אפקט החממה - מדריך למורה

‫אפקט החממה‪ -‬מדריך למורה‬ ‫נושא‬

‫אפקט החממה כתהליך טבעי‬

‫שכבת גיל‬

‫כיתה ה'‪-‬ו'‬

‫זמן‬

‫‪ 50‬דקות‬

‫רציונאל‬

‫שיעור זה מהווה פתיחה לנושא השפעת האדם על האטמוספירה‬ ‫והסביבה הנלמד במסגרת תחום התוכן ‪ -‬מערכות אקולוגיות ואיכות‬ ‫הסביבה‪.‬‬ ‫יחידה זו מתמקדת בתהליך הטבעי של אפקט החממה המאפשר את‬ ‫קיומם של יצורים חיים בכדור הארץ‪ .‬המטרה היא שהתלמידים יבחינו בין‬ ‫ההשפעה החיובית של התהליך הטבעי המאפשר את החיים בכדור הארץ‬ ‫לבין ההשפעה השלילית של התהליך הנגרם מעודף של פליטת גזי‬ ‫חממה כתוצאה מפעילותו של האדם‪.‬‬ ‫מהו אפקט החממה? אנרגיית קרינה (אור) פוגעת בגופים בכדור הארץ‪,‬‬ ‫חלק מהקרינה מוחזר לחלל כקרינה תת‪-‬אדומה (אינפרא‪-‬אדום)‪ ,‬גזי‬ ‫החממה העוטפים את האטמוספירה בולעים את קרינת האינפרא אדום‬ ‫שנפלטת וגורמים לעלייה של הטמפרטורה בכדור הארץ‪.‬‬ ‫אפקט החממה מאפשר את קיומם של כל היצורים חיים בכדוה"א‪.‬‬ ‫הטמפרטורה הממוצעת של פני השטח בכדור הארץ עומדת על כ‪15 -‬‬ ‫מעלות צלזיוס‪ .‬בהעדר 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 ,‬מדי שנה בשנה נפלטים אל האטמוספירה של כדור‬ ‫הארץ מיליוני טונות של‪ :‬פחמן‪-‬דו‪-‬חמצני(‪ (CO2‬וגזי חממה אחרים‪ ,‬כמו‪:‬‬ ‫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 .‬ככל שריכוז גזי החממה‬ ‫באטמוספירה גבוה יותר‪ ,‬חלק גדול יותר מהקרינה נשאר באטמוספירה‬ ‫ולא נפלט לחלל החיצון והתוצאה‪ :‬עליית הטמפרטורה בכדור הארץ‪.‬‬ ‫התחממות הגורמת 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 .‬לטענתם ההתחממות‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫המוגזמת נובעת מפעילות אנושית ותעשייתית‪ ,‬הגורמת לפליטה מוגברת‬ ‫של גזי חממה‪ .‬בעוד חוקרים מועטים סבורים כי המערכות הטבעיות ידעו‬ ‫לאזן את ההפרה שנגרמה במידת החום‪.‬‬

‫מטרות תוכן‬ ‫וציוני דרך‬

‫מערכות אקולוגיות ואיכות הסביבה‬ ‫תת נושא‪ :‬התערבות האדם בטבע‬ ‫ציוני דרך‪:‬‬ ‫‪‬‬

‫התלמידים יציעו דרכים לנצל את ייחודו של האדם כדי לפתח‬ ‫אמצעים והתנהגויות שתורמות לצמצום הנזקים לסביבה‪.‬‬

‫‪‬‬

‫התלמידים יסבירו את חשיבות מעורבותו של האדם בטבע –‬ ‫לקיחת אחריות והתנהגות התורמת לשמירת הטבע‪.‬‬

‫‪‬‬

‫התלמידים יציעו דרכים לשמירה על הטבע ועל איכות הסביבה‬

‫טכנולוגיה‬ ‫תת נושא‪ :‬השפעת הטכנולוגיה על החברה והסביבה‬ ‫ציוני דרך‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫מושגים עיקריים‬ ‫ידע קודם נדרש‬

‫מיומנויות המאה ‪21-‬‬

‫השפעת התפתחות הייצור התעשייתי על החברה‬ ‫המחיר הסביבתי כתוצאה מתהליכי הפקה וייצור תעשייתיים‬

