מהי ההשפעה של צבע התיבה על טמפרטורת האוויר שהיא מכילה

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫נושא‪ :‬אנרגית קרינה (אור)‪ -‬המרת אנרגיה‪ /‬כיתה‪ :‬ו'‬

‫מהי ההשפעה של צבע התיבה על טמפרטורת האוויר‬ ‫שהיא מכילה?‬

‫אתגר‬ ‫ממדבר הקרח למדבר החול‬ ‫הבדווי מכין בגדים כהים מהעזים שהוא מגדל ואילו האסקימואי מכין בגדים בהירים מפרוות של‬ ‫איילים שהוא צד או מגדל‪ .‬לבדווי במדבר בגדים שחורים‪ .‬לאסקימואי במדבר הקרח בגדים לבנים‪.‬‬ ‫האם צבע הבגדים של כל אחד מתאים לדעתכם לתנאי הטמפרטורה בסביבת החיים ? כן‪ /‬לא נמק‬

‫מה נחקור?‬ ‫בניסוי זה נבחן את תופעת בליעת אור‪ ,‬באמצעות ניסוי הבודק את השפעת צבע התיבה (אחת‬ ‫בצבע לבן ואחת בצבע שחור) על טמפרטורת האוויר שהיא מכילה‪ .‬כל קבוצה תבחר תיבה בצבע‬ ‫אחר לניסוי ותעמיד את הניסוי בשיתוף קבוצה שנייה‪ .‬כך ננסה לגלות אם אכן לבוש בצבע שחור‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫מתאים לתנאי הטמפרטורה במדבר החול ואילו לבוש בצבע לבן מתאים לתנאי הטמפרטורה‬ ‫במדבר הקרח‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫‪‬‬

‫טאבלט אינשטיין‪ +‬או לאבמייט איינשטיין‪+‬‬

‫‪‬‬

‫‪ 2‬מנורת שולחן ‪100‬ואט‬ ‫‪ 2‬קופסאות קרטון‬ ‫ממדי הקופסא ‪ :‬אורך ‪ 28‬ס"מ‪ ,‬רוחב ‪16‬ס"מ‪ ,‬גובה ‪ 4‬ס"מ‪.‬‬

‫‪‬‬

‫מסקינטייפ‬

‫‪‬‬

‫סרגל‬

‫‪‬‬

‫סכין יפנית לחיתוך (יעשה על ידי מבוגר בלבד)‬

‫‪‬‬

‫‪ 2‬שקפים מפלסטיק‬

‫‪‬‬

‫צבע גואש‪/‬אקרילי שחור‬

‫‪‬‬

‫צבע גואש‪/‬אקרילי לבן‬

‫‪‬‬

‫מברשת צבע‬

‫‪‬‬

‫כללי בטיחות‪ :‬החיתוך בסכין יפנית יעשה על ידי מורה או מבוגר‬

‫‪‬‬

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

‫‪ .2‬לחצו על תוכנת ה‪) MiLAB-‬‬ ‫‪ .3‬הגדירו את מערך אוגר הנתונים‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫טמפרטורה‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫‪ 1‬בשנייה‬

‫משך הדגימה‪:‬‬

‫‪ 10‬דקות‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫שערו האם יהיה שינוי בטמפרטורת האוויר בתיבה הלבנה? האם יהיה שינוי בטמפרטורת האוויר‬ ‫בתיבה השחורה? האם יהיה שינוי בשתיהן? הסבירו‪.‬‬ ‫ציירו את עקומת הגרף שהנכם משערים שתתקבל‪.‬‬ ‫תיבה לבנה‬

‫טמפרטורה‬

‫זמן‬ ‫תיבה שחורה‬

‫טמפרטורה‬

‫זמן‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫ביצוע הניסוי‬ ‫‪ .1‬צבעו תיבה אחת בצבע שחור (צבע אקרליק‪/‬שמן)‪ .‬הניחו לצבע להתייבש היטב‪.‬‬ ‫‪ .2‬צבעו תיבה אחת בצבע לבן (צבע אקרליק‪/‬שמן)‪ .‬הניחו לצבע להתייבש היטב‪.‬‬ ‫‪ .3‬בכל אחת מן התיבות‪ :‬הלבנה והשחורה יש לחתוך מהפאה העליונה מלבן באורך של ‪ 12‬ס"מ‬ ‫ורוחב של ‪ 20‬סמ' (על מנת שנוכל לראות את טאבלט איינשטיין מבעד לתיבה)‪.‬‬ ‫‪ .4‬העזרו במבוגר או מורה על מנת לחתוך את המלבן‪.‬‬ ‫‪ .5‬הניחו את שקף הפלסטיק מתחת לפתח המלבן שחתכתם והדביקו עם מסקינטייפ עד לאטימת‬ ‫הצדדים‪.‬‬ ‫‪ .6‬הכניסו לכל אחת מן התיבות את טאבלט איינשטיין והצמידו אותו עם מסקינטייפ לדפנות‬ ‫התיבה כדי לקבע אותו‪.‬‬ ‫‪ .7‬הציבו כל מנורת שולחן במרכז כל תיבה בגובה של ‪ 4‬ס"מ מהