבירו מה הקשר בין מאזן החום למאזן המים בגוף האדם?‬

‫| ‪| 34‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫פרק ‪ -3‬מדריך למורה‬

‫מנגנון ההזעה‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬מערכות ותהליכים ביצורים חיים‬ ‫נושא משנה‪ :‬מאפייני יצורים חיים‪ ,‬התנאים לקיום יצורים חיים‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ז‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ 45 :‬דקות לביצוע הניסוי ועוד ‪ 45‬דקות לדיון מסכם‪.‬‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬חום‪ ,‬טמפרטורה‪ ,‬הזעה‪ ,‬עומס חום‪ ,‬הלחתה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬העלאת השערות‪ ,‬בידוד משתנים‪ ,‬בקרה‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬דרגת קושי – קלה‪.‬‬

‫•‬

‫מקורות מידע נוספים‪:‬‬ ‫‪http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=12646&kwd=7228‬‬ ‫‪http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=12646&kwd=7228‬‬ ‫‪http://ofekhigh.cet.ac.il/ShowItem.aspx?ItemID=e6f67eb3-d1b3-4036-9940-0091e5ef8079&lang=HEB‬‬

‫•‬

‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫מעבדה זו קלה מאוד לביצוע‪ .‬מומלץ לבצע אותה בתחילת דרכם של התלמידים עם היכרות המערכת‪.‬‬ ‫חשוב לקחת בחשבון את תנאי מזג האוויר ביום הניסוי‪ ,‬והאם הניסוי בוצע בחדר ממוזג או לא‪.‬‬ ‫יש להתייחס למידת השינוי של הטמפרטורה והלחות לאורך הניסוי‪ .‬שינוי הטמפרטורה יהיה קטן בהשוואה‬

‫ד‪.‬‬

‫לשינוי בלחות‪.‬‬ ‫יש לשלב דיון בנושא המתודה המדעית בכל שלבי העבודה‪.‬‬

‫ה‪.‬‬

‫מידע לגבי הזעה באתר בשער‪:‬‬

‫‪http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=1744‬‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‪:‬‬ ‫טאבלט אינשטיין‬ ‫‪.1‬‬ ‫חיישן טמפרטורה‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫חיישן לחות‬ ‫שקית פוליאתילן )שקית קטנה לאריזת מזון(‬ ‫חוט קשירה באורך ‪ 20‬ס"מ‪.‬‬

‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫יש קושי להחזיק את שני החיישנים בכף היד‪ ,‬לכן יש לתרגל את האחיזה לפני תחילת הניסוי‪.‬‬ ‫במידה ובבית הספר אין חיישן לחות‪ ,‬ניתן לבצע את הניסוי רק עם חיישן טמפרטורה‪ ,‬ולהסתמך על‬ ‫התחושה של התלמיד לגבי ההזעה‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫מומלץ לאפשר לתלמידים רבים לבצע את הניסוי‪ ,‬גם כדי לשתף כמה שיותר תלמידים‪ ,‬וגם על מנת לקיים‬ ‫דיון בנושא החשיבות של חזרות במהלך ניסוי מדעי‪.‬‬

‫| ‪| 35‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫תשובות לתוצאות‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנים מוצגים‪/‬מודדים על שני ציר ‪?Y‬‬ ‫בציר ‪ X‬מוצג המשתנה הבלתי תלוי‪ ,‬ובציר ‪ Y‬מוצגים שני המשתנים התלויים‪.‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? זמן הוא המשתנה הבלתי תלוי‪.‬‬ ‫מהם המשתנים התלויים?‬ ‫הטמפרטורה שנמדדת בכף היד‪ ,‬והלחות שנמדדת בכף היד‪ ,‬הם המשתנים התלויים‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪.‬‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ Y‬הן טמפרטורה במעלות צלזיוס‪ ,‬ולחות יחסית באחוזים‪.‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף? הכותרת‪ :‬מדידת הלחות והטמפרטורה ביד ללא כיסוי ועם כיסוי‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫תארו את הגרפים שהתקבלו ממדידת הטמפרטורה והלחות בכף היד ללא כיסוי ועם כיסוי‪.‬‬ ‫טמפרטורה בלי כיסוי‪ :‬הגרף של הטמפרטורה לא השתנה הרבה – ברגע שהחיישן התייצב על הטמפרטורה של היד‬ ‫לא היה שינוי‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫לחות ללא כיסוי‪ :‬כמו עם מדידת הטמפרטורה‪ ,‬ברגע שהמדידה התייצבה לא היה שינוי לאורך זמן‪.‬‬ ‫טמפרטורה עם כיסוי‪ :‬השינוי בטמפרטורה כשהיד מכוסה הוא במספר מעלות בודדות‪.‬‬ ‫לחות עם כיסוי‪ :‬השינוי בלחות הוא מאוד גבוה ביחס לשינוי בטמפרטורה‪.‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫מה הייתה הטמפרטורה הגבוהה ביותר שנמדדה עם כיסוי כף היד‪ ,‬וללא כיסוי כף היד?‬ ‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין הטמפרטורה הנמוכה לגבוהה שנמדדו?‬ ‫מה היה אחוז הלחות הגבוה ביותר שנמדד ללא כיסוי ועם כיסוי היד?‬

‫‪ .10‬מה היה ההפרש בין הלחות הנמוכה ביותר ללחות הגבוהה ביותר שנמדדו?‬ ‫‪ .11‬האם במבט על הגרף ניתן לזהות את הרגע שבו היד כוסתה בשקית? במידה וזיהיתם את הנקודה סמנו אותה על‪-‬ידי‬ ‫הוספת נקודת ציון בגרף‪.‬‬ ‫‪ .12‬האם קיים קשר קבוע בין שני המשתנים? תארו יחס זה‪.‬‬ ‫כן‪ ,‬קיים יחס ישר בין שני המשתנים‪ ,‬כלומר‪ ,‬כשעולה הטמפרטורה עולה גם הלחות‪.‬‬ ‫‪ .13‬במידה וביצעתם חזרות על הניסוי‪ ,‬האם התקבלו אותן התוצאות לתלמידים שונים? לא‬ ‫נסו להסביר מצב זה‪.‬‬ ‫לכל אחד מאיתנו יש טמפרטורה שונה במעט בידיים‪ .‬יש אנשים עם ידיים קרות ויש אנשים עם ידיים חמות‪ .‬כמו כן‪,‬‬ ‫כל אחד מאתנו מגיב מעט שונה לכיסוי היד‪.‬‬ ‫יש לקחת בחשבון גם את העובדה שהניסוי בוצע על‪-‬ידי תלמידים שונים‪ ,‬חיישנים שונים ומערכות מדידה שונות‪.‬‬

‫תשובות לשאלות ‪ -‬דיון מסקנות‬ ‫‪.1‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מה תפקיד השקית שכיסתה את היד?‬ ‫השקית מונעת את התאדות הזיעה מהיד‪ ,‬לכן היד מתחממת‪ .‬התפקיד של השקית הוא לשנות את תנאי הסביבה‬ ‫סביב היד‪ ,‬ולגרום לגוף להגיב לשינוי הסביבתי על‪-‬ידי הזעה‪.‬‬ ‫מה הייתה התחושה בכף היד שהייתה בתוך השקית?‬ ‫התחושה בתוך השקית היא שהיד רטובה‪.‬‬ ‫מה‪ ,‬לדעתכם‪ ,‬הסיבה לתחושה שהייתה ביד?‬ ‫תנאי הסביבה בתוך השקית השתנו‪ ,‬היד שנמצאת בתוך השקית מתחילה להזיע כי הטמפרטורה של העור עולה‪.‬‬ ‫מדוע עלתה הטמפרטורה ומידת הלחות שנמדדה בתוך השקית?‬ ‫כאמור‪ ,‬השקית שכיסתה את היד מנעה מתהליך הצינון הטבעי של העור להתבצע‪ ,‬ולכן גרמה לעליית טמפרטורת‬ ‫העור של היד‪ .‬עליית הטמפרטורה גרמה להזעה שגרמה לעלייה בלחות בתוך השקית‪.‬‬

‫| ‪| 36‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫‪.5‬‬

‫מה הקשר בין העלייה בטמפרטורה ועלייה בלחות?‬ ‫עליית הטמפרטורה של העור ביד‪ ,‬גרמה לגוף להגיב בתהליך צינון העור שהוא הזעה‪ .‬הזיעה שהופרשה על‪-‬ידי העור‬

‫‪.6‬‬

‫גרמה לעלייה בלחות בתוך השקית‪.‬‬ ‫מדוע התבקשתם לבצע את הניסוי פעמיים‪ .‬פעם ללא כיסוי היד בשקית‪ ,‬ופעם עם כיסוי היד בשקית?‬ ‫השלב הראשון של הניסוי שבו היד לא כוסתה מהווה בקרה לשלב השני של הניסוי‪ .‬כדי לוודא שאכן כיסוי היד גורם‬

‫‪.7‬‬

‫לשינוי תנאי הסביבה‪ ,‬חשוב לדעת מה הם תנאי הסביבה ההתחלתיים‪.‬‬ ‫ידוע שמנגנון ההזעה תפקידו לקרר את הגוף‪ .‬האם בשלב שהיד כוסתה בשקית אכן פעל מנגנון הקירור בצורה‬ ‫יעילה?‬

‫‪.8‬‬

‫אכן כן‪ .‬כשהיד כוסתה בשקית הטמפרטורה של היד עלתה ומיד החל מנגנון ההזעה לפעול על מנת לצנן את העור‪.‬‬ ‫א‪ .‬האם נתקלתם בקשיים כלשהם במהלך הניסוי? במידה וכן אילו?‬ ‫ב‪ .‬כיצד התמודדתם עם הקשיים?‬ ‫ג‪ .‬האם במהלך הפעילות הופתעתם מהתוצאות? פרטו‪.‬‬ ‫ד‪ .‬האם למדתם משהו חדש במעבדה זו?‬

‫תשובות לשאלות בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫מה תפקיד הזיעה בגופנו?‬

‫‪.2‬‬

‫תפקיד הזיעה בגוף הוא לאפשר לגוף להוריד את טמפרטורת הגוף‪.‬‬ ‫כיצד הזיעה מבצעת את תפקידה?‬ ‫הזיעה שמופרשת על‪-‬פני העור מתאדה‪ .‬תהליך האידוי הוא תהליך שדורש אנרגיית חום‪ .‬אנרגיית החום לתהליך‬

‫‪.3‬‬

‫האידוי נגרעת מהעור‪ ,‬וכך גורמת לירידה בטמפרטורת העור וכל הגוף כולו‪.‬‬ ‫מה החשיבות של מנגנון ההזעה באדם?‬ ‫מנגנון ההזעה באדם הוא אחד המנגנונים המאפשרים להוריד את טמפרטורת הגוף‪ ,‬ולמנוע עלייה מסוכנת‬

‫‪.4‬‬

‫בטמפרטורת הגוף‪ ,‬עד כדי מוות כתוצאה מעלייה גדולה מדיי בטמפרטורה‪.‬‬ ‫האם כל בעלי החיים מאבדים חום לסביבה באותן הדרכים? הביאו דוגמאות‪.‬‬ ‫לא‪ .‬ישנם בעלי חיים כמו כלבים וציפורים שאין להם בלוטות זיעה מפוזרות על הגוף‪ ,‬ולכן תהליך ההזעה לגביהם לא‬

‫‪.5‬‬

‫קיים‪ .‬כלבים וציפורים‪ ,‬למשל‪ ,‬מלחיתים – כלומר‪ ,‬קירור הגוף שלהם נעשה על‪-‬ידי הגברת קצב הנשימה ואידוי מים‬ ‫מהלשון הרטובה ומחלל הפה‪.‬‬ ‫הסבירו מדוע כאשר לחות האוויר גבוהה )כמו באזור מישור החוף בקיץ( אנחנו מזיעים הרבה יותר מאשר באותה‬ ‫תקופה באילת‪ ,‬ששם לחות האוויר נמוכה?‬ ‫כאשר לחות האוויר גבוהה זה אומר שהאוויר מכיל כמות גדולה של אדי מים‪ .‬כאשר אנו מזיעים במצב כזה‪ ,‬האידוי‬ ‫של הזיעה מהעור הוא איטי יותר‪ ,‬בגלל ריבוי אדי המים באוויר‪ ,‬מאשר כאשר אנחנו נמצאים בתנאים של לחות אוויר‬

‫‪.6‬‬

‫נמוכה‪ ,‬שבמצב זה הזיעה מתאדה מהר‪ ,‬ואנו לא מרגישים את הזיעה על הגוף‪.‬‬ ‫מה הקשר בין הבגדים שהאדם לובש לבין מידת ההזעה שלו בתנאי מזג אוויר מסוימים?‬ ‫אם האדם לובש בגדים הצמודים לגוף ועשויים מבד שאינו סופח מים בקלות‪ ,‬בזמן הזעה האדם ירגיש לא טוב‪ .‬בגדים‬ ‫צמודים שלא יאפשרו את התאדות הזיעה יכולים לגרום למצב שבו הגוף לא יוכל להיפתר מעודף החום‪ ,‬וייגרם לאדם‬ ‫נזק‪ .‬לעומת זאת אם האדם לובש בגדים לא צמודים‪ ,‬עשויים מבד הסופג מים בקלות‪ ,‬האדם ירגיש נוח והזיעה‬ ‫תתאדה מגופו בקלות‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫‪.8‬‬

‫תלמידים סיימו שיעור חינוך גופני ביום חם‪ .‬כל התלמידים הזיעו‪ .‬חלק מהתלמידים ניגבו את הזיעה שעל‪-‬פניהם‪.‬‬ ‫הסבירו מדוע ניגוב הזיעה לא מומלץ?‬ ‫הזיעה המופרשת לאחר פעילות גופנית מאומצת תפקידה לעזור בתהליך צינון הגוף על‪-‬ידי התאדות הזיעה מעל‬ ‫הגוף‪ .‬אם התלמידים מנגבים את הזיעה מגופם‪ ,‬הזיעה לא מתאדה וצינון הגוף לא מתבצע‪.‬‬ ‫כאשר יש לאדם "חום גבוה" מומלץ להניח על הגוף מגבת קטנה ורטובה‪ .‬הסבירו מדוע?‬ ‫המגבת הרטובה באה במקום הפרשת זיעה מגופו של החולה – המים שנמצאים במגבת מתאדים מהמגבת ותוך כדי‬ ‫תהליך ההתאדות שלהם נוטלים מחום הגוף של החולה‪ ,‬וכך גורמים לירידה בטמפרטורת הגוף שלו‪.‬‬

‫| ‪| 37‬‬

‫| מנגנון ההזעה כדרך לוויסות טמפרטורת הגוף |‬

‫‪.9‬‬

‫הסבירו מה הקשר בין מאזן החום למאזן המים בגוף האדם?‬ ‫מאזן החום ומאזן המים קשורים האחד לשני על‪-‬ידי תהליך ההזעה‪ .‬כאשר מאזן החום בגוף לא תקין ויש עודף חום‬ ‫בגוף‪ ,‬הגוף גורם להפרשת זיעה על‪-‬פני העור‪ .‬הפרשת הזיעה פוגעת במאזן המים של הגוף‪ .‬אם אדם נמצא בתנאי‬ ‫סביבה חמים והוא מזיע לאורך זמן ללא שתייה מספקת‪ ,‬הוא עלול להגיע למצב של התייבשות‪ .‬לכן חשוב מאוד‬ ‫בתנאי מזג אוויר חמים להרבות בשתייה‪.‬‬

‫גרף לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של טמפרטורה ולחות בכף היד עם כיסוי השקית‬

‫| ‪| 38‬‬

‫פרק ‪4‬‬

‫תגובות כימיות ושינויים כימיים‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫הקדמה‬ ‫מה המשותף לשלושת התיאורים הבאים‪ :‬שריפת גפרור‪ ,‬ריקבון של תפוח‪ ,‬ובעירה של נר? כולם דוגמאות להתרחשות של‬ ‫שינויים כימיים ותגובות כימיות‪.‬‬ ‫חומרים עוברים שינויים מסוגים שונים‪ ,‬בכל מקום ‪ -‬בטבע‪ ,‬במטבח הביתי‪ ,‬בגופנו‪ ,‬במעבדות ובמפעלים‪ .‬להלן ארבע‬ ‫דוגמאות לתהליכי שינוי בחומר‪:‬‬ ‫•‬