‫גזי חממה‪ ,‬אפקט חממה‪ ,‬פחמן דו‪-‬חמצני )‪ ,)CO2‬אטמוספירה‪,‬‬ ‫ידע תחום התוכן‪:‬‬ ‫מבנה האטמוספריה‬ ‫הרכב האוויר‬ ‫מיומנויות למידה‪:‬‬ ‫עריכת ניסוי איסוף נתונים והסקת מסקנות‪.‬‬ ‫מיומנויות חקר וגילוי‪:‬‬ ‫‪ ‬העלאת השערה‪ ,‬עריכת ניסוי‪ ,‬קריאת נתונים מגרף‪ ,‬כתיבת‬ ‫תוצאות‪ ,‬הסקת מסקנות‪.‬‬ ‫‪ ‬חשיבה ביקורתית‬

‫מהלך הפעילות‬

‫אתגר‬

‫הפעילות פותחת בהצגת תופעה של אפקט החממה שנלקחה מחיי‬ ‫היומיום‪ :‬רכב חונה שחלונותיו סגורים ביום חם‪ .‬מדוע הטמפרטורה בתוכו‬ ‫גבוהה הרבה יותר מאשר הטמפרטורה מחוץ למכונית? (גם אם המכונית‬ ‫חנתה בצל)‪ .‬התופעה הזו מוחשית וקל להסביר דרכה את אפקט החממה‬ ‫בכדור הארץ‪ ,‬כיוון שניתן לצפות שילדים חוו התנסות של כניסה לרכב‬ ‫'חם'‪ .‬מה קורה לאוויר בתוך הרכב? שמשות המכונית העשויות זכוכית‬

‫מאפשרות חדירת קרני שמש לתוך המכונית‪ ,‬הגורמות להתחממות‬ ‫האוויר בתוכה‪ .‬לאוויר החם אין פתח יציאה ולכן האוויר במכונית הולך‬ ‫ומתחמם‪ .‬קיים קשר בין התחממות האוויר בתוך המכונית לבין "אפקט‬ ‫החממה"‪ :‬בדומה לשמשות המכונית גם גזי החממה המצויים‬ ‫באטמוספרה של כדור הארץ (וביניהם פחמן דו חמצני) מאפשרים חדירה‬ ‫של קרני השמש דרכם‪ .‬קרני השמש מגיעים לכדור הארץ ומחממים את‬ ‫האטמוספרה‪ ,‬אך גזי החממה‪ ,‬כמו שמשות המכונית‪ ,‬אינם מאפשרים‬ ‫לחום להפלט לחלל‪ .‬לאחר הצגת התופעה התלמידים עוברים לחקור את‬ ‫התופעה על ידי בניית מודל של חממה המדמה את אפקט החממה‪.‬‬

‫אוף‪ ,‬חם לי באוטו!‬ ‫באחד מימי חופשת הקיץ נסעה משפחת ספיר במכונית המשפחתית‬ ‫לחוף הים‪ .‬אמא החנתה את המכונית בחניון ובני המשפחה ירדו אל‬ ‫החוף‪ .‬לאחר שבילו כשעתיים בים החליטו לחזור הביתה‪ .‬משנכנסו‬ ‫למכונית החונה בשמש חשו כי טמפרטורת האוויר בתוכה גבוהה‬ ‫משמעותית מזו שבחוץ‪ .‬הבת‪ ,‬הדס‪ ,‬התלוננה שהיא חשה ברע ועיכבה‬ ‫את הנסיעה הביתה‪ .‬עזרו למשפחת ספיר להבין את השתנות‬ ‫הטמפרטורה בתוך המכונית (מהם הגורמים לשינויי הטמפרטורה‪,‬‬ ‫לדעתכם)?‬

‫‪.‬‬

‫מה נחקור?‬ ‫נחקור את המאפיינים של אפקט החממה באמצעות בניית מודל של‬ ‫חממה‪ ,‬המדמה את כדור הארץ‪.‬‬ ‫נחקור את השפעת אפקט החממה על החיים בכדור הארץ‪.‬‬