‫מעבר של חומר ממצב צבירה אחד למשנהו;‬

‫•‬

‫התמוססות )בלבד( של חומר מסוים בחומר אחר;‬

‫•‬

‫תגובה של חומר אחד עם חומר אחר ליצירת חומר או חומרים חדשים;‬

‫•‬

‫פירוק חומר למספר חומרים חדשים‪.‬‬

‫כאשר חומר טהור עובר ממצב צבירה אחד לאחר‪ ,‬נחלשים או מתגברים כוחות המשיכה שבין החלקיקים‪ .‬כאשר חומר‬ ‫מתמוסס בחומר אחר‪ ,‬מופרדים חלקיקי המומס אלה מאלה על‪-‬ידי הקפתם בחלקיקי הממיס‪ .‬כאשר השינוי בחומר הוא לא‬ ‫רק שינוי במצב הצבירה שלו ולא רק התמוססות של חומר בחומר‪ ,‬אלא החומר מתפרק ו‪/‬או מתרכב לקבלת חומר‪/‬ים‬ ‫אחר‪/‬ים ‪ -‬אנו טוענים שהתרחשה תגובה כימית‪.‬‬ ‫תגובה כימית מלווה בדרך כלל בשינויי אנרגיה‪ .‬חלק מהתגובות הכימיות מתרחשות תוך קליטת אנרגיה מהסביבה וחלקן‬ ‫על‪-‬ידי פליטת אנרגיה לסביבה‪.‬‬ ‫תגובה כימית )ריאקציה כימית( היא תהליך שבו נוצרות ו‪/‬או מתפרקות תרכובות‪ .‬לדוגמה‪ :‬יסודות מתכתיים עשויים להגיב‬ ‫עם יסודות אל‪-‬מתכתיים לקבלת תרכובת יונית; תרכובת עשויה להגיב עם יסוד כלשהו או עם תרכובת אחרת לקבלת‬

‫| ‪| 39‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬ ‫חומרים אחרים; תרכובת עשויה להתפרק לתרכובות פשוטות יותר או ליסודות‪ .‬חומרים מגיבים זה לזה ללא הפסקה!‬ ‫בגופנו‪ ,‬בגופם של כל בעלי החיים‪ ,‬בצמחים ובעולם הסובב אותנו‪ ,‬בים‪ ,‬במעמקי האדמה‪ ,‬בעננים‪ ,‬בתעשיות השונות‬ ‫ובמטבח הביתי שלנו ‪ -‬תגובות כימיות מתרחשות‪ ,‬למשל‪ ,‬במהלך הנשימה‪ ,‬בתהליכים רבים בגופנו‪ ,‬בתהליכי שריפה‪,‬‬ ‫ובמהלך אפיית עוגה‪3 .‬‬ ‫‪F2‬‬

‫בואו נשאל חמש שאלות על שינויים כימיים ותגובות כימיות )ניתן להיעזר במחסן מילות השאלה(‬ ‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪?...‬‬ ‫מה זה? מה זה…? מה יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע?‬ ‫ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________________‬

‫מה נחקור?‬ ‫במהלך הניסוי נחקור שינויים כימיים בחומר מן החי ובחומר דומם‪ .‬במהלך הניסוי תמדדו שינויים בטמפרטורה בזמן‬ ‫תגובה כימית‪.‬‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬ ‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימת הציוד והחומרים אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫במהלך ניסוי זה רצוי לעבוד עם כפפות‪ .‬יש להימנע ממגע עם החומרים במהלך הניסוי‪ .‬במידה וייווצר מגע בין‬

‫‪.7‬‬

‫החומרים לגופכם‪ ,‬שטפו היטב את המקום עם הרבה מים‪.‬‬ ‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנט‪/‬ית‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫חיישן טמפרטורה‬

‫•‬

‫מי חמצן ‪(H2O2) 3%‬‬

‫•‬

‫פיפטה ‪ 5‬מ"ל‬

‫•‬

‫פיפטור‬

‫•‬

‫כַּן מבחנות‬

‫•‬

‫שלוש מבחנות רגילות‬

‫•‬

‫תפוח אדמה )לא מבושל( בערך בגודל של ‪ 0.5‬ס"מ על ‪ 0.5‬ס"מ‬

‫•‬

‫כבד עוף או בקר )לא מבושל( או בשר טחון בערך בגודל של ‪ 0.5‬ס"מ על ‪ 0.5‬ס"מ‬

‫•‬

‫כפית סוכר‬

‫‪ 7‬המידע נלקח מערכת הל''ה בנושא‬

‫| ‪| 40‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫העמדת הניסוי‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה ‪) MiLAB‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישן הטמפ' לשקע המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישן הטמפ' שאותו חברתם לטאבלט נבחר‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬ ‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫(‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל ‪ 10‬שניות‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 5000‬שניות‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫אם נתבונן במערכת ניסוי שבה מתרחש תהליך כימי‪ ,‬כיצד נוכל לזהות שאכן התרחש תהליך כימי?‬

‫| ‪| 41‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫ביצוע הניסוי )חלק א(‬ ‫זהירות‪ :‬יש לנקוט באמצעי זהירות מאחר והחומר מי‪-‬חמצן רעיל )מסוכן(‪.‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫הוסיפו ‪ 5‬מ"ל מי‪-‬חמצן למבחנה מס' ‪) 1‬בעזרת הפיפטה והפיפטור(‪.‬‬ ‫הכניסו את חיישן הטמפרטורה לתוך המבחנה‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫לאחר דקה בערך‪ ,‬שהמערכת התחילה לרשום נתונים‪ ,‬הוסיפו את פיסת הכבד לתוך המבחנה‪.‬‬ ‫התבוננו בתהליך שינוי הטמפרטורה לאורך זמן )בערך ‪ 8‬דקות(‪ .‬ערבבו את תוכן המבחנה עם החיישן‪ ,‬וגעו במבחנה‬ ‫במהלך הניסוי לחוש את שינוי הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫המשיכו את המדידה עד לתחילת הירידה בטמפרטורה‪ ,‬ולאחר מכן לחצו על צלמית עצור )‬

‫‪.7‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫( להפסקת המדידה‪.‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪.‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫הוסיפו ‪ 5‬מ"ל מי‪-‬חמצן למבחנה מס' ‪) 2‬בעזרת הפיפטה והפיפטור(‪ .‬זכרו לנהוג בזהירות‪.‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫שטפו במים ונגבו את חיישן הטמפרטורה לפני תחילת הניסוי‪.‬‬ ‫הכניסו את חיישן הטמפרטורה לתוך המבחנה‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.5‬‬

‫לאחר דקה בערך‪ ,‬שהמערכת התחילה לרשום נתונים‪ ,‬הוסיפו את חתיכת תפוח האדמה לתוך המבחנה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫התבוננו בתהליך שינוי הטמפרטורה לאורך זמן )בערך ‪ 8‬דקות(‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫המשיכו את המדידה עד להתייצבות הטמפרטורה ולאחר מכן לחצו על צלמית עצור )‬

‫‪.8‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( ‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫( להפסקת המדידה‪.‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪.‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ג(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫הוסיפו ‪ 5‬מ"ל מי‪-‬חמצן למבחנה מס' ‪) 3‬בעזרת הפיפטה והפיפטור(‪.‬‬ ‫שטפו במים ונגבו את חיישן הטמפרטורה לפני תחילת הניסוי‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫הכניסו את חיישן הטמפרטורה לתוך המבחנה‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫לאחר דקה בערך‪ ,‬שהמערכת התחילה לרשום נתונים‪ ,‬הוסיפו כפית סוכר לתוך המבחנה‪.‬‬ ‫התבוננו בתהליך שינוי הטמפרטורה לאורך זמן )בערך ‪ 8‬דקות(‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫המשיכו את המדידה עד להתייצבות הטמפרטורה‪ ,‬ולאחר מכן לחצו על צלמית עצור )‬

‫‪.8‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( ‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫| ‪| 42‬‬

‫( להפסקת המדידה‪.‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪.‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫תוצאות‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫גרף מס' ‪ – 1‬בדיקת כבד‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫התבוננו במבחנה בזמן הניסוי ותארו את ההתרחשות הנראית לעין‬ ‫תארו במילים את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫גרף מס' ‪ – 2‬בדיקת תפוח אדמה‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫התבוננו במבחנה בזמן הניסוי ותארו את ההתרחשות הנראית לעין‪.‬‬ ‫תארו במילים את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫גרף מס' ‪ – 3‬בדיקת הסוכר‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬ ‫מהו המשתנה התלוי?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬ ‫התבוננו במבחנה בזמן הניסוי‪ ,‬האם יש התרחשות הנראית לעין‬

‫‪.7‬‬

‫תארו במילים את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫| ‪| 43‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫דיון ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫האם יש עדות לכך שהתרחש שינוי כימי כשפיסת הכבד הוספה למי‪-‬חמצן? נמקו‪.‬‬ ‫האם ניתן לדעת האם נפלטה אנרגיה או נקלטה אנרגיה במערכת? הסבירו‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫האם יש עדות לכך שהתרחש שינוי כימי כשחתיכת תפוח האדמה הוספה למי‪-‬חמצן? נמקו‪.‬‬ ‫האם יש עדות לכך שהתרחש שינוי כימי כשהסוכר הוסף למי‪-‬חמצן? נמקו‪.‬‬ ‫מדוע בדקנו גם כבד וגם תפוח אדמה?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫מדוע חשוב היה לבדוק גם סוכר?‬ ‫מדוע חשוב להקפיד על גודל דומה של החומר הנבדק בניסוי?‬ ‫באיזה משלושת החומרים שנבדקו חל השינוי הגדול ביותר בטמפרטורה?‬

‫‪ .9‬במהלך הניסוי המי‪-‬חמצן התפרקו למים וחמצן‪ .‬האם ראיתם במהלך הניסוי עדות לכך שאכן גז החמצן השתחרר?‬ ‫‪ .10‬כיצד ניתן לזהות בוודאות שאכן מדובר בגז חמצן ולא בגז אחר?‬ ‫‪ .11‬רשמו את הניסוח הכימי של פירוק מי‪-‬חמצן למים וחמצן‪ .‬הוסיפו את הסימנים המוסכמים המתארים את מצב‬ ‫הצבירה של המגיבים והתוצרים‪.‬‬ ‫‪ .12‬מה המסקנה המתקבלת מביצוע הניסוי?‬ ‫‪ .13‬מה ההבדל בין תצפית לניסוי?‬ ‫‪ .14‬הסבירו האם הניסוי שביצעתם היום היה תצפית או ניסוי?‬ ‫‪ .15‬הסבירו האם הניסוי שביצעתם היום היה ניסוי איכותי או כמותי?‬ ‫‪ .16‬א‪ .‬איזה חלק במהלך העבודה היה הקשה ביותר? פרטו‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כיצד התגברתם על הקשיים?‬ ‫ג‪ .‬איזה חלק בתהליך העבודה היה המהנה ביותר?‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫האם תתקבל תוצאה שונה אם נחתוך את החומר הנבדק לחתיכות הרבה יותר קטנות?‬ ‫מה יקרה אם נעמיד שתי מערכות ניסוי מקבילות‪ ,‬האחת עם כמות ‪ X‬של החומר הנבדק וכמות של מי‪-‬חמצן‪ ,‬והשנייה‬ ‫עם כמות גדולה יותר של אותו החומר הנבדק‪ ,‬ואותה כמות של מי‪-‬חמצן? האם תתקבל אותה תוצאה? האם שינוי‬ ‫הטמפרטורה יהיה גדול יותר או קטן יותר?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫שערו מה יקרה אם נכפיל פי שתיים את הכמות של המי‪-‬חמצן שהוספנו למערכת הניסוי?‬ ‫האם אתם מכירים שינויים כימיים נוספים שמתרחשים סביבכם‪ ,‬וגם בהם יש פליטה של אנרגיית חום?‬

‫| ‪| 44‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫מהם שלושת השינויים הכימיים עליהם למדתם? הביאו דוגמה לכל אחד מהתהליכים‪.‬‬ ‫לאחר שריפת סרט מגנזיום מתקבלת אבקה לבנה שהיא תחמוצת של מגנזיום )מגנזיום חמצני(‪ .‬האם מדובר כאן‬ ‫בתגובה כימית? נמקו‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫אם נשאיר פרי על השולחן לאורך זמן‪ ,‬הפרי יירקב‪ .‬האם תהליך הריקבון הוא תגובה כימית? נמקו‪.‬‬ ‫איזה תהליך מהבאים מתאר תגובה כימית?‬ ‫א‪ .‬שריפת נייר‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫ריקוע נחושת‬ ‫התכה של קרח‬

‫ניסור עץ‬ ‫ד‪.‬‬ ‫איזה תהליך אינו דוגמה לתגובה כימית?‬ ‫א‪ .‬החלדה של מסמר העשוי מברזל‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫בעירה של גפרור‬ ‫התכת קרח‬ ‫בעירה של נר‬

‫| ‪| 45‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫פרק ‪ - 4‬מדריך למורה‬

‫תגובות כימיות ושינויים כימיים‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬חומרים‬ ‫נושא משנה‪ :‬תהליכי שינוי בחומר וחוק שימור המסה‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ח‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ :‬שיעור כפול של ‪ 90‬דקות‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬שינויי כימי‪ ,‬תגובה כימית‪ ,‬תרכובת‪ ,‬אנרגיית חום‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬ההבדל בין תצפית לניסוי‪ ,‬בידוד משתנים‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬דרגת קושי – קלה עד בינונית‪.‬‬

‫•‬

‫מקורות מידע נוספים‪:‬‬

‫‪www.tikah.co.il/eshkol/database/reactions4.ppt‬‬

‫‪http://clickit3.ort.org.il/Apps/WW/page.aspx?ws=aaee5855-4d23-4b90-89fc-ab35b98410e5&page=86b5a797‬‬‫‪b809-440d-ad82-5dc29153cbca&fol=b1262e8b-891a-4575-9294-5cb64b62079f&pg=2&box=232f02b2-5f19‬‬‫‪4a02-91e0-5b6f2b4171c9&_pstate=item&_item=f7db4485-dfe7-41bd-87c3-1d6899726989‬‬ ‫‪http://www.youtube.com/watch?v=i-hXcRtbj1Y&list=QL&playnext=1‬‬ ‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫בניסוי נבדקים שלושה חומרים שונים‪ .‬הכבד נבדק מאחר והוא משמש דוגמה לחומר מבעלי חיים‪,‬‬ ‫התפוח אדמה משמש כדוגמה לחומר מן הצומח‪ ,‬והסוכר משמש דוגמה לחומר דומם‪.‬‬

‫ב‪.‬‬

‫אין חובה שכל התלמידים יבצעו את כל שלושת הבדיקות‪ ,‬אפשר לחלק את הכיתה לשלוש קבוצות‪,‬‬ ‫וכל קבוצה תבצע ניסוי אחד ותשלים את המידע לגבי שני הניסויים האחרים‪.‬‬ ‫יש לשלב דיון בנושא המתודה המדעית בכל שלבי העבודה‪.‬‬

‫ג‪.‬‬ ‫•‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫ב‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‪:‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫טאבלט אינשטיין‬ ‫חיישן טמפרטורה‬ ‫מי חמצן ‪(H2O2) 3%‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫פיפטה ‪ 5‬מ"ל‬ ‫פיפטור‬ ‫כַּן מבחנות‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫שלוש מבחנות רגילות‬ ‫תפוח אדמה )לא מבושל( בערך בגודל של ‪ 0.5‬ס"מ על ‪ 0.5‬ס"מ‬ ‫כבד עוף או בקר )לא מבושל( בערך בגודל של ‪ 0.5‬ס"מ על ‪ 0.5‬ס"מ‬

‫כפית סוכר‬ ‫‪.10‬‬ ‫חשוב מאוד לתת לתלמידים לבצע את שלושת הדגימות‪ :‬כבד‪ ,‬תפוח אדמה וסוכר‪ .‬במידה ואין מספיק ציוד‬ ‫ו‪/‬או חומרים‪ ,‬או במידה ואין מספיק זמן‪ ,‬ניתן לתת לכל קבוצה לבצע את הבדיקה של אחד החומרים‪ ,‬ולרכז‬

‫ג‪.‬‬

‫את התוצאות של כל הקבוצות על הלוח‪.‬‬ ‫אפשר להשתמש בבשר טחון אם אין כבד‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫רצוי להקפיד על תפוח אדמה טרי לקבלת תוצאות טובות‪.‬‬

‫| ‪| 46‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫תשובות לתוצאות‬ ‫גרף מס' ‪ – 1‬בדיקת כבד‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫בציר ‪ X‬מוצג המשנה – זמן‪ .‬בציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי בניסוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬ובציר ‪ Y‬הן מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף? הכותרת של הגרף‪ :‬השפעת מי‪-‬חמצן על הטמפרטורה של בשר‪.‬‬ ‫התבוננו במבחנה בזמן הניסוי ותארו את ההתרחשות הנראית לעין‬

‫‪.7‬‬

‫במהלך הניסוי ניתן לראות בעבוע של גזים היוצאים מהנוזל במבחנה‪.‬‬ ‫תארו במילים את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬ ‫ניתן לראות שלאורך הניסוי הטמפרטורה של החומר הנבדק עולה‪.‬‬

‫גרף מס' ‪ – 2‬בדיקת תפוח אדמה‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫בציר ‪ X‬מוצג המשנה – זמן‪ .‬בציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי בניסוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬ובציר ‪ Y‬הן מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף? הכותרת של הגרף‪ :‬השפעת מי‪-‬חמצן על הטמפרטורה של תפוח אדמה‪.‬‬ ‫התבוננו במבחנה בזמן הניסוי ותארו את ההתרחשות הנראית לעין‬

‫‪.7‬‬

‫במהלך הניסוי יש בעבוע עדין של גזים מעל הנוזל במבחנה‪.‬‬ ‫תארו במילים את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬ ‫לאורך הניסוי יש עלייה מתונה בטמפרטורה של הנוזל במבחנה‪.‬‬

‫גרף מס' ‪ – 3‬בדיקת הסוכר‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫בציר ‪ X‬מוצג המשנה – זמן‪ .‬בציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי בניסוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות ובציר ‪ Y‬הן מעלות צליוס‪.‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף? הכותרת של הגרף‪ :‬השפעת מי‪-‬חמצן על הטמפרטורה של סוכר‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫התבוננו במבחנה בזמן הניסוי‪ ,‬האם יש התרחשות הנראית לעין‬ ‫לא‪ .‬אין שינויים במבחנה במהלך הניסוי‪.‬‬ ‫תארו במילים את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫‪.7‬‬

‫הטמפרטורה של הנוזל במבחנה לא השתנתה לאורך הניסוי )מעבר לשינויים קטנים של חצי מעלה‪ ,‬מעלה ומטה‪,‬‬ ‫שהן תנודות של החיישן(‪.‬‬

‫| ‪| 47‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫תשובות לשאלות ‪ -‬דיון מסקנות‬ ‫‪.1‬‬

‫האם יש עדות לכך שהתרחש שינוי כימי כשחתיכת הכבד הוספה למי החמצן? נמקו‪.‬‬ ‫כן‪ .‬כתוצאה מהמפגש בין הכבד והמי‪-‬חמצן חל שינוי כימי שגרם לשינוי בטמפרטורה של החומר הנבדק‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫האם ניתן לדעת האם נפלטה אנרגיה או נקלטה אנרגיה במערכת? הסבירו‪.‬‬ ‫בהתאם למדידות של הניסוי‪ ,‬המערכת פלטה אנרגיית חום שגרמה לעלייה בטמפרטורה של הנוזל‪.‬‬ ‫האם יש עדות לכך שהתרחש שינוי כימי כשחתיכת תפוח האדמה הוספה למי‪-‬החמצן? נמקו‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫‪.4‬‬

‫כן‪ ,‬כתוצאה מהמפגש בין תפוח האדמה והמי‪-‬חמצן התרחש תהליך כימי שגרם לשינוי בטמפרטורה של החומר‬ ‫הנבדק‪.‬‬ ‫האם יש עדות לכך שהתרחש שינוי כימי כשהסוכר הוסף למי‪-‬חמצן? נמקו‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫לא‪ ,‬בהתבוננות בתהליך לא ראינו שינוי חיצוני‪ ,‬כמו‪ ,‬גזים שנפלטו או שינוי בטמפרטורה‪.‬‬ ‫מדוע בדקנו גם כבד וגם תפוח אדמה?‬ ‫בדקנו גם תפוח אדמה וגם כבד כדי לוודא שהתוצאה שהתקבלה מאחד מהם לא הייתה מקרית‪ ,‬וכן חשוב לבצע את‬

‫‪.6‬‬

‫הניסוי גם על חומר מהחי וגם על חומר מהצומח‪.‬‬ ‫מדוע חשוב היה לבדוק גם סוכר?‬ ‫הסוכר משמש לנו בקרה כדי לדעת שלא כל חומר מגיב עם מי‪-‬חמצן וגורם לשינוי בטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫מדוע חשוב להקפיד על גודל דומה של החומר הנבדק בניסוי?‬ ‫חשוב להקפיד על גודל דומה של חומר‪ ,‬כדי שנוכל לערוך השוואה טובה בין התוצאות שהתקבלו במהלך הניסויים‪.‬‬ ‫באיזה משלושת החומרים שנבדקו חל השינוי הגדול ביותר בטמפרטורה?‬ ‫השינוי הגדול ביותר חל בבדיקת הבשר‪.‬‬ ‫במהלך הניסוי המי‪-‬חמצן התפרקו למים וחמצן‪ .‬האם ראיתם במהלך הניסוי עדות לכך שאכן גז החמצן השתחרר?‬ ‫כן‪ ,‬במהלך הניסוי ראינו גז שנפלט מהמבחנה‪.‬‬

‫‪ .10‬כיצד ניתן לזהות בוודאות שאכן מדובר בגז חמצן ולא בגז אחר?‬ ‫אם נקרב קיסם עומם לגז שנפלט בניסוי‪ ,‬נראה שהקיסם יתלקח כתוצאה של נוכחות מוגברת של חמצן‪.‬‬ ‫‪ .11‬רשמו את הניסוח הכימי של פירוק מי‪-‬חמצן למים וחמצן‪ .‬הוסיפו את הסימנים המוסכמים המתארים את מצב‬ ‫הצבירה של המגיבים והתוצרים‪.‬‬ ‫)‪2H2O2(l‬‬

‫)‪2H2O(l) + O2(g‬‬

‫‪ .12‬מה המסקנה המתקבלת מביצוע הניסוי?‬ ‫כשבשר ותפוח אדמה באים במגע עם מי‪-‬חמצן מתרחש שינוי כימי שבא לידי ביטוי בעלייה בטמפרטורת הסביבה‪.‬‬ ‫‪ .13‬מה ההבדל בין תצפית לניסוי?‬ ‫בתצפית החוקר יושב ומתבונן בתהליך שמתרחש ללא התערבות מצדו‪ .‬בניסוי החוקר מתכנן את הניסוי‪ ,‬קובע את‬ ‫תנאי הניסוי‪ ,‬ומבצע את הניסוי‪.‬‬ ‫‪ .14‬הסבירו האם הניסוי שביצעתם היום היה תצפית או ניסוי?‬ ‫הניסוי שביצענו היום אינו תצפית‪ ,‬מאחר ואנחנו קבענו את תנאי הניסוי וביצענו אותו‪.‬‬ ‫‪ .15‬הסבירו האם הניסוי שביצעתם היום היה ניסוי איכותי או כמותי?‬ ‫הניסוי שביצענו היום הוא איכותי ולא כמותי‪ ,‬מאחר ולא נעשתה מדידה מדויקת של המסה של החומרים שנבדקו‪.‬‬ ‫אמנם הקפדנו על גדלים דומים של החומר הנבדק‪ ,‬אבל לא מדדנו מסה‪ ,‬ולכן הניסוי הוא איכותי ולא כמותי‪.‬‬ ‫‪ .16‬א‪ .‬איזה חלק במהלך העבודה היה הקשה ביותר? פרטו‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כיצד התגברתם על הקשיים?‬ ‫ג‪ .‬איזה חלק מתהליך העבודה היה המהנה ביותר?‬

‫| ‪| 48‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫מהם שלושת השינויים הכימיים עליהם למדתם? הביאו דוגמה לכל אחד מהתהליכים‪.‬‬ ‫מעבר של חומר ממצב צבירה אחד למשנהו;‬ ‫התמוססות )בלבד( של חומר מסוים בחומר אחר;‬ ‫תגובה של חומר אחד עם חומר אחר ליצירת חומר או חומרים חדשים;‬ ‫פירוק חומר למספר חומרים חדשים‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫לאחר שריפת סרט מגנזיום מתקבלת אבקה לבנה שהיא תחמוצת של מגנזיום )מגנזיום חמצני(‪ .‬האם מדובר כאן‬ ‫בתגובה כימית? נמקו‪.‬‬ ‫כן‪ ,‬מדובר בתגובה כימית כי סרט המגנזיום הגיב עם החמצן באוויר וקיבלנו חומר חדש‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫אם נשאיר פרי על השולחן לאורך זמן‪ ,‬הפרי יירקב‪ .‬האם תהליך הריקבון הוא תגובה כימית? נמקו‪.‬‬ ‫כן‪ ,‬ריקבון של פרי הוא דוגמה לתהליך כימי שמרחש בפרי בתנאי סביבה מסוימים‪ .‬כתוצאה מתהליך הריקבון‬ ‫מתקבלים חומרים חדשים‪ ,‬ולכן התהליך הוא תהליך כימי‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫איזה מהבאים מתאר תגובה כימית?‬ ‫א‪ .‬שריפת נייר‬ ‫ב‪ .‬ריקוע נחושת‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫התכה של קרח‬ ‫ניסור עץ‬

‫איזה תהליך אינו דוגמה לתגובה כימית?‬ ‫א‪ .‬החלדה של מסמר העשוי מברזל‬ ‫ב‪ .‬בעירה של גפרור‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫התכת קרח‬ ‫בעירה של נר‬

‫| ‪| 49‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫גרפים לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של שינויים כימיים – בשר‬

‫| ‪| 50‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של שינויים כימיים ‪ -‬תפוח‪-‬אדמה‬

‫| ‪| 51‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬

‫טמפרטורה)‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של שינויים כימיים – סוכר א‬

‫| ‪| 52‬‬

‫| תגובות כימיות ושינויים כימיים |‬ ‫שימו לב! הסקאלה של הטמפרטורה כאן שונה מהגרף הקודם‪.‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף שינויים כימיים – סוכר ב‬

‫| ‪| 53‬‬

‫פרק ‪5‬‬

‫תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫הקדמה‬ ‫קרה לכם פעם שהכנסתם יד רטובה למיכל עם אבקת כביסה? מיד חשים בעלייה בטמפרטורת היד‪ .‬מדוע? התשובה היא‬ ‫שהמים על היד ממיסים חומרים שונים באבקת הכביסה‪ ,‬ומתרחשים תהליכים כימיים שפולטים אנרגיית חום‪.‬‬ ‫תגובה כימית מלווה בדרך כלל בשינויי אנרגיה‪ .‬חלק מהתגובות הכימיות מתרחשות תוך קליטת אנרגיה מהסביבה‪ ,‬וחלקן‬ ‫על‪-‬ידי פליטת אנרגיה לסביבה‪ .‬תגובות פולטות אנרגיה נקראות בלועזית תגובות אקסותרמיות )אקסו החוצה‪ ,‬תרמי –‬ ‫חום(‪ ,‬לדוגמה תגובת שריפה היא תגובה פולטת אנרגיה‪ .‬תגובות קולטות אנרגיה הנקראות בלועזית תגובות‬ ‫אנדותרמיות )אנדו‪-‬פנימה‪ ,‬תרמי‪ -‬חום(‪ ,‬תהליך הפוטוסינתזה היא דוגמה לתהליך קולט אנרגיה‪ .‬באופן כללי‪ ,‬תגובה‬ ‫כימית כרוכה ביצירה של קשרים כימיים ובפירוק של קשרים כימיים‪ ,‬כך שמתרחשת במהלך התגובה גם קליטה וגם‬ ‫פליטה של אנרגיה‪ .‬אם בתהליך הכולל נפלטת יותר אנרגיה מאשר נקלטת ‪ -‬התגובה תהיה אקסותרמית‪ ,‬ואם בתהליך‬ ‫הכולל נקלטת אנרגיה יותר מאשר נפלטת ‪ -‬התגובה תהיה אנדותרמית‪ .‬שינויים בטמפרטורת הסביבה יכולים להצביע על‬ ‫סוג התגובה‪ .‬כאשר טמפרטורת הסביבה עולה‪ ,‬ניתן להסיק שהתגובה הייתה אקסותרמית‪ ,‬וכאשר טמפרטורת הסביבה‬ ‫‪4‬‬ ‫יורדת‪ ,‬ניתן להסיק שהתגובה הייתה אנדותרמית‪.‬‬ ‫‪F3‬‬

‫‪ 4‬המידע נלקח מערכת הל"ה בנושא‪.‬‬

‫| ‪| 54‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫בואו נשאל חמש שאלות על תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים )ניתן להיעזר במחסן מילות השאלה(‬

‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪?...‬‬ ‫מה זה? מה זה…? מה יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע?‬ ‫ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________________‬

‫מה נחקור?‬ ‫במעבדה זו תלמדו על שני סוגים של תהליכים כימיים‪ ,‬תהליכים קולטי אנרגיה ותהליכים פולטי אנרגיה‪ .‬תבצעו שני‬ ‫ניסויים‪ ,‬ותמדדו את שינויי הטמפרטורה בכל ניסוי‪.‬‬ ‫במעבדה זו תחקרו את שני סוגי התהליכים הכימיים‪ ,‬ותמדדו את שינויי הטמפרטורה במהלך התגובות‪.‬‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימת הציוד והחומרים אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫במהלך ניסוי זה יש לעבוד עם כפפות‪ .‬יש להימנע ממגע עם החומרים במהלך הניסוי‪ .‬במידה וייווצר מגע בין‬ ‫החומרים לגופכם‪ ,‬שטפו היטב את המקום עם הרבה מים‪.‬‬ ‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנט‪/‬ית‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫ציוד וחומרים )חלק א(‬ ‫שימו לב‪ :‬יש להרכיב משקפי מגן ולהשתמש בכפפות במהלך הניסוי!‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫חיישן טמפרטורה‬

‫•‬

‫מבחנה בנפח של ‪ 10‬מ"ל‬

‫•‬

‫שקית ניילון )שקיות לאריזת מזון(‬

‫•‬

‫חוט קשירה לסגירת השקית‬

‫•‬

‫מקל זכוכית‬

‫•‬

‫משטיפת מים מזוקקים‬

‫•‬

‫משורה בנפח ‪ 10‬מ"ל‬

‫•‬

‫נוזל סגול‬

‫•‬

‫כלי המכיל מוצק ‪A‬‬

‫•‬

‫כלי המכיל מוצק ‪B‬‬

‫| ‪| 55‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫העמדת הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה‪) MiLAB-‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישן הטמפ' לשקע המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישן הטמפ' שאותו חברתם לטאבלט נבחר‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬

‫(‬

‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל שנייה‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 1000‬שניות‬

‫| ‪| 56‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫שערו כיצד ניתן לדעת אם ניסוי מסוים הוא תהליך אנדותרמי או אקסותרמי?‬ ‫שערו האם בעירת נר הוא תהליך אקסותרמי או אנדותרמי? נמקו את תשובתכם‪.‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫הכניסו לשקית את שני המוצקים ‪ A‬ו‪.B -‬‬

‫‪.2‬‬

‫ערבבו אותם במקל זכוכית או על‪-‬ידי ניעור השקית‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫הכניסו את חיישן הטמפרטורה לתוך השקית‪ ,‬לחצו על הצלמית התחל )‬

‫(‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫מדדו את הטמפרטורה בתוך השקית עד להתייצבות‪ .‬ודאו לאורך הניסוי שחיישן הטמפרטורה לא יקרע את שקית‬ ‫הניסוי‪.‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫הכניסו למבחנה הקטנה ‪ 10‬מ"ל מהנוזל הסגול‪ .‬סגרו את המבחנה עם פקק מתאים‪ .‬נגבו היטב את המבחנה מכל‬ ‫השאריות של הנוזל‪.‬‬ ‫הניחו בזהירות את המבחנה עם הפקק‪ ,‬בתוך השקית שמכילה את תערובת האבקות‪.‬‬ ‫קשרו היטב את השקית בחלקה העליון על‪-‬ידי חוט קשירה כדי לאטום את השקית‪ ,‬כשחיישן הטמפרטורה בתוך‬ ‫השקית‪.‬‬

‫תמונה ‪3‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫הפכו בזהירות את המבחנה הקטנה‪ ,‬כך שהנוזל ירטיב את המוצקים‪.‬‬ ‫מדי פעם הטו את השקית לשיפור המגע בין החומרים‪.‬‬

‫| ‪| 57‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫תמונה ‪4‬‬ ‫‪.8‬‬

‫המשיכו את המדידה עד להתייצבות הטמפרטורה‪ ,‬ולאחר מכן לחצו על צלמית עצור )‬

‫‪.9‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( להפסקת המדידה‪.‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫להנחיות המורה‪.‬‬

‫תוצאות )חלק א(‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫תארו את מה שהתרחש בתוך השקית לאורך הניסוי‪.‬‬ ‫מה הייתה הטמפרטורה הנמוכה ביותר שהתקבלה במערכת?‬ ‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין הטמפרטורה הגבוהה ביותר לנמוכה ביותר שנמדדו?‬

‫‪.9‬‬

‫תארו את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫| ‪| 58‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫דיון ומסקנות )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫האם היה שינוי בטמפרטורה של המערכת לאורך הניסוי? כן ‪ /‬לא‬ ‫לאור ההגדרות של תהליך אנדותרמי ואקסותרמי‪ ,‬איזה תהליך ביצעתם בניסוי זה? נמקו‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫בסיום התהליך השקית מתנפחת‪ .‬שערו ממה יכול לנבוע שינוי זה?‬ ‫המורה תכין טבלה על הלוח שבה היא תבקש מכל קבוצה למלא את הנתונים הבאים‪ .‬השלימו גם אתם את הנתונים‬ ‫לגבי הניסוי שלכם‪ ,‬והעתיקו את התוצאות של חמש קבוצות אחרות‪.‬‬ ‫קבוצה מס' ‪1‬‬

‫קבוצה מס' ‪2‬‬

‫קבוצה מס' ‪3‬‬

‫קבוצה מס' ‪4‬‬

‫קבוצה מס' ‪5‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬ ‫טמפרטורה סופית‬ ‫הפרש‬ ‫הטמפרטורות‬ ‫הזמן שעבר עד‬ ‫לטמפ' המינימלית‬ ‫‪.5‬‬