‫ציוד‬

‫‪‬‬

‫טאבלט אינשטיין‪ +‬או לאבמייט איינשטיין‪+‬‬

‫‪‬‬

‫‪ 2‬חיישני טמפרטורה‬

‫‪‬‬

‫‪ 2‬מקלות בחישה מזכוכית (כדי לעזור לייצב את חיישני הטמפרטורה‬ ‫באוויר)‬

‫‪‬‬

‫‪ 2‬גומיות‬

‫‪‬‬

‫‪ 2‬כוסות כימיות – ‪ 400‬מ"ל‬

‫‪‬‬

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

‫‪‬‬

‫שקית פלסטיק שקופה (המשמשת לאריזת מזון)‬

‫‪‬‬

‫מנורת שולחן – ‪W 75/100‬‬

‫‪ .1‬הפעילו את טאבלט אינשטיין‪ +‬או לאבמייט איינשטיין‪+‬‬ ‫העמדת הניסוי‬

‫לחצו על תוכנת ה‪) MiLAB-‬‬

‫)‬

‫הגדירו את מערך אוגר הנתונים‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫(‪ )2‬טמפרטורה ‪( -40-140‬חיצוני)‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫כל ‪ 10‬שניות‬

‫משך הדגימה‪:‬‬

‫‪ 200‬שניות‬

‫ההשערה מסתמכת על הצגת התופעה "אוף‪ ,‬חם לי באוטו"! גם כאן‬ ‫רגע לפני‪...‬‬

‫בכוס הפלסטיק עם הכיסוי‪ ,‬לאוויר החם אין פתח יציאה ולכן האוויר בכוס‬

‫הולך ומתחמם‪.‬‬ ‫שערו באיזו כוס הטמפרטורה תהיה גבוהה יותר?‬ ‫בכוס עם כיסוי הפלסטיק לעומת הכוס ללא כיסוי הפלסטיק? הסבירו‬

‫עבודה קבוצתית‬ ‫ביצוע הניסוי‬

‫‪ .1‬חברו את חיישני הטמפרטורה לכל אחת מהיציאות הממוספרות של‬ ‫כבל המיני ‪ ,USB‬בחלקו העליון של הטאבלט‪.‬‬ ‫‪ .2‬וודאו שחיישני הטמפרטורה שאותם חיברתם לטאבלט נבחרו‪.‬‬ ‫‪ .3‬חברו כל חיישן טמפרטורה למקל זכוכית‪ ,‬כך שהחיישן יהיה במרחק‬ ‫של ‪ 3‬ס"מ מקצה המקל‪ .‬גלגלו את הגומייה על החיישן והמקל יחד‬ ‫כדי לקבע אותם במקום‪.‬‬ ‫‪ .4‬מספרו את הכוסות (‪ )1,2‬והעמידו אותן על השולחן‪.‬‬ ‫‪ .5‬מלאו את הכוסות באדמה עד לגובה של ‪ 2‬סמ‪.‬‬ ‫‪ .6‬כסו רק אחת מהכוסות בשקית וקשרו בגומייה‪.‬‬ ‫‪ .7‬הכניסו כל אחד מהחיישנים לכוסות‪ ,‬שימו לב שמקל הזכוכית נוגע‬ ‫באדמה וחיישן הטמפרטורה נמצא באוויר‪.‬‬ ‫‪ .8‬הניחו את מנורת השולחן בגובה של ‪ 30‬ס"מ מעל הכוסות ובמרחק‬ ‫שווה בין הכוסות‪ ,‬והדליקו את המנורה‪.‬‬ ‫‪ .9‬לחצו על צלמית התחל (‬

‫)‪ ,‬כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫מדדו את הטמפרטורה בשתי הכוסות עד להתייצבות‪.‬‬ ‫‪ .10‬צפו בגרפים המתקבלים ממדידת הטמפרטורות בשתי הכוסות‪.‬‬ ‫‪ .11‬לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על‬ ‫צלמית שמור (‬

‫) בסרגל הכלים העליון‪.‬‬

‫עבודה קבוצתית‬ ‫עיבוד נתונים‬

‫‪ .1‬הקישו בגרף ‪ 1‬על הטמפרטורה הסופית שנמדדה‪.‬‬ ‫‪ .2‬הקישו בגרף ‪ 2‬על הטמפרטורה הסופית שנמדדה ‪.‬‬ ‫‪ .3‬מה הפרש הטמפרטורות שהתקבל בין שתי הכוסות? בכוס עם‬ ‫שקית הניילון תתקבל טמפרטורה גבוהה יותר מהכוס ללא שקית‬ ‫בין ‪.2-3°c‬‬ ‫‪ .4‬העלו את הממצאים של הקבוצה לטבלה שיתופית ב‪Google -‬‬ ‫‪.Doc‬‬