‫האם התוצאות שהתקבלו בכל אחת מהקבוצות היו זהות‪ ,‬דומות או שונות?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫שערו ממה יכולים לנבוע שינויים בין הקבוצות השונות‪ ,‬בהנחה שמדובר באותם החומרים‪.‬‬ ‫העלו לפחות שתי הצעות לתלמידים‪ ,‬שיכולות להוריד למינימום את ההבדלים בתוצאות בין הקבוצות‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫כיצד מתנהגת הטמפרטורה לאחר שהניסוי הסתיים? האם הטמפרטורה ממשיכה לרדת או אולי עולה?‬ ‫מה ההסבר למצב זה?‬

‫ציוד וחומרים )חלק ב(‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫חיישן טמפרטורה‬

‫•‬

‫‪ 1‬גרם של נייר אלומיניום‬

‫•‬

‫‪ 30‬מ"ל תמיסה של נחושת כלורית‬

‫•‬

‫כוס כימית‬

‫•‬

‫מקל זכוכית‬

‫| ‪| 59‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫תמונה ‪5‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה ‪) MiLAB‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישן הטמפ' לשקע המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישן הטמפ' שאותו חברתם לטאבלט נבחר‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬ ‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫(‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל ‪ 10‬שניות‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 1000‬שניות‬

‫| ‪| 60‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫הוסיפו ‪ 30‬מיליליטר תמיסת נחושת כלורית לכוס כימית‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫הכניסו את חיישן הטמפרטורה לתוך הכוס הכימית‪ ,‬לחצו על התחל )‬

‫( ‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪ .‬מדדו‬

‫את הטמפרטורה בתוך הכוס עד להתייצבות‪.‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫הכניסו את נייר האלומיניום לתמיסה של נחושת כלורית‪.‬‬ ‫התבוננו בתהליך שינוי הטמפרטורה לאורך זמן )בערך ‪ 8‬דקות(‪.‬‬ ‫המשיכו את המדידה עוד כחמש דקות לאחר הגעה לטמפרטורה הגבוהה ביותר שנמדדה‪ ,‬ולאחר מכן לחצו על‬ ‫צלמית עצור )‬

‫‪.6‬‬

‫( להפסקת המדידה‪.‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫להנחיות המורה‪.‬‬

‫תמונה ‪6‬‬

‫תוצאות )חלק ב(‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬

‫| ‪| 61‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫תארו את התהליך שהתרחש בתוך הכוס לאורך הניסוי‪.‬‬ ‫מה הייתה הטמפרטורה הגבוהה ביותר שהתקבלה במערכת?‬ ‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין הטמפרטורה הגבוהה ביותר לנמוכה ביותר שנמדדו?‬

‫‪.9‬‬

‫תארו את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫דיון ומסקנות )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫האם היה שינוי בטמפרטורה של המערכת לאורך הניסוי? כן ‪ /‬לא‬ ‫לאור ההגדרות של תהליך אנדותרמי ואקסותרמי‪ ,‬איזה תהליך ביצעתם בניסוי זה? נמקו‪.‬‬ ‫כמו בחלק א של הניסוי‪ ,‬נערוך השוואה בין התוצאות שהתקבלו בכיתה‪ .‬המורה תכין טבלה על הלוח שבו היא תבקש‬ ‫מכל קבוצה למלא את הנתונים הבאים‪ .‬השלימו גם אתם את הנתונים לגבי הניסוי שלכם והעתיקו את התוצאות של‬ ‫חמש קבוצות אחרות‪.‬‬ ‫קבוצה מס' ‪1‬‬

‫קבוצה מס' ‪2‬‬

‫קבוצה מס' ‪3‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬ ‫טמפרטורה סופית‬ ‫הפרש‬ ‫הטמפרטורות‬ ‫הזמן שעבר עד‬ ‫לטמפ' המינימלית‬ ‫‪.4‬‬

‫מה ניתן ללמוד מהתוצאות של קבוצות שונות באותו ניסוי?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫האם יש גורמים נוספים שיכולים להשפיע על התוצאות שלא הועלו בחלק א?‬ ‫א‪ .‬איזה חלק במהלך העבודה היה מסובך יותר? פרטו‪.‬‬ ‫ב‪ .‬האם התוצאות של הניסוי עזרו לכם להבין את המושגים המדעיים? הסבירו‪.‬‬ ‫ג‪ .‬האם אתם מעדיפים לעבוד לבד או בצוות? נמקו‪.‬‬

‫| ‪| 62‬‬

‫קבוצה מס' ‪4‬‬

‫קבוצה מס' ‪5‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫האם ‪ 1‬גר' של עץ‪ 1 ,‬גר' של נפט‪ ,‬ו‪ 1 -‬גר' של גז בישול‪ ,‬יפיקו את אותה כמות של חום בתהליך שריפה?‬ ‫האם יהיה הבדל בכמות החום שיתקבל אם נשרוף גזע שלם של עץ או אותה מסה של עץ חתוך לחתיכות קטנות?‬ ‫אילו שימושים יש בחיי היום‪-‬יום לתהליכים אקסותרמיים?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫אילו שימושים יש בחיי היום‪-‬יום לתהליכים אנדותרמיים?‬ ‫כיצד מודדים את הערך הקלורי של סוגי מזונות שונים?‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫תהליך אנדותרמי הוא________________________________________________________‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫תהליך אקסותרמי הוא _______________________________________________________‬ ‫בעירה של נר הוא דוגמה לתהליך ________________________________________________‬ ‫השלימו את המשפט‪ :‬בזמן תגובה כימית קשרים כימיים‪...‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫מה ההבדל בין תהליך אנדותרמי לתהליך אקסותרמי?‬ ‫הסבירו מדוע תהליך הפוטוסינתזה נחשב לתהליך אנדותרמי?‬ ‫מה המשותף לשלושת תהליכי השריפה הבאים‪ :‬שריפת עץ‪ ,‬שריפת נפט‪ ,‬שריפת גז‪ .‬בתשובתכם התייחסו לשלושה‬

‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫מאפיינים משותפים‪.‬‬ ‫שערו מדוע תהליך האלקטרוליזה נחשב לתהליך אנדותרמי‪.‬‬ ‫קראו את התיאור של פעולת המקרר‪:‬‬

‫‪ .10‬תהליך הקירור מבוסס על מחזור קירור דו‪-‬שלבי מסוג דחיסת גזים‪ .‬בשלב הראשון של מחזור הקירור‪ ,‬מדחס דואג‬ ‫לעלות את לחץ הגז‪ ,‬המשמש כחומר הקירור‪ ,‬ללחץ העיבוי והופכו לנוזל‪ ,‬שפולט את חומו לסביבה החיצונית‪,‬‬ ‫באמצעות המעבה הנמצא בגב המקרר‪ .‬בחלק השני של המחזור מופחת לחץ הגז ללחץ המתאים ללחץ האיוד‪ ,‬כיוון‬ ‫שהנוזל מתפשט לגז‪ ,‬הוא סופג חום מהסביבה )שהיא תוכו של המקרר( באמצעות המאייד‪ ,‬וחוזר חלילה‪.‬‬ ‫א‪ .‬השלב הראשון של תהליך הקירור הוא תהליך אקסותרמי ‪ /‬אנדותרמי‪ .‬מדוע?‬ ‫ב‪ .‬השלב השני של תהליך הקירור הוא תהליך אקסותרמי ‪ /‬אנדותרמי‪ .‬מדוע?‬

‫| ‪| 63‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫פרק ‪ -5‬מדריך למורה‬

‫תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬חומרים‬ ‫נושא משנה‪ :‬תהליכי שינוי בחומר וחוק שימור המסה‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ח‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ :‬שיעור כפול של ‪ 90‬דקות‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬תהליך כימי‪ ,‬התרכבות של תרכובת‪ ,‬פירוק תרכובת‪ ,‬תהליך אקסותרמי‪,‬‬ ‫תהליך אנדותרמי‪ ,‬אנרגיית חום‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬העלאת השערות‪ ,‬בידוד משתנים‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬דרגת קושי – בינונית‪.‬‬

‫•‬

‫מקורות מידע נוספים‪:‬‬

‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬

‫‪http://23tv.co.il/1607-he/Tachi.aspx‬‬ ‫‪http://stwww.weizmann.ac.il/Energy/EnergySources/Chemical/Chemical4.htm‬‬ ‫‪=http://www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php?cat‬‬ ‫‪incat=1412&article_id=3357&act=forumPrint&1448‬‬

‫א‪.‬‬

‫במידה ויש קושי לתת לכל הקבוצות לבצע את שני הניסויים‪ ,‬אפשר לחלק את הכיתה לשתי קבוצות וכל‬ ‫קבוצה תבצע רק ניסוי אחד‪ .‬חשוב לוודא שכל התלמידים ישלימו את המידע לגבי הניסוי שלא ביצעו‪.‬‬

‫ב‪.‬‬

‫במעבדה זו התלמידים עובדים עם חומרים כימיים‪ ,‬יש להקפיד על כללי זהירות‪ .‬רצוי לספק לתלמידים‬ ‫כפפות חד‪-‬פעמיות ומשקפי מגן לעבודה‪ .‬במידה ואין אפשרות יש לשקול לבצע את הניסויים בהדגמה‪.‬‬ ‫כדאי להראות לתלמידים בהדגמה כיצד להכניס את החומרים בזהירות לשקית‪ ,‬ולסגור בזהירות את‬

‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫השקית‪ .‬יש להקפיד לא לערבב את החומרים‪ ...‬כדי שתהיה להם הפתעה‪.‬‬ ‫אפשר לכסות את הכוסות בחתיכת פוליגל‪ ,‬עם חור באמצע למעבר החיישן‪ ,‬כדי להקטין את איבוד החום‬ ‫לסביבה‪.‬‬

‫| ‪| 64‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬

‫•‬ ‫א‪.‬‬

‫ציוד וחומרים )חלק א(‪:‬‬ ‫טאבלט אינשטיין‬ ‫‪.1‬‬ ‫כלי זכוכית )מבחנה( בנפח של ‪ 10‬מ"ל )עם פקק תואם(‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫שקית ניילון‬ ‫גומיות לסגירה‬ ‫חיישן טמפרטורה‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫מקל זכוכית‬ ‫משטיפת מים מזוקקים‬ ‫משורה בנפח ‪ 10‬מ"ל‬

‫‪.9‬‬ ‫‪.10‬‬ ‫‪.11‬‬

‫נוזל סגול ‪ -‬מי כרוב‬ ‫כלי המכיל מוצק ‪ A : 7‬גר' חומצת לימון‬ ‫כלי המכיל מוצק ‪ B : 10‬גר' סודה לשתייה‬

‫הערה‪ :‬ניתן "להפוך" את הכמויות‪ 10 :‬גר' מוצק ‪ A‬ו‪ 7 -‬גר' מוצק ‪ B‬לחלק מן הקבוצות‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫ציוד וחומרים )חלק ב(‪:‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫‪ 1‬גרם של נייר אלומיניום‬ ‫‪ 30‬מ"ל תמיסה של נחושת כלורית‬ ‫כוס כימית‬

‫‪.4‬‬

‫קיסם עץ‬

‫תשובות לתוצאות )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫בציר ‪ X‬מוצג המשתנה – זמן‪ .‬בציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי בניסוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬ובציר ‪ Y‬הן מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף? כותרת של הגרף‪ :‬תגובה כימית אנדו תרמית‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫תארו את מה שהתרחש בתוך השקית לאורך הניסוי‪.‬‬ ‫במהלך הניסוי ראינו התרחשות של תגובה כימית בין החומרים השונים בשקית‪ .‬ראינו ביעבוע של גזים שונים‪.‬‬ ‫מה הייתה הטמפרטורה הנמוכה ביותר שהתקבלה במערכת? ‪ 4‬מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין הטמפרטורה הגבוהה ביותר לנמוכה ביותר שנמדדו?‬ ‫ההפרש היה ‪ 19‬מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.9‬‬

‫תארו את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫‪.7‬‬

‫| ‪| 65‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫תשובות לדיון מסקנות )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫האם היה שינוי בטמפרטורה של המערכת לאורך הניסוי? כן ‪ /‬לא‬

‫‪.2‬‬

‫לאור ההגדרות של תהליך אנדותרמי ואקסותרמי‪ ,‬איזה תהליך ביצעתם בניסוי זה? נמקו‪.‬‬ ‫הניסוי הזה הוא דוגמה לתהליך אנדותרמי כי הטמפרטורה לאורך הניסוי ירדה‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫בסיום התהליך השקית מתנפחת‪ .‬שערו ממה יכול לנבוע שינוי זה?‬ ‫התנפחות השקית כנראה נובעת מפליטה של גזים שנוצרו בתהליך שהתרחש בשקית‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫המורה תכין טבלה על הלוח שבה היא תבקש מכל קבוצה למלא את הנתונים הבאים‪ .‬השלימו גם אתם את הנתונים‬ ‫לגבי הניסוי שלכם‪ ,‬והעתיקו את התוצאות של חמש קבוצות אחרות‪.‬‬ ‫קבוצה מס' ‪1‬‬

‫קבוצה מס' ‪2‬‬

‫קבוצה מס' ‪3‬‬

‫קבוצה מס' ‪4‬‬

‫קבוצה מס' ‪5‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬ ‫טמפרטורה סופית‬ ‫הפרש‬ ‫הטמפרטורות‬ ‫הזמן שעבר עד‬ ‫לטמפ' המינימלית‬

‫‪.5‬‬

‫האם התוצאות שהתקבלו בכל אחת מהקבוצות היו זהות‪ ,‬דומות או שונות?‬ ‫סביר להניח שהתוצאות בין כל הקבוצות היו מעט שונות‪ ,‬למרות שבכל הקבוצות התקבלו ירידות בטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫שערו ממה יכולים לנבוע שינויים בין הקבוצות השונות‪ ,‬בהנחה שמדובר באותם החומרים‪.‬‬ ‫השינויים יכולים לנבוע מעצם השימוש בחיישנים שונים‪ ,‬אנשים שונים קוראים את התוצאות‪ ,‬מדידת כמות החומרים‬ ‫לא מדויקת ואחידה‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫העלו לפחות שתי הצעות לתלמידים שיכולות להוריד למינימום את ההבדלים בתוצאות בין הקבוצות‪.‬‬ ‫א‪ .‬אם כל הקבוצות יקפידו על מהלך תקין של הניסוי בהתאם להוראות‪.‬‬ ‫ב‪ .‬אם כמויות החומרים שהתלמידים יקבלו יהיו זהות‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫כיצד מתנהגת הטמפרטורה לאחר שהניסוי הסתיים? האם הטמפרטורה ממשיכה לרדת או אולי עולה? מה ההסבר‬ ‫למצב זה?‬ ‫לאחר שהתגובה הכימית מסתיימת )כל החומרים במערכת הגיבו( הטמפרטורה מתחילה לעלות‪ ,‬כי המערכת‬ ‫מתחילה לקלוט אנרגיית חום מהסביבה‪.‬‬

‫תשובות לתוצאות )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫בציר ‪ X‬מוצג המשתנה – זמן‪ .‬בציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי בניסוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫| ‪| 66‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות ובציר ‪ Y‬הן מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף? כותרת של הגרף‪ :‬גרף של תהליך אקסותרמי‪.‬‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫תארו את התהליך שהתרחש בתוך הכוס לאורך הניסוי‪.‬‬ ‫מה הייתה הטמפרטורה הגבוהה ביותר שהתקבלה במערכת? ‪ 42‬מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין הטמפרטורה הגבוהה ביותר לנמוכה ביותר שנמדדו? ‪ 19‬מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.9‬‬

‫תארו את התוצאות של הגרף שהתקבל‪.‬‬

‫תשובות לדיון מסקנות )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫האם היה שינוי בטמפרטורה של המערכת לאורך הניסוי? כן ‪ /‬לא‬

‫‪.2‬‬

‫לאור ההגדרות של תהליך אנדותרמי ואקסותרמי‪ ,‬איזה תהליך ביצעתם בניסוי זה? נמקו‪.‬‬ ‫התהליך בחלק ב של המעבדה הוא תהליך אקסותרמי‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫כמו בחלק א של הניסוי נערוך השוואה בין התוצאות שהתקבלו בכיתה‪ .‬המורה תכין טבלה על הלוח שבה היא תבקש‬ ‫מכל קבוצה למלא את הנתונים הבאים‪ .‬השלימו גם אתם את הנתונים לגבי הניסוי שלכם והעתיקו את התוצאות של‬ ‫חמש קבוצות אחרות‪.‬‬ ‫קבוצה מס' ‪1‬‬

‫קבוצה מס' ‪2‬‬

‫קבוצה מס' ‪3‬‬

‫קבוצה מס' ‪4‬‬

‫קבוצה מס' ‪5‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬ ‫טמפרטורה סופית‬ ‫הפרש‬ ‫הטמפרטורות‬ ‫הזמן שעבר עד‬ ‫לטמפ' המינימלית‬ ‫‪.4‬‬

‫מה ניתן ללמוד מהתוצאות של קבוצות שונות באותו ניסוי?‬ ‫שלמרות שכל הקבוצות ביצעו לכאורה את אותו הניסוי‪ ,‬בכל זאת יש הבדלים בין התוצאות של הקבוצות השונות‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫האם יש גורמים נוספים שיכולים להשפיע על התוצאות שלא הועלו בחלק א?‬ ‫בנוסף למה שנאמר בחלק א‪ ,‬יכול להיות שהיה הבדל באיכות החומרים בין הקבוצות‪ .‬למשל‪ ,‬שתי קבוצות ניסוי שלא‬ ‫השתמשו באותו סוג של נייר אלומיניום‪ .‬הבדל נוסף שיכול להיות הוא גודל שטח הפנים של נייר האלומיניום‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫א‪ .‬איזה חלק במהלך העבודה היה מסובך יותר? פרטו‪.‬‬ ‫ב‪ .‬האם התוצאות של הניסוי עזרו לכם להבין את המושגים המדעיים? הסבירו‪.‬‬ ‫ג‪ .‬האם אתם מעדיפים לעבוד לבד או בצוות? נמקו‪.‬‬

‫תשובות לשאלות בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫תהליך אנדותרמי הוא‪ ...‬תהליך הפולט חום לסביבה‪.‬‬ ‫תהליך אקסותרמי הוא‪ ...‬תהליך הקולט חום מהסביבה‪.‬‬ ‫בעירה של נר היא דוגמה ל‪...‬תהליך אקסותרמי‪ ,‬כי במהלכו נפלטת אנרגיית חום לסביבה‪.‬‬

‫| ‪| 67‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫‪.4‬‬

‫השלימו את המשפט‪ :‬בזמן תגובה כימית קשרים כימיים‪ ...‬נוצרים ומתפרקים‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫מה ההבדל בין תהליך אנדותרמי לתהליך אקסותרמי?‬ ‫תהליך אנדותרמי הוא תהליך שלצורך התרחשותו מערכת הניסוי חייבת לקלוט אנרגיית מהסביבה‪ ,‬ולכן הטמפרטורה‬ ‫בסביבה יורדת‪ .‬ואילו תהליך אקסותרמי הוא תהליך שבמהלכו נוצרת אנרגיית חום הנפלטת לסביבה‪ ,‬ולכן‬ ‫טמפרטורת הסביבה עולה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫הסבירו מדוע תהליך הפוטוסינתזה נחשב לתהליך אנדותרמי?‬ ‫תהליך הפוטוסינתזה נחשב לתהליך אנדותרמי מאחר ולקיום התהליך המערכת חייבת לקבל אנרגיית אור‪ ,‬אחרת‬ ‫התהליך לא מתקיים‪ .‬זאת גם הסיבה שהפוטוסינתזה מתקיימת רק במהלך היום ולא מתקיימת בלילה‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫מה המשותף לשלושת תהליכי השריפה הבאים‪ :‬שריפת עץ‪ ,‬שריפת נפט‪ ,‬שריפת גז‪ .‬בתשובתכם התייחסו לשלושה‬ ‫מאפיינים משותפים‪.‬‬ ‫א‪ .‬שלושת התהליכים הם תהליכים אקסותרמיים הפולטים חום לסביבה‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫שלושת התהליכים הם תהליכי בעירה הצורכים חמצן‪.‬‬ ‫שלושת התהליכים פולטים פחמן דו‪-‬חמצני כתוצר של תהליך הבעירה‪.‬‬

‫שערו מדוע תהליך האלקטרוליזה נחשב לתהליך אנדותרמי?‬ ‫תהליך האלקטרוליזה נחשב לתהליך אנדותרמי כי על מנת לקיים את התהליך יש לספק לו אנרגיה לקיומו‪ .‬האנרגיה‬ ‫מסופקת על‪-‬ידי סוללה או מקור חשמל‪.‬‬

‫‪.9‬‬

‫קראו את התיאור של פעולת המקרר‪:‬‬ ‫תהליך הקירור מבוסס על מחזור קירור דו‪-‬שלבי מסוג דחיסת גזים‪ .‬בשלב הראשון של מחזור הקירור‪ ,‬מדחס דואג‬ ‫לעלות את לחץ הגז‪ ,‬המשמש כחומר הקירור‪ ,‬ללחץ העיבוי והופכו לנוזל‪ ,‬שפולט את חומו לסביבה החיצונית‬ ‫באמצעות המעבה שנמצא בגב המקרר‪ .‬בחלק השני של המחזור מופחת לחץ הגז ללחץ המתאים ללחץ האיוד‪,‬‬ ‫כיוון שהנוזל מתפשט לגז‪ ,‬הוא סופג חום מהסביבה )שהיא תוכו של המקרר( באמצעות המאייד‪ ,‬וחוזר חלילה‪.‬‬ ‫א‪ .‬השלב הראשון של תהליך הקירור הוא תהליך אקסותרמי ‪ /‬אנדותרמי‪ .‬מדוע?‬

‫השלב הראשון הוא שלב אקסותרמי במהלכו נפלטת אנרגיית חום דרך המעבה של המקרר‪.‬‬ ‫ב‪ .‬השלב השני של תהליך הקירור הוא תהליך אקסותרמי ‪ /‬אנדותרמי‪ .‬מדוע?‬ ‫השלב השני של הקירור הוא השלב האנדותרמי שבמהלכו נקלטת אנרגיית חום מהסביבה )פנים המקרר(‬ ‫והטמפרטורה של הסביבה יורדת‪.‬‬

‫| ‪| 68‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫גרפים לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של תהליך אנדותרמי‬

‫| ‪| 69‬‬

‫| תהליכים אנדותרמיים ואקסותרמיים |‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של תהליך אקסותרמי‬

‫| ‪| 70‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫פרק ‪6‬‬

‫אפקט החממה‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫הקדמה‬ ‫אפקט החממה הוא תהליך שבו גזי החממה באטמוספירה של כוכב לכת‪ ,‬גורמים להחזר של קרינה תת‪ -‬אדומה אל פני‬ ‫השטח שלו‪ ,‬ובכך גורמים להתחממותו‪ .‬מדי שנה בשנה נפלטים אל האטמוספירה של כדור הארץ מיליוני טונות של פחמן‪-‬‬ ‫דו‪-‬חמצני )‪ (CO2‬וגזי חממה אחרים‪ ,‬כגון‪ :‬מתאן )‪ ,(CH4‬פריאונים )‪ ,(CFC‬פחמן‪-‬חד‪-‬חמצני )‪ , (CO‬ותוצרים אחרים של‬ ‫פעילות האדם‪ .‬גזים אלה נלכדים בתוך האטמוספירה ויוצרים מחסום חד‪-‬כיווני‪ :‬קרני האור של השמש יכולות לחדור דרכו‪,‬‬ ‫אולם החום הנפלט מהקרקע אל האטמוספירה אינו מתפוגג בחלל‪ .‬התוצאה‪ :‬התחממות כדור הארץ‪ .‬הטמפרטורה‬ ‫הממוצעת של פני השטח של כדור הארץ עומדת על כ‪ 15 -‬מעלות צלזיוס‪ .‬בהיעדר אפקט החממה הטמפרטורה על‪-‬פני‬ ‫כדור הארץ הייתה קרה יותר בכ‪ 33 -‬מעלות צלזיוס – כלומר‪ ,‬מתחת לנקודת הקיפאון של המים‪.‬‬ ‫לאפקט החממה השפעות חיוביות המאפשרות חיים‪ ,‬יחד עם זאת יש גם השפעות שליליות‪ .‬אפקט החממה גורם ועלול‬ ‫לגרום לנזקים סביבתיים אדירים‪ .‬רוב החוקרים טוענים כי אפקט החממה הוא אחד הגורמים המרכזיים לשינויים במזג‬ ‫האוויר ולהתחממות הגלובלית‪ ,‬אשר עלולה לגרום להתכת הקרחונים בקטבים‪ ,‬עליית גובה פני הים‪ ,‬הפיכת אזורים‬ ‫נרחבים על כדור הארץ למדבריות‪ ,‬קירורה של צפון אירופה בשל שיבוש בזרם הגולף‪ ,‬ולמהפכה שלמה באקלים כדור‬ ‫הארץ‪ .‬מיעוט מן החוקרים סבור כי המערכות הטבעיות ידעו לאזן את ההפרה שנגרמה במידת החום‪ ,‬בכך שטמפרטורה‬ ‫גבוהה תביא להתגברות העננות‪ ,‬תופעה שתיצור מעין שכבת מגן‪ ,‬שתמנע מחלק מאנרגיית השמש להגיע אל פני כדור‬ ‫הארץ‪ ,‬ובכך תקרר אותם מחדש‪.‬‬ ‫ההצהרות הרשמיות של התאחדויות חוקרי האקלים ושל הגוף הבינלאומי המרכז מידע בנושא‪ ,‬תומכות בתאוריה שלפיה‬ ‫ההתחממות המוגזמת נובעת מפעילות אנושית ותעשייתית‪ ,‬הגורמת לפליטה מוגברת של גזי חממה‪ .‬יחד עם זאת‪ ,‬ישנם‬ ‫חוקרים המתנגדים לתאוריה זו ומציעים תאוריות חלופיות‪ .‬לדוגמה‪ ,‬יש חוקרים שטוענים כי ההתחממות הנצפית לאחרונה‬ ‫היא חלק ממחזור טבעי של התחממות והתקררות כדור הארץ‪.‬‬

‫| ‪| 71‬‬

‫| אפקט החממה |‬ ‫ההסכמה המדעית הרחבה בקשר להשפעת התגברות אפקט החממה‪ ,‬הובילה לאחרונה את המדינות המפותחות‬ ‫המובילות כלכלית להכריז על תמיכתן בפתרון בעיה זו‪ .‬תמיכה זו התבטאה בהחלטות שהתקבלו בוועידת קיוטו‪ ,‬בה‬ ‫התחייבו מדינות רבות להפחית את כמות גזי החממה אשר הן פולטות‪ .‬על אף הצהרות אלה‪ ,‬תנועות "ירוקות" טוענות‬ ‫שעדיין לא נעשה די למנוע את המשך התופעה‪.‬‬ ‫בואו נשאל חמש שאלות על אפקט החממה‪:‬‬ ‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪?...‬‬ ‫מה זה? מה זה…? מה יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע?‬ ‫ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_____________________________________________________________________________‬

‫מה נחקור?‬ ‫במעבדה זו נלמד על אפקט החממה‪ ,‬כיצד הוא משפיע על התחממות כדור הארץ‪.‬‬ ‫נלמד על אחד הגורמים המשפיעים על עליית הטמפרטורה של כדור הארץ‪.‬‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬ ‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימה אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנט‪/‬ית‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫הקפידו לבצע את הניסוי בצורה מדויקת ובהתאם להוראות‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬

‫•‬

‫‪ 2‬מקלות בחישה מזכוכית‬

‫•‬

‫‪ 2‬גומיות‬

‫•‬

‫‪ 2‬כוסות כימיות – ‪ 400‬מ"ל‬

‫•‬

‫מעט אדמה יבשה – בגובה ‪ 2‬ס"מ בכל אחת מהכוסות‬

‫•‬

‫‪ 2‬שקיות ניילון שקופות )המשמשות לאריזת מזון(‬

‫•‬

‫פחמן דו‪-‬חמצני‬

‫•‬

‫מנורת שולחן – ‪100/75W‬‬

‫| ‪| 72‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫העמדת הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה ‪) MiLAB‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישני הטמפ' לשקעי המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישני הטמפ' שאותם חברתם לטאבלט נבחרו‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬ ‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫העמידו על שולחן את שתי הכוסות הכימיות ורשמו עליהן את המספרים ‪ 1‬ו‪.2 -‬‬ ‫כסו רק אחת מהכוסות בשקית‪ .‬העבירו את חיישן הטמפרטורה המחובר למקל דרך השקית‪ .‬בכוס ללא הכיסוי הניחו‬ ‫את חיישן הטמפרטורה בתוך הכוס‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫הפעילו את מנורת השולחן בגובה של ‪ 30‬ס"מ מעל הכוסות‪ .‬הקפידו שהמרחק בין המנורה לכוסות יהיה שווה‪.‬‬

‫(‬

‫| ‪| 73‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫תמונה ‪3‬‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה )‪(2X‬‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל ‪ 10‬שניות‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 100‬שניות‬

‫רגע לפני‪) ...‬חלק א(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫מה ההבדל בין ניחוש להשערה?‬ ‫שערו האם יהיה הבדל בטמפרטורות בין הכוס עם כיסוי השקית‪ ,‬והכוס השנייה ללא הכיסוי‪.‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫( ‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪ .‬מדדו את הטמפרטורה בשתי הכוסות עד‬

‫להתייצבות‪.‬‬ ‫‪.2‬‬

‫צפו בגרפים המתקבלים ממדידת הטמפרטורות בשתי הכוסות‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬ ‫כמה זמן‪ ,‬בערך‪ ,‬צריך לבצע את המדידה‪(.‬‬

‫| ‪| 74‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪) .‬שימו לב‬

‫| אפקט החממה |‬

‫תוצאות )חלק א(‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬ ‫מהו המשתנה התלוי?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬ ‫תארו את התוצאות של הגרפים שהתקבלו בכל אחת מהכוסות‪.‬‬

‫דיון ומסקנות )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין שתי הכוסות?‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מה מדמה שקית הפוליאתילן במערכת הניסוי?‬ ‫מדוע היה חשוב להקפיד על תנאים שווים בשתי הכוסות‪ ,‬פרט לשקית שעטפה את הכוס?‬ ‫מה בתוצאות הניסוי של חלק א מלמד אותנו על התופעה של אפקט החממה?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫האם אפקט החממה התקיים בשתי הכוסות או רק באחת מהן? הסבירו את תשובתכם‪.‬‬ ‫מה המסקנה מחלק א של הניסוי?‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה‪) MiLAB-‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישני הטמפ' לשקעי המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישני הטמפ' שאותם חברתם לטאבלט נבחרו‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬ ‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫העמידו על שולחן את שתי הכוסות הכימיות ורשמו עליהן את המספרים ‪ 1‬ו‪.2 -‬‬ ‫כסו את שתי הכוסות בשקיות‪ ,‬העבירו את חיישן הטמפרטורה המחובר למקל דרך השקית‪.‬‬ ‫חברו לשקית מס' ‪ 2‬צינור לטקס שיזרים לכוס פחמן דו‪-‬חמצני‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫הפעילו את מנורת השולחן במרחק של ‪ 30‬ס"מ מהכוסות‪ .‬הקפידו שהמרחק יהיה שווה משתי הכוסות‪.‬‬

‫(‬

‫| ‪| 75‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫מערך אוגר הנתונים )חלק ב(‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה )‪(2X‬‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל ‪ 10‬שניות‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 100‬שניות‬

‫רגע לפני‪) ...‬חלק ב(‬ ‫שערו מה יהיה הבדל הטמפרטורה בין הכוס עם תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני והכוס ללא תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני‪.‬‬

‫תמונה ‪4‬‬

‫ביצוע הניסוי )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל )‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫להתייצבות‪ ,‬בערך שתיים שלוש דקות‪.‬‬ ‫התחילו להזרים פחמן דו‪-‬חמצני לכוס מס' ‪.2‬‬ ‫צפו בגרפים המתקבלים ממדידת הטמפרטורות בשתי הכוסות‪ .‬שימו לב לזמן הניסוי‪.‬‬

‫( ‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪ .‬מדדו את הטמפרטורה בתוך הכוסות עד‬

‫| ‪| 76‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫תמונה ‪5‬‬

‫תוצאות )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬ ‫מהו המשתנה התלוי?‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬ ‫תארו את התוצאות של הגרפים שהתקבלו בכל אחת מהכוסות‪.‬‬

‫דיון ומסקנות )חלק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫במה שונה חלק א מחלק ב של הניסוי?‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין שתי הכוסות בסיום הניסוי?‬ ‫איך ניתן להסביר את הפרש הטמפ' בין שתי הכוסות?‬ ‫מה מדמה תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני למערכת?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫מדוע העמדנו שתי כוסות ניסוי ולא רק כוס אחת עם תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני?‬ ‫מדוע היה חשוב לשמור על תנאים שווים בשתי מערכות הניסוי‪ ,‬פרט לתוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני?‬ ‫מה המסקנה מחלק ב של הניסוי?‬

‫‪.8‬‬

‫הניסוי שביצעתם מהווה מודל )חיקוי( של המצב האמיתי‪ .‬מה יכולים להיות הקשיים בעבודה עם מודלים המדמים‬ ‫מצב אמיתי?‬

‫‪.9‬‬

‫א‪ .‬האם במהלך העבודה נתקלתם בקשיים? במידה וכן ציינו מהם הקשיים‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כיצד התמודדתם עם הקשיים במהלך העבודה?‬ ‫ג‪ .‬האם התוצאות שהתקבלו בניסויים הפתיעו אתכם? נמקו את תשובתכם‪.‬‬