‫‪ .1‬מהם הגורמים השווים בשתי הכוסות? סוג וגודל הכוסות‪ ,‬סוג‬ ‫תוצאות ומסקנות‬

‫וכמות האדמה בכוסות‪ ,‬עוצמת האור‪ ,‬מרחק חיישן הטמפרטורה‬ ‫מקצה כל כוס‪ ,‬מרחק הנורה מהכוסות‪.‬‬ ‫‪ .2‬מהו הגורם השונה שנבדק? שקית הניילון שכסתה את אחת‬ ‫הכוסות‬ ‫‪ .3‬מי הגורם המשפיע? השפעת האמטמוספירה (שקית הניילון)‪.‬‬ ‫מי הגורם המושפע? טמפרטורת האוויר‪.‬‬ ‫‪ .4‬מדוע היה חשוב להקפיד על תנאים שווים בשתי הכוסות‪ ,‬פרט‬ ‫לשקית שעטפה את הכוס? חשוב לשמור על גורמים קבועים‬ ‫שווים במהלך הניסוי כדי שנדע בוודאות מהו הגורם האחד‬ ‫שהשפיע על התוצאות שהתקבלו‪.‬‬

‫‪ .5‬מה מדמה שקית הפלסטיק במערכת הניסוי? שקית הפלסטיק‬ ‫ששמנו על הכוס הכימית מדמה את האטמוספרה שנמצאת סביב‬ ‫כדור הארץ‪.‬‬ ‫‪ .6‬מה בתוצאות הניסוי מלמד אותנו על התופעה של אפקט‬ ‫החממה? בכוס שהייתה מכוסה בשקית הניילון הטמפרטורה‬ ‫הייתה יותר גבוהה מאשר בכוס ללא כיסוי‪.‬‬ ‫‪ .7‬מהי המסקנה מהניסוי? האטמוספרה העוטפת את כדור הארץ‬ ‫גורמת לאפקט החממה ומעלה את הטמפרטורה של האוויר סביב‬ ‫כדור הארץ‪ .‬בדיוק כפי שהתרחש בניסוי‪ :‬הכוס עם הכיסוי העלתה‬ ‫את הטמפרטורה בתוך הכוס‪ .‬החום שהגיע מהמנורה נכנס לכוס‬ ‫עם השקית ולא יכול לצאת מהשקית‪ ,‬לכן החום הצטבר בתוך‬ ‫הכוס גרם לעלייה בטמפרטורה של האוויר שבתוכה‪.‬‬

‫רקע מדעי‬ ‫רקע מדעי‬

‫מהו אפקט החממה? אנרגיית קרינה (אור) מהשמש פוגעת בגופים‬ ‫בכדור הארץ‪ ,‬חלק מהקרינה מוחזר לחלל כקרינה תת‪-‬אדומה (אינפרא‪-‬‬ ‫אדום)‪ ,‬גזי החממה העוטפים את האטמוספירה בולעים את קרינת‬ ‫האינפרא אדום (אנרגית חום) שנפלטת וגורמים לעלייה של הטמפרטורה‬ ‫בכדור הארץ‪.‬‬ ‫אפקט החממה מאפשר את קיומם של כל היצורים חיים בכדוה"א‪.‬‬ ‫הטמפרטורה הממוצעת של פני השטח בכדור הארץ עומדת על כ‪15 -‬‬ ‫מעלות צלזיוס‪ .‬בהעדר 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 .‬חוקרים רבים‬ ‫תומכים בתאוריה שלפיה ההתחממות המוגזמת נובעת מפעילות אנושית‬ ‫ותעשייתית‪ ,‬הגורמת לפליטה מוגברת של גזי חממה‪ .‬ההסכמה המדעית‬ ‫בקשר להשפעת התגברות אפקט החממה‪ ,‬הובילה את המדינות‬ ‫המפותחות המובילות להכריז על תמיכתן בפתרון הבעיה זו‪ .‬תמיכה זו‬ ‫התבטאה בהחלטות שהתקבלו בוועידת קיוטו‪ ,‬בה התחייבו מדינות רבות‬ ‫להפחית את כמות גזי החממה אשר הן פולטות‪.‬‬

‫חשבו על דרך מעניינת ומקורית להציג במליאה את המידע שאספתם‬ ‫יישום‬

‫בשלבי הניסוי והחקירה‪.‬‬ ‫(לדוגמא הכנת כרזה‪ ,‬הרצאה‪ ,‬הצגה‪ ,‬קומיקס‪ ,‬ראיון‪ ,‬משחק‪ ,‬שיר‬ ‫תרשים זרימה ועוד)‪.‬‬