‫| ‪| 77‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫תכננו ניסויים נוספים שיכולים לבדוק את ההשפעה של גזי חממה שונים על הטמפרטורה‪.‬‬ ‫אם נבצע את אותו הניסוי מחוץ למעבדה‪ ,‬לאור השמש‪ ,‬האם נקבל תוצאות דומות?‬ ‫מה הקשר בין עצמת התאורה או המרחק של התאורה מהכוסות‪ ,‬לבין הטמפרטורה המתקבלת בניסוי?‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫הסבירו בקצרה‪ ,‬במילים שלכם‪ ,‬מהו אפקט החממה‪.‬‬ ‫מה היה קורה לטמפרטורת כדור הארץ אם לא היה קיים אפקט החממה?‬ ‫ישנו כוכב לכת נוסף במערכת השמש שלנו‪ ,‬שבו ריכוז הפחמן הדו‪-‬חמצני גבוה מאוד‪ .‬שערו מה היא הטמפרטורה על‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫כוכב לכת זה? נמקו‪.‬‬ ‫מה היתרון בשימוש בחממות בגידולים חקלאיים?‬ ‫בכניסה לרכב חונה ביום חם אנו חשים שהטמפרטורה ברכב גבוהה בהרבה מטמפרטורת הסביבה‪ .‬הסבירו מדוע‪.‬‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫מהן הסכנות הצפויות כתוצאה מהעלייה בטמפרטורת כדור הארץ כתוצאה מעלייה ברמת גזי החממה באטמוספרה?‬ ‫מהן הדרכים בהם האדם יכול להפחית את פליטת גזי החממה בחיי היום‪-‬יום‪ .‬ציינו שלוש דרכים‪.‬‬

‫| ‪| 78‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫פרק ‪ - 6‬מדריך למורה‬

‫אפקט החממה‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬מערכות אקולוגיות‬ ‫נושא משנה‪ :‬מעורבות האדם במרכיבי הסביבה והשלכותיה על הסביבה‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ח‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ :‬חלק א – ‪ 45‬דק'‪ ,‬חלק ב – ‪ 45‬דק'‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬אפקט החממה‪ ,‬גזי חממה‪ ,‬אטמוספרה‪ ,‬אנרגיית חום‪ ,‬התחממות גלובלית‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬העלאת השערות‪ ,‬בידוד משתנים‪ ,‬עבודה עם מודלים‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬חלק א – דרגת קושי קלה‪ ,‬חלק ב ‪ -‬דרגת קושי בינונית‬

‫•‬

‫מקורות מידע נוספים‪:‬‬

‫‪http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=563‬‬

‫‪http://kids.gov.il/cgi-bin/sababa/sababa_pool/catalog.pl?CurriculumsId=5&ParentId=1‬‬ ‫‪http://aux.shenkar.ac.il/656/group25/index.html‬‬ ‫‪http://ofekhigh.cet.ac.il/ShowItem.aspx?ItemID=37284fd0-8a1b-48f6-9145-26290838dabb&lang=HEB‬‬ ‫‪http://ofekhigh.cet.ac.il/ShowItem.aspx?ItemID=8f0b199c-52aa-4abc-96ca-77c1d385deab&lang=HEB‬‬ ‫‪http://ofekhigh.cet.ac.il/ShowItem.aspx?ItemID=fae4788f-5ff3-4386-8185-0e7127e978fa&lang=HEB‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫במקרה של חוסר זמן ניתן לחלק את הכיתה לשתי קבוצות‪ ,‬קבוצה א תבצע את חלק א של הניסוי‪ ,‬וקבוצה‬ ‫ב את חלק ב של הניסוי‪ .‬בסיום העבודה חשוב לוודא שכל קבוצה תשלים את הנתונים על הניסוי שלא ביצעה‪.‬‬

‫ב‪.‬‬

‫אפשר להחליף את הכוסות בכוסות בנפח קטן יותר אם רוצים לחסוך בזמן‪.‬‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫ב‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‪:‬‬ ‫טאבלט אינשטיין‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬ ‫‪ 2‬מקלות בחישה מזכוכית‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫‪ 2‬גומיות‬ ‫‪ 2‬כוסות כימיות – ‪ 400‬מ"ל‬ ‫מעט אדמה יבשה – בגובה ‪ 2‬ס"מ בכל אחת מהכוסות‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫‪ 2‬שקיות פוליאתילן )המשמשות לאריזת מזון(‬ ‫פחמן דו‪-‬חמצני‬ ‫מנורת שולחן – ‪100/75W‬‬

‫פחמן דו‪-‬חמצני‬ ‫‪.10‬‬ ‫חלק א וחלק ב מאוד דומים‪ .‬אותו הציוד יכול לשמש את שני הניסויים‪.‬‬

‫| ‪| 79‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫ג‪.‬‬

‫ד‪.‬‬

‫על מנת להפיק פחמן דו‪-‬חמצני יש להכין ארלנמייר פקוק עם זרוע‪ ,‬שעל הזרוע מולבש צינור לטקס‪ .‬בתוך‬ ‫הארלנמייר יש לערבב אבקת סודה לשתייה עם חומץ‪ .‬את צינור הלטקס יש להעביר לתוך הכוס המיועדת‪.‬‬ ‫את הערבוב יש לבצע ממש לקראת תחילת הניסוי‪.‬‬ ‫דרך נוספת להפיק פחמן דו‪-‬חמצני היא באמצעות כדורי אלקה‪-‬זלצר‪ .‬מוסיפים את הכדורים למים והגז‬ ‫שיוצא מהתסיסה הוא פחמן דו‪-‬חמצני‪ ,‬אותו אפשר להזרים למערכת הניסוי עם צינור לטקס‪.‬‬

‫ה‪.‬‬ ‫ו‪.‬‬

‫‪http://en.wikipedia.org/wiki/Alka-Seltzer‬‬ ‫במידה ויש בבית הספר ניתן להשתמש בפחמן דו‪-‬חמצני מתוך סיפולוקס‪.‬‬ ‫יש לוודא ששתי הכוסות זהות‪ ,‬כדי למנוע השפעה לא רצויה על התוצאות‪.‬‬

‫ז‪.‬‬

‫יש להוסיף אדמה יבשה לשתי הכוסות כדי לדמות את שכבת האדמה על כדור הארץ‪.‬‬

‫תשובות לתוצאות‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫על ציר ‪ X‬מוצג המשתנה – זמן‪ .‬על ציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא זמן‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי הוא טמפרטורה‪.‬‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות ובציר ‪ Y‬מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מה הכותרת של הגרף? כותרת הגרף‪ :‬השפעת האטמוספרה )שקית הניילון( על טמפרטורת האוויר‪.‬‬ ‫תארו את התוצאות של הגרפים שהתקבלו בכל אחת מהכוסות‪.‬‬

‫תשובות לדיון מסקנות )פרק א(‬ ‫‪.1‬‬

‫מה היה הפרש הטמפרטורות בין שתי הכוסות? ‪ 3‬מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫מה מדמה שקית הפוליאתילן במערכת הניסוי?‬ ‫שקית הניילון ששמנו על הכוס הכימית מדמה את האטמוספרה שנמצאת סביב כדור הארץ‪.‬‬ ‫מדוע היה חשוב להקפיד על תנאים שווים בשתי הכוסות‪ ,‬פרט לשקית שעטפה את הכוס?‬

‫‪.3‬‬

‫‪.4‬‬

‫חשוב לשמור על גורמים קבועים שווים במהלך הניסוי כדי שנדע בוודאות מהו הגורם האחד שהשפיע על התוצאות‬ ‫שהתקבלו‪.‬‬ ‫מה בתוצאות הניסוי של חלק א מלמד אותנו על התופעה של אפקט החממה?‬

‫‪.5‬‬

‫בכוס שהייתה מכוסה בשקית הניילון הטמפרטורה הייתה יותר גבוהה מאשר בכוס ללא כיסוי‪.‬‬ ‫האם אפקט החממה התקיים בשתי הכוסות או רק באחת מהן? הסבירו את תשובתכם‪.‬‬ ‫רק בכוס עם הכיסוי התקיים אפקט החממה‪ .‬החום שהגיע מהמנורה נכנס לכוס עם השקית ולא יכול לצאת מהשקית‪,‬‬

‫‪.6‬‬

‫לכן החום הצטבר בתוך הכוס וגרם לעלייה בטמפרטורה של האוויר שבתוכה‪.‬‬ ‫מה המסקנה מחלק א של הניסוי?‬ ‫המסקנה המתקבלת מחלק א של הניסוי‪ :‬האטמוספרה העוטפת את כדור הארץ גורמת לאפקט החממה ומעלה את‬ ‫הטמפרטורה של האוויר סביב כדור הארץ‪.‬‬

‫תשובות לתוצאות )פרק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫בציר ‪ X‬מוצג המשתנה – זמן‪ .‬בציר ‪ Y‬מוצג המשתנה – טמפרטורה‪.‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬והיחידות בציר ‪ Y‬הן מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫| ‪| 80‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫מה הכותרת של הגרף? כותרת הגרף‪ :‬השפעת רמת גבוהה של פחמן דו חמצני על טמפרטורת האוויר‪.‬‬ ‫תארו את התוצאות של הגרפים שהתקבלו בכל אחת מהכוסות‪.‬‬

‫תשובות לדיון מסקנות )פרק ב(‬ ‫‪.1‬‬

‫במה שונה חלק א מחלק ב של הניסוי?‬ ‫ההבדל בין חלק א וחלק ב הוא הטיפול השונה שניתן לשתי הכוסות‪ .‬בחלק א ההבדל היה בשקית הניילון שעטפה‬ ‫את הכוס‪ ,‬שדימתה את האטמוספרה‪ ,‬ואילו בחלק ב ההבדל בין שתי הכוסות היה ריכוז הפחמן הדו‪-‬חמצני‪ :‬בכוס‬ ‫אחת הריכוז הרגיל באוויר‪ ,‬ובכוס השנייה ריכוז גבוה מהרגיל‪.‬‬

‫‪ .2‬מה היה הפרש הטמפרטורות בין שתי הכוסות בסיום הניסוי? ההפרש היה ‪ 3.5‬מעלות צלזיוס‪.‬‬ ‫‪.3‬‬

‫איך ניתן להסביר את הפרש הטמפ' בין שתי הכוסות?‬ ‫הריכוז הגבוה יותר של הפחמן הדו‪-‬חמצני גורם לכך שחלק גדול יותר מהחום שנכנס לכוס נכלא בתוך הכוס על‪-‬ידי‬ ‫הגזים השונים ולא יוצא‪ ,‬ולכן הטמפרטורה בכוס עם תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני גבוהה יותר‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫מה מדמה תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני למערכת?‬ ‫תוספת פחמן דו‪-‬חמצני לאחת הכוסות‪ ,‬מדמה את המצב של העלייה בריכוז הפחמן הדו‪-‬חמצני באוויר‪ ,‬המאפיינת‬ ‫את המצב באטמוספירה סביב כדור הארץ בשנים האחרונות‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫מדוע העמדנו שתי כוסות ניסוי ולא רק כוס אחת עם תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני?‬ ‫על מנת לדעת מה קורה ללא טיפול של תוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני העמדנו את הכוס עם אוויר רגיל‪ .‬הכוס הזו‬ ‫משמשת בקרה בניסוי‪ ,‬אליה ניתן להשוות את התוצאות שהתקבלו‪ ,‬ולדעת האם יש הבדל בין שני הטיפולים השונים‬ ‫שביצענו בניסוי‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫מדוע היה חשוב לשמור על תנאים שווים בשתי מערכות הניסוי‪ ,‬פרט לתוספת הפחמן הדו‪-‬חמצני?‬ ‫כדי שנוכל להשוות את התוצאות השונות בניסוי‪ ,‬ולדעת שאכן רק ריכוז הפחמן הדו‪ -‬חמצני הוא הגורם להבדל‬ ‫בטמפרטורה בין שתי הכוסות‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫מה המסקנה מחלק ב של הניסוי?‬ ‫המסקנה מחלק ב' של הניסוי היא‪ ,‬שאכן לריכוז גבוה של פחמן דו‪-‬חמצני יש השפעה על העלייה בטמפרטורה של‬ ‫האטמוספרה‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫הניסוי שביצעתם מהווה מודל )חיקוי( של המצב האמיתי‪ .‬מה יכולים להיות הקשיים בעבודה עם מודלים המדמים‬ ‫מצב אמיתי?‬ ‫א‪ .‬בעבודה עם מודלים יש לקחת בחשבון את ההבדל בין המודל לבין המציאות‪ .‬כאשר מדמים את‬

‫ב‪.‬‬

‫האטמוספרה של כדור הארץ באמצעות שקית ניילון‪ ,‬הנתונים שיתקבלו לא יהיו בהכרח אותן תוצאות כמו‬ ‫במציאות‪.‬‬ ‫המנורה שהשתמשנו בה בניסוי לא מפיצה בהכרח את אותה הקרינה כמו השמש‪.‬‬

‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫סדרי הגודל בניסוי לא דומים לסדרי הגודל במציאות‪.‬‬ ‫הפרש הריכוז של פחמן דו‪-‬חמצני בין שתי הכוסות לא זהה לריכוזים על‪-‬פני כדור הארץ‪.‬‬

‫| ‪| 81‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫תשובות לשאלות בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫הסבירו בקצרה‪ ,‬במילים שלכם‪ ,‬מהו אפקט החממה?‬ ‫אפקט החממה היא תופעה טבעית הקיימת באטמוספרה של כדור הארץ‪ .‬גזים הנמצאים באטמוספרה קולטים את‬ ‫החום היוצא מכדור הארץ‪ ,‬וכך החום לא עובר את האטמוספרה הוא נשאר סביב כדור הארץ ומחמם אותו‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫מה היה קורה לטמפרטורת כדור הארץ אם לא היה קיים אפקט החממה?‬ ‫אם אפקט החממה לא היה קיים באטמוספרה‪ ,‬הטמפרטורה על‪-‬פני כדור הארץ הייתה יורדת מתחת לאפס )בערך ל‪-‬‬ ‫‪ ,(180C‬כל האוקינוסים‪ ,‬נהרות ואגמים היו קופאים‪ ,‬וכדור הארץ היה הופך למדבר קרח‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫ישנו כוכב לכת נוסף במערכת השמש שלנו‪ ,‬נוגה‪ ,‬שבו ריכוז הפחמן הדו‪-‬חמצני גבוה מאוד‪ .‬שערו מה היא‬ ‫הטמפרטורה על כוכב לכת זה? נמקו‪.‬‬ ‫סביר להניח שהטמפרטורה על כוכב לכת נוגה היא מאוד מאוד גבוהה‪ ,‬בגלל הריכוז הגבוה של הפחמן הדו‪-‬חמצני‬ ‫באטמוספרה‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫מה היתרון בשימוש בחממות בגידולים חקלאיים?‬ ‫היתרון בשימוש בחממות הוא העלאה של טמפרטורת האוויר סביב הגידולים‪ ,‬ללא השקעה של אנרגיה בחימום‬ ‫החלל שבו הצמחים גדלים‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫בכניסה לרכב חונה ביום חם אנו חשים שהטמפרטורה ברכב גבוהה בהרבה מטמפרטורת הסביבה‪ .‬הסבירו מדוע‪.‬‬ ‫מה שקורה בחלל המכונית דומה למה שקורה באפקט החממה‪ .‬החום שנכנס דרך הזכוכית לא יכול לצאת מהמכונית‪,‬‬ ‫ולכן הטמפרטורה במכונית בסופו של דבר היא הרבה יותר גבוהה מהטמפרטורה מחוץ למכונית‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫מהן הסכנות הצפויות מהעלייה בטמפרטורת כדור הארץ‪ ,‬כתוצאה מעלייה בריכוז גזי החממה באטמוספרה?‬ ‫יש מספר סכנות הנובעות מעלייה בריכוז גזי החממה‪:‬‬

‫‪.7‬‬

‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫עלייה בטמפרטורה של האטמוספרה‪.‬‬ ‫התכה של קרחונים כתוצאה מעלייה בטמפרטורה של האוויר‪ ,‬תגרום לעלייה של מפלס המים‬ ‫באוקינוסים‪ ,‬העלולה לגרום להצפה של ערים השוכנות לחופי הימים‪.‬‬

‫ג‪.‬‬

‫מדבור – מעבר של אזורים נרחבים על‪-‬פני כדור הארץ לתנאי מדבר‪.‬‬

‫מהן הדרכים בהם האדם יכול להפחית את פליטת גזי החממה‪ ,‬בחיי היום‪-‬יום‪ .‬ציינו שלוש דרכים‪.‬‬ ‫לפעולות האדם יש תפקיד חשוב מאוד בהפחתה של אפקט החממה על‪-‬פני כדור הארץ‪ ,‬למשל‪:‬‬ ‫א‪ .‬שימוש ברכבים חשמליים ששורפים פחות דלקים ופולטים פחות פחמן דו‪-‬חמצני לאטמוספרה‪.‬‬ ‫ב‪ .‬מעבר לשימוש בדלקים ידידותיים‪ ,‬כמו‪ ,‬אנרגיית רוח‪ ,‬אנרגיה מהשמש ועוד‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ד‪.‬‬

‫צריכת חשמל בצורה חסכונית – כל שימוש בחשמל גורם לצריכה של דלקים הגורמים לפליטה של‬ ‫פחמן דו‪-‬חמצני לאוויר‪.‬‬ ‫הגברת השימוש בחומרים ממוחזרים לשם מניעת דלדול המשאבים על‪-‬פני כדור הארץ‪.‬‬

‫| ‪| 82‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫גרפים לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫טמפרטורה)‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף של אפקט החממה עם אטמוספרה ובלי אטמוספרה‬

‫| ‪| 83‬‬

‫| אפקט החממה |‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף אפקט החממה באוויר רגיל ובאוויר מועשר בפחמן דו‪-‬חמצני‬

‫| ‪| 84‬‬

‫פרק ‪7‬‬

‫עיקרון השתוות הטמפרטורות‬

‫תמונה ‪1‬‬

‫הקדמה‬ ‫ליוסי‪ ,‬תלמיד כיתה ח‪ ,‬נולד אח קטן‪ .‬אמא של יוסי הכינה אמבטיה לאחיו הקטן‪ ,‬אך המים באמבטיה היו חמים מדיי‪ .‬יוסי‬ ‫אוהב שיעורי מדעים בבית הספר וסיפר לאמו כי קיימות לפחות שתי דרכים לקירור המים באמבטיה‪.‬‬ ‫הדרך הראשונה הייתה להשאיר אמבטיה מלאת מים חמים לזמן מה ולהמתין עד שהמים יתקררו‪) .‬חשבו בהסתמך על‬ ‫תורת החלקיקים‪ ,‬מדוע המים באמבטיה מתקררים עם הזמן‪ (.‬אולם‪ ,‬הצעה זו לא הייתה מוצלחת כל כך‪ ,‬משום שהתהליך‬ ‫עלול היה לקחת זמן ארוך מדיי‪ .‬ואז הציע יוסי לאמו את הדרך השנייה ‪ -‬להוסיף לאמבטיה מים קרים על מנת להגיע‬ ‫לטמפרטורה הרצויה של המים‪.‬‬ ‫ההצעות של יוסי מתבססות על עיקרון פיזיקלי הידוע בשמו "שיווי משקל תרמי"‪ .‬כאשר גופים נמצאים בשיווי משקל תרמי‪,‬‬ ‫הטמפרטורה שלהם שווה‪ .‬כאשר מצמידים שני גופים )ובמקרה של נוזל – מערבבים( הנמצאים בטמפרטורות שונות‪ ,‬על‬ ‫מנת להגיע לשיווי משקל תרמי‪ ,‬הגוף שהטמפרטורה שלו גבוהה יותר מעביר חום לגוף השני‪ .‬תהליך זה יימשך עד‬ ‫שהטמפרטורות של שני הגופים תהיינה שוות‪ .‬תופעה זו מכונה בשם "עיקרון השתוות הטמפרטורות"‪ .‬נציין שעיקרון זה‬ ‫מתקיים ללא קשר לסוג החומרים‪ .‬בין גופים בטמפרטורות שונות‪ ,‬הנמצאים במגע‪ ,‬יש מעבר אנרגיה עד למצב יציב שבו‬ ‫הטמפרטורה שלהם שווה‪.‬‬ ‫להזכירכם‪:‬‬ ‫טמפרטורה ‪ -‬תכונה של החומר‪ ,‬מדד לרמת האנרגטיות של החלקיקים מהם בנוי החומר )מדד למהירות החלקיקים(‪.‬‬ ‫טמפרטורה נמדדת )ב"מד‪-‬טמפרטורה"( במעלות צלזיוס‪ ,‬פרנהייט או קלווין‪.‬‬

‫| ‪| 85‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬ ‫חום – סוג של אנרגיה המתבטא באנרגיית תנועה של חלקיקי החומר‪ .‬כאשר חומר קולט אנרגיית חום מסביבתו‪ ,‬עולה‬ ‫מהירות תנועת החלקיקים שלו‪ ,‬ובאם נמדוד את הטמפרטורה שלו נבחין שהיא עלתה‪ .‬תהליך הפוך יקרה באם חומר‬ ‫יאבד אנרגיית חום לסביבתו‪ .‬במקרה כזה תנועת החלקיקים שלו תואט ונוכל להיווכח שהטמפרטורה שלו ירדה‪ .‬החום‬ ‫נמדד בג'אול ובקלוריות‪.‬‬ ‫במקרה של חום וטמפרטורה ניתן לבטא את הקשר במשוואה הבאה‪Q=McΔT :‬‬ ‫כאשר ‪ = Q‬אנרגיית חום‪ = c ,‬קיבול חום סגולי של החומר‪ = M ,‬מסת החומר ו‪ ΔT-‬מבטא את הפרש הטמפרטורות שחל‬ ‫בחומר עקב מעבר האנרגיה‪.‬‬ ‫בואו נשאל חמש שאלות על מעבר חום )ניתן להיעזר במחסן מילות השאלה(‬ ‫איך ייתכן…? האם? כיצד? כמה זמן…? כמה? לאן נעלם‪ ?...‬למה …? לשם מה…? מדוע…?‬ ‫מה גרם ל…? מה הטעם? מה היתרון…? מה המקור‪ ? ...‬מה הקשר בין‪ ?...‬מה השימוש של‪?...‬‬ ‫מה זה? מה זה…? מה יקרה אם‪ ?...‬מה יקרה ל…? מה עלול לקרות…? ממה נובע?‬ ‫ממה נובעת הצורה‪ ?...‬מניין…? מתי‪? ...‬‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫_________________________________________________________________________________‬ ‫__________________________________________________________________________‬

‫מה נחקור?‬ ‫במעבדה זו נחקור את תהליך שינוי הטמפרטורה של מים‪ ,‬ונחקור את כמות החום שמועבר מגוף מים אחד לשני‪ .‬נלמד על‬ ‫היכולת של גופים )חומרים( להעביר אנרגיית חום לגופים )חומרים( אחרים‪.‬‬

‫כללי זהירות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫חשוב מאוד לקרוא את כל הוראות העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫פנו את שולחן העבודה מכל ציוד לימודי או אחר שאינו דרוש לעבודה‪.‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫הקפידו לאסוף שיער ארוך לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫ודאו שכל הציוד והחומרים הרשומים ברשימת הציוד והחומרים אכן נמצאים על המגש לפניכם לפני תחילת העבודה‪.‬‬ ‫חלקו בין חברי הצוות את העבודה לפני תחילת העבודה‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫כל שאלה או בעיה שעולה במהלך העבודה יש להצביע ולבקש עזרה מהמורה או הלבורנט‪/‬ית‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫•‬

‫טאבלט אינשטיין‬

‫•‬

‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬

‫•‬

‫‪ 2‬כוסות קלקר‬

‫•‬

‫‪ 2‬כוסות כימיות )‪ 600‬מ"ל(‬

‫•‬

‫מים חמים מאוד )‪(90 C‬‬

‫•‬

‫מים קרים )‪(250C‬‬

‫‪0‬‬

‫| ‪| 86‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫תמונה ‪2‬‬

‫העמדת הניסוי‬ ‫חשוב מאוד! במעבדה זו תעבדו עם מים חמים מאוד‪ .‬חשוב להקפיד על כללי זהירות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬

‫הפעילו את הטאבלט אינשטיין‬

‫‪.2‬‬

‫לחצו על תוכנת ה ‪) MiLAB‬‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫חברו את חיישני הטמפ' לשקע המיני ‪ ,USB‬שעל גבי הטאבלט‬ ‫בלוח בקרת החיישנים‪ ,‬וודאו שחיישני הטמפ' שאותם חברתם לטאבלט נבחרו‪) .‬שימו לב לא לבחור את חיישן הטמפ'‬ ‫הפנימי של הטאבלט(‪.‬‬

‫(‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫עירכו את החיישנים לאגירת נתונים על‪-‬פי ההגדרות הבאות‪:‬‬ ‫טמפרטורה )‪(2X‬‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל שנייה‬

‫זמן הדגימה )תדירות(‪:‬‬

‫‪ 1000‬שניות‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫שערו מה יקרה לטמפרטורה של המים אם נערבב את המים הקרים עם המים החמים יחד באותו הכלי‪.‬‬

‫| ‪| 87‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫ביצוע הניסוי )חלק א(‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫לכוס קלקר מס' ‪ 1‬מזגו ‪ 45‬מ"ל מים חמים‪.‬‬ ‫לכוס קלקר מס' ‪ 2‬מזגו ‪ 45‬מ"ל מים קרים‬

‫‪.3‬‬

‫הכניסו לכל אחת מהכוסות מד‪-‬טמפרטורה )עשו זאת בזהירות רבה כדי שהכוסות לא יתהפכו(‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫לחצו על הצלמית התחל)‬

‫‪.5‬‬

‫המתינו ‪ 30‬שניות והעבירו את המד‪-‬טמפרטורה מהכוס עם המים החמים לכוס עם המים הקרים‪ ,‬ומיד לאחר מכן‬ ‫שפכו את המים הקרים לתוך הכוס המכילה את המים החמים‪) .‬יש להקפיד על סדר זה מטעמי בטיחות‪(.‬‬

‫‪.6‬‬

‫צפו בשינויי הטמפרטורה שמראה כל מד‪-‬טמפרטורה‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫לאחר שהטמפרטורה שנמדדת על‪-‬ידי שני החיישנים בכוס משתווה לחצו על צלמית עצור )‬

‫‪.8‬‬

‫לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור )‬

‫( ‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫(‪.‬‬

‫( בסרגל הכלים העליון‪ ,‬בהתאם‬

‫להוראות המורה‪.‬‬

‫טבלת עזר‪:‬‬ ‫החומר‬

‫חום סגולי )ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס(‬

‫מים‬

‫‪4.2‬‬

‫כוהל רפואי‬

‫‪2.3‬‬

‫שמן סויה‬

‫‪1.97‬‬

‫אלומיניום‬

‫‪0.90‬‬

‫חול‬

‫‪0.83‬‬

‫דבש‬

‫‪0.67 - 0.54‬‬

‫ברזל‬

‫‪0.45‬‬

‫נחושת‬

‫‪0.38‬‬

‫כסף‬

‫‪0.24‬‬

‫זהב‬

‫‪0.13‬‬

‫תוצאות‬ ‫על מנת לקרוא את הערכים על הגרף‪ ,‬לחצו על הגרף שהתקבל‪ ,‬גררו את הסמן לנקודה הרצויה )על ידי הזזת האצבע על‬ ‫גבי מסך הטאבלט(‪ .‬הערך של הנקודה המסוימת יוצג מתחת לגרף‪ .‬באופן דומה‪ ,‬לחצו פעם נוספת על הגרף על מנת‬ ‫לקבל את הסמן השני‪.‬‬ ‫על מנת למדוד את ההפרש בין שתי נקודות בגרף‪ ,‬מקמו את הסמן הראשון בנקודה הנמוכה ואת הסמן השני בנקודה‬ ‫הגבוהה‪ ,‬ההפרש בין שתי הנקודות יוצג מתחת לגרף‪.‬‬

‫| ‪| 88‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫שאלות על התוצאות‬ ‫התבוננו בגרפים וענו על השאלות הבאות‪.‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬ ‫מהו המשתנה הבלתי תלוי?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫מהו המשתנה התלוי?‬ ‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪?Y‬‬ ‫מה הכותרת של הגרף?‬

‫‪.6‬‬

‫התבוננו בגרפים שהתקבלו בסיום הניסוי והשלימו את הנתונים הבאים בטבלה‪:‬‬ ‫הטמפרטורה ‪°C‬‬

‫מס' הכוס‬

‫לאחר ‪ 10‬לאחר ‪ 20‬לאחר ‪ 30‬לאחר ‪ 40‬לאחר ‪ 50‬לאחר ‪ 60‬לאחר ‪ 70‬לאחר ‪80‬‬ ‫סופית‬ ‫התחלתית‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫שנמדדה בכוס ‪1‬‬ ‫הטמפרטורה‬ ‫שנמדדה בכוס ‪2‬‬

‫השלימו את המידע הבא מתוך קריאת הנתונים בגרפים שהתקבלו‪.‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫מהי טמפרטורת המים הקרים בתחילת המדידה?‬ ‫מהי טמפרטורת המים החמים בתחילת המדידה?‬

‫‪ .9‬כיצד בא לידי ביטוי שינוי בטמפרטורת המים הקרים )גדלה‪/‬קטנה(‪ __________ .‬כיצד רואים זאת בגרף?‬ ‫‪ .10‬כיצד בא לידי ביטוי שינוי בטמפרטורת המים החמים )גדלה‪/‬קטנה(‪ __________ .‬כיצד רואים זאת בגרף?‬ ‫‪ .11‬השוו על סמך הנתונים של הניסוי את כמות החום המועבר מהמים החמים למים הקרים‪ ,‬עם כמות החום שהתקבלה‬ ‫על‪-‬ידי המים החמים‪ .‬לשם כך‪:‬‬ ‫א‪ .‬מתוך הנתונים שבטבלה חשבו את השינוי בטמפרטורה של המים החמים‪.‬‬ ‫ב‪ .‬מתוך הנתונים שבטבלה חשבו את השינוי בטמפרטורה של המים הקרים‪.‬‬ ‫‪ .12‬זכרו‪ ,‬את כמות החום שהועבר )‪ (Q‬מחשבים כמכפלה של מסה )‪ , (m‬חום סגולי של החומר )‪ (C‬והפרש‬ ‫בטמפרטורת החומר )‪ . (ΔT‬שימו לב‪ ,‬כי בתחילת הניסוי מסת המים הייתה זהה בשתי הכוסות והחום הסגולי בשתי‬ ‫הכוסות זהה‪ ,‬מאחר ומדובר באותו החומר )מים(‪.‬‬ ‫על סמך נתונים אלה‪ ,‬מה ניתן לומר לגבי אנרגיית החום שהועברה מהמים החמים אל המים הקרים‪ ,‬בהשוואה‬ ‫לאנרגיה שהתקבלה על‪-‬ידי המים החמים?‬

‫| ‪| 89‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫דיון ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫האם בשתי הכוסות הגיעו המים לאותה טמפרטורה? הסבירו את התשובה בעזרת תוצאות הניסוי‪.‬‬ ‫לפי תוצאות הניסוי‪ ,‬האם טמפרטורת המים בשתי הכוסות השתנתה במידה שווה?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫האם אותה הכמות של אנרגיית חום שנפלטה מהמים החמים אכן נקלטה במים הקרים? הסבירו‪.‬‬ ‫השוו את התוצאות שקיבלתם עם תוצאות של קבוצות אחרות‪ .‬האם התוצאות זהות או דומות? כיצד תוכלו להסביר‬ ‫מצב זה?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫תלמידים ביצעו מספר חזרות של אותו הניסוי ובכל פעם קיבלו תוצאות מעט שונות‪ .‬הסבירו מדוע?‬ ‫הסבירו מה החשיבות של ריבוי חזרות במהלך ניסוי?‬ ‫א‪ .‬האם נתקלת בקשיים מיוחדים במהלך העבודה? פרטו מהם‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כיצד התמודדתם עם הקשיים שהתעוררו במהלך העבודה?‬ ‫ג‪ .‬מאיזה חלק בתהליך העבודה הכי נהניתם?‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫מה יקרה לצורת הגרף אם נכפיל את המסה של החומר הנבדק?‬ ‫האם תוצאות הניסוי היו משתנות אם הייתם מבצעים אותו עם חומר אחר‪ ,‬לדוגמה‪ ,‬כוהל?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫האם תוצאות הניסוי היו משתנות אם הייתם מוזגים לכוס אחת מים ולאחרת ‪ -‬חומר אחר‪ ,‬לדוגמה‪ ,‬כוהל?‬ ‫במהלך הניסוי השתמשתם במסה זהה של המים בשתי הכוסות‪.‬‬ ‫האם הטמפרטורה הסופית של המים לאחר הערבוב הייתה קרובה יותר לזו של המים החמים או לזו של המים‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫הקרים? מדוע?‬ ‫במידה והייתם לוקחים מים קרים במסה כפולה מהמסה שבניסוי‪ ,‬האם עדיין השינוי בטמפרטורות היה זהה?‬ ‫האם הטמפרטורה הסופית לאחר הערבוב הייתה אז קרובה יותר לטמפרטורה של המים הקרים או של המים‬ ‫החמים?‬ ‫במידה והייתם לוקחים מים קרים בכוס אחת וכוהל בכוס השנייה‪ ,‬כך שמסות שני הנוזלים שוות‪ ,‬האם עדיין השינוי‬ ‫בטמפרטורות היה זהה?‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫כתבו במילים שלכם מהו עיקרון השתוות הטמפרטורות? ________________________________‬ ‫_______________________________________________________________________‬ ‫התבוננו בטבלה המציגה ערכים של חום סגולי של מספר חומרים‪ ,‬וענו על השאלות הבאות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫כשאדם חולה וטמפרטורת גופו עולה‪ ,‬נהוג להצמיד למצחו מטלית לחה על מנת לגרום לירידה‬ ‫בטמפרטורת הגוף‪ .‬הסבירו מדוע יש להרטיב את המטלית ולא להשתמש במטלית יבשה?‬ ‫התבוננו בנתונים בטבלה והסבירו מדוע שימוש באלכוהול במקום במים למטרה זו עדיף?‬

‫מהו עיקרון הפעולה של טרמומטר )מד‪-‬חום(?‬

‫| ‪| 90‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫פרק ‪ -7‬מדריך למורה‬

‫עיקרון השתוות הטמפרטורות‬ ‫•‬

‫קישור לתכנית הלימודים החדשה‪:‬‬ ‫נושא מרכזי‪ :‬חומרים‬ ‫נושא משנה‪ :‬חום וטמפרטורה‪ ,‬תהליכי שינוי בחומר‪ ,‬וחוק שימור האנרגיה‬

‫•‬

‫שכבת גיל‪ :‬כיתה ט בשיעורי פיזיקה בנושא אנרגיית חום‬

‫•‬

‫משך זמן לביצוע‪ 90 :‬דקות‬

‫•‬

‫דרישות קדם ומושגים‪ :‬חום סגולי‪ ,‬חלקיקים‪ ,‬אנרגיית חום‪ ,‬אנרגיית תנועה )קינטית( של החלקיקים‪,‬‬ ‫טמפרטורה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות‪ :‬עריכת מדידות‪ ,‬ניתוח גרף‪ ,‬השוואה‪ ,‬הסקת מסקנות‪ ,‬הכללה‪ ,‬העברת נתונים מגרף לטבלה‪.‬‬

‫•‬

‫מיומנויות חקר מודגשות‪ :‬כללי זהירות‪ ,‬העלאת השערות‪ ,‬בידוד משתנים‪ ,‬חשיבות החזרות בניסוי מדעי‪.‬‬

‫•‬

‫התאמה לרמת התלמידים‪ :‬דרגת קושי – בינונית עד גבוהה‪.‬‬

‫•‬

‫הערות דידקטיות‪:‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫•‬

‫במילוי הטבלה יש לשים לב‪ ,‬כי הזמן נמדד לפי הרגע שנבחר כרגע ההתחלתי‪ ,‬ואין זה הזמן מרגע תחילת‬ ‫המדידות‪.‬‬ ‫לצורך הבקרה‪ ,‬ניתן למצוא ערכי טמפרטורה מתאימים גם מטבלת הנתונים שליד הגרף בתוכנת המולטי לוג‪.‬‬

‫הערות ללבורנט‪/‬ית‪:‬‬ ‫א‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‪:‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫ב‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬

‫טאבלט אינשטיין‬ ‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬ ‫‪ 2‬כוסות קלקר‬ ‫‪ 2‬כוסות כימיות )‪ 600‬מ"ל(‬ ‫מים חמים מאוד )‪(900C‬‬

‫מים קרים )‪(50C‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫ניתן להוסיף חומרים נוספים לבדיקה‪ ,‬כמו‪ :‬שמן‪ ,‬שוקולד‪ ,‬אצטון‪.‬‬ ‫יש להסביר לתלמידים על הסכנה בעבודה עם מים רותחים‪ .‬במידת הצורך הלבורנטית יכולה לעבור ולמזוג‬ ‫לתלמידים מים רותחים‪ ,‬במקום שהתלמידים יתרוצצו במעבדה עם כוסות עם מים רותחים‪.‬‬

‫תשובות לתוצאות‬ ‫‪.1‬‬

‫איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ה‪ ?X -‬איזה משתנה מוצג‪/‬מודדים על ציר ‪?Y‬‬

‫על ציר ‪ X‬מוצג הזמן‪ ,‬ובציר ‪ Y‬מוצגת הטמפרטורה‪.‬‬ ‫‪.2‬‬

‫מהו המשתנה הבלתי תלוי? המשתנה הבלתי תלוי הוא הזמן‪.‬‬ ‫מהו המשתנה התלוי? המשתנה התלוי הוא הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫מהן היחידות בציר ‪ ?X‬ובציר ‪ ?Y‬היחידות בציר ‪ X‬הן שניות‪ ,‬ובציר ‪ Y‬היחידות הן מעלות צלזיוס‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫מה הכותרת של הגרף? כותרת הגרף‪ :‬שינוי בטמפרטורות של מים‬

‫‪.6‬‬

‫התבוננו בגרפים שהתקבלו בסיום הניסוי והשלימו את הנתונים הבאים בטבלה‬

‫‪.3‬‬

‫)מתייחס לגרף המופיע בהמשך(‪:‬‬

‫| ‪| 91‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫הטמפרטורה ‪°C‬‬ ‫מס' הכוס‬

‫לאחר ‪ 10‬לאחר ‪ 20‬לאחר ‪ 30‬לאחר ‪ 40‬לאחר ‪ 50‬לאחר ‪ 60‬לאחר ‪ 70‬לאחר ‪80‬‬ ‫סופית‬ ‫התחלתית‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬ ‫שניות‬

‫הטמפרטורה‬ ‫שנמדדה בכוס ‪1‬‬ ‫הטמפרטורה‬ ‫שנמדדה בכוס ‪2‬‬ ‫השלימו את המידע הבא מתוך קריאת הנתונים בגרפים שהתקבלו‪:‬‬ ‫‪.7‬‬

‫מהי טמפרטורת המים הקרים בתחילת המדידה? ‪26.61 °C‬‬

‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫מהי טמפרטורת המים החמים בתחילת המדידה? ‪84.03 °C‬‬ ‫כיצד בא לידי ביטוי שינוי בטמפרטורת המים הקרים )גדלה‪/‬קטנה(‪ .‬גדלה‪.‬‬ ‫כיצד רואים זאת בגרף? הגרף במגמת עלייה )שיפוע חיובי(‪.‬‬

‫‪ .10‬כיצד בא לידי ביטוי שינוי בטמפרטורת המים החמים )גדלה‪/‬קטנה(‪ .‬קטנה‪.‬‬ ‫כיצד רואים זאת בגרף? הגרף במגמת ירידה )שיפוע שלילי(‪.‬‬ ‫‪ .11‬השוו על סמך הנתונים של הניסוי את כמות החום המועברת מהמים החמים למים הקרים עם כמות החום שהתקבלה‬ ‫על‪-‬ידי המים החמים‪ .‬לשם כך‪:‬‬ ‫א‪ .‬מתוך הנתונים שבטבלה חשבו את השינוי בטמפרטורה של המים החמים‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬

‫‪. -28.464 =55.571-84.035‬‬ ‫מתוך הנתונים שבטבלה חשבו את השינוי בטמפרטורה של המים הקרים‪.‬‬ ‫‪.28.926=55.544-26.618‬‬

‫‪ .12‬היזכרו‪ ,‬כי את כמות החום שהועברה )‪ (Q‬מחשבים כמכפלה של מסה )‪ , (m‬חום סגולי של החומר )‪ (c‬ושינוי‬ ‫בטמפרטורת החומר )‪ . (ΔT‬שימו לב‪ ,‬כי בתחילת הניסוי מסת המים הייתה זהה בשתי הכוסות והחום הסגולי בשתי‬ ‫הכוסות זהה‪ ,‬מאחר ומדובר באותו החומר )מים(‪.‬‬ ‫על סמך נתונים אלה‪ ,‬מה ניתן לומר לגבי אנרגיית החום שהועברה מהמים החמים אל המים הקרים‪ ,‬בהשוואה לאנרגיה‬ ‫שהתקבלה על‪-‬ידי המים החמים?‬ ‫אנו רואים כי שינוי בטמפרטורה של המים בכל אחת מן הכוסות זהה‪ .‬מאחר ושאר הנתונים )המסה והחום הסגולי( זהים‬ ‫ניתן להסיק‪ ,‬כי שינוי האנרגיה היה זהה ואנרגיית החום שנמסרה על‪-‬ידי המים החמים שווה לאנרגיית החום אשר‬ ‫התקבלה על‪-‬ידי המים הקרים‪.‬‬

‫תשובות לשאלות ‪ -‬דיון מסקנות‬ ‫‪.1‬‬

‫האם המים בכל אחת מהכוסות הגיעו לאותה הטמפרטורה? הסבירו את התשובה בעזרת תוצאות הניסוי‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫כן‪ ,‬המים הקרים והמים החמים הגיעו לאותה הטמפרטורה‪ .‬ניתן לראות זאת בעמודה האחרונה בטבלה‪.‬‬ ‫לפי תוצאות הניסוי‪ ,‬האם טמפרטורת המים בשתי הכוסות השתנתה במידה שווה?‬ ‫כן‪ ,‬ניתן לראות זאת מחישוב של שינוי הטמפרטורה‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫האם המים החמים העבירו את אותה הכמות של אנרגיית חום שהמים הקרים קיבלו? הסבירו‪.‬‬ ‫מאחר והמסה של המים החמים שווה למסה של המים הקרים‪ ,‬והחום הסגולי של תכולת הכוסות זהה‪ ,‬ניתן להסיק‪,‬‬ ‫כי אם הטמפרטורות השתוו‪ ,‬כמות אנרגיית החום זהה‪.‬‬

‫| ‪| 92‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫‪.4‬‬

‫השוו את התוצאות שקיבלתם עם תוצאות של קבוצות אחרות‪ .‬האם התוצאות זהות או דומות? כיצד תוכלו להסביר‬ ‫מצב זה?‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫תלמידים ביצעו מספר חזרות של אותו הניסוי ובכל פעם קיבלו תוצאות מעט שונות‪ .‬הסבירו מדוע?‬ ‫הסבירו מה החשיבות של ריבוי חזרות במהלך ניסוי?‬ ‫א‪ .‬האם נתקלת בקשיים מיוחדים במהלך העבודה? פרטו מהם‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כיצד התמודדתם עם הקשיים שהתעוררו במהלך העבודה?‬ ‫ג‪ .‬מאיזה חלק בתהליך העבודה הכי נהניתם?‬

‫מה הלאה? המשך החקירה‪...‬‬ ‫‪.1‬‬

‫מה יקרה לצורת הגרף אם נכפיל את המסה של החומר הנבדק?‬

‫‪.2‬‬

‫האם תוצאות הניסוי היו משתנות אם הייתם מבצעים אותו עם חומר אחר‪ ,‬לדוגמה‪ ,‬כוהל?‬ ‫לא‪ ,‬גם הכוהל החם והכוהל הקר יגיעו לאותה הטמפרטורה לאחר הערבוב‪.‬‬ ‫האם תוצאות הניסוי היו משתנות אם הייתם מוזגים לכוס אחת מים ולאחרת ‪ -‬חומר אחר‪ ,‬לדוגמה‪ ,‬כוהל?‬

‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫‪.5‬‬

‫לא‪ ,‬החומרים עדיין היו מגיעים לאותה הטמפרטורה‪.‬‬ ‫במהלך הניסוי השתמשתם במסה זהה של המים בשתי הכוסות‪ .‬האם הטמפרטורה הסופית של המים לאחר‬ ‫הערבוב הייתה קרובה יותר לזו של המים החמים או לזו של המים הקרים? מדוע?‬ ‫הטמפרטורה הסופית הייתה שונה באותה מידה‪ .‬ניתן להסביר זאת על‪-‬ידי העובדה שכמות החום שעוברת תלויה‬ ‫במסה של הגופים‪/‬החומרים וחום סגולי‪ .‬מאחר ששני נתונים אלה זהים‪ ,‬השינוי בטמפרטורה זהה גם הוא‪.‬‬ ‫במידה והייתם לוקחים מים קרים במסה כפולה מהמסה שבניסוי‪ ,‬האם עדיין השינוי בטמפרטורות היה זהה?‬ ‫הסבירו את תשובתכם‪.‬‬ ‫לא‪ .‬לפי הנוסחה ניתן לראות כי כמות החום המועברת שווה לשני הגופים‪ .‬כמות החום תלויה גם בחום סגולי ומסה‪.‬‬ ‫מאחר ומדובר בשתי כוסות עם מים‪ ,‬החום סגולי זהה‪ ,‬אבל המסה – שונה‪ .‬לכן שינוי הטמפרטורה של המים במסה‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫הכפולה יהיה קטן פי ‪.2‬‬ ‫האם הטמפרטורה הסופית לאחר הערבוב הייתה קרובה יותר לטמפרטורה של המים הקרים או של המים החמים‪.‬‬ ‫הטמפרטורה הסופית של התערובת הייתה קרובה יותר לטמפרטורת המים הקרים‪.‬‬ ‫במידה והייתם לוקחים מים קרים בכוס אחת וכוהל בכוס השנייה‪ ,‬כך שמסות שני הנוזלים שוות‪ ,‬האם עדיין השינוי‬ ‫בטמפרטורות היה זהה? לא ‪ .‬הסבירו את התשובה על‪-‬ידי הנוסחה תוך שימוש במושג של חום סגולי‪ .‬לפי הנוסחה‬ ‫ניתן לראות כי כמות החום המועברת שווה לשני הגופים‪ .‬כמות החום תלויה גם בחום סגולי ומסה‪ .‬מאחר ומדובר‬ ‫בשתי כוסות עם חומרים שונים‪ ,‬החום הסגולי שונה‪ ,‬אבל המסה – זהה‪ .‬מכאן‪ ,‬שינוי טמפרטורה גדול יותר ייגרם‬ ‫לחומר בעל החום הסגולי הקטן יותר‪.‬‬

‫| ‪| 93‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫בחנו את עצמכם‬ ‫‪.1‬‬

‫כתבו במילים שלכם מהו עיקרון השתוות הטמפרטורות‪.‬‬ ‫עיקרון השתוות הטמפרטורות אומר‪ :‬כל זמן ששני גופים בעלי טמפרטורות שונות נמצאים במגע‪ ,‬חום יעבור מהגוף‬ ‫בעל הטמפרטורה הגבוהה לגוף בעל הטמפרטורה הנמוכה‪ ,‬עד לנקודת הזמן שבה שני הגופים יהיו בעלי אותה‬ ‫הטמפרטורה‪.‬‬

‫התבוננו בטבלה המציגה ערכים של חום סגולי של מספר חומרים‪ ,‬וענו על השאלות הבאות‪:‬‬ ‫‪.2‬‬

‫א‪ .‬כשאדם חולה וטמפרטורת גופו עולה‪ ,‬נהוג להצמיד למצחו מטלית לחה על מנת לגרום לירידה בטמפרטורת הגוף‪.‬‬ ‫הסבירו מדוע יש להרטיב את המטלית ולא להשתמש במטלית יבשה?‬ ‫כאשר מצמידים מטלית לחה‪ ,‬הטמפרטורה שלה קטנה יותר מטמפרטורת הגוף‪ ,‬ולכן במגע עם מצחו של האדם‬ ‫מתרחשת השתוות הטמפרטורות – כלומר‪ ,‬הטמפרטורה של המצח יורדת‪) .‬על מנת להמשיך תהליך זה ממליצים‬ ‫להרטיב את המטלית כל פעם מחדש‪ ,‬כדי להקטין את הטמפרטורה של המטלית‪(.‬‬ ‫ב‪ .‬התבוננו בנתונים בטבלה והסבירו מדוע שימוש באלכוהול במקום במים למטרה זו עדיף?‬ ‫ניתן לראות מהטבלה‪ ,‬כי החום הסגולי של כוהל קטן יותר מזה של המים‪ ,‬לכן שינוי בטמפרטורה שייגרם לאלכוהול‬ ‫ולמצח דורש כמות חום קטנה יותר‪ ,‬והשתוות הטמפרטורות תתרחש מהר יותר‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫מהו עיקרון הפעולה של טרמומטר )מד‪-‬חום(?‬ ‫כשמצמידים טרמומטר )מד‪-‬חום( לגוף הנמדד‪ ,‬מתרחשת השתוות הטמפרטורות של הגוף ושל המכשיר‪ .‬לפי כיול‬ ‫המכשיר ניתן לראות את גודל הטמפרטורה המשותפת שלהם‪.‬‬

‫| ‪| 94‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫גרפים לדוגמה‪:‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫טמפרטורה)‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף ‪ .1‬מתקבל עם התאמה בין הקנה‪-‬מידה של כל אחד מהצירים ‪.Y‬‬ ‫ניתן לראות בבירור‪ ,‬כי‪:‬‬ ‫‪.4‬‬

‫בערך מ‪ 30 -‬שניות עד ‪ 37‬שניות הטמפ' בשתי הכוסות התייצבה‪.‬‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫ב‪ 37 -‬שניות ערבבו את המים משתי הכוסות בכוס אחת‪.‬‬ ‫הגרף התחתון מתאים למים הקרים ואילו הגרף העליון – למים החמים‪.‬‬ ‫החל מ‪ 80 -‬שניות לערך הטמפרטורות השתוו‪.‬‬

‫| ‪| 95‬‬

‫| עיקרון השתוות הטמפרטורות |‬

‫טמפרטורה)‪(0C‬‬

‫טמפרטורה )‪(0C‬‬

‫זמן )שניות(‬ ‫גרף ‪ .2‬מתקבל ללא התאמה בין הקנה‪-‬מידה של כל אחד מצירי ‪.Y‬‬

‫| ‪| 96‬‬

www.einsteinworld.com

‫ישראל‬ 16 ‫רח‘ המלאכה‬ 11681 ‫ד‬.‫ת‬ 48091 ‫ראש העין‬ + 972-3-901-4849 :'‫טל‬ + 972-3-901-4999:‫פקס‬

Info@fourierEdu.com

USA 8940 W. 192nd St. Unit I Mokena IL 60448 Tel: (877) 266-4066

www.FourierEdu.com

ALBERT EINSTEIN and EINSTEIN are either trademarks or registered trademarks of The Hebrew University of Jerusalem. Represented exclusively by GreenLight. Official licensed merchandise. Website: einstein.biz © 2014 Fourier Systems Ltd. All rights reserved. Fourier Systems Ltd. logos and all other Fourier product or service names are registered trademarks or trademarks of Fourier Systems. All other registered trademarks or trademarks belong to their respective companies. einstein™World LabMate, einstein™Activity Maker, MultiLab, MiLAB and Terra Nova, are registered trademarks or trademarks of Fourier Systems LTD. First Edition, February 2014. Part Number: BK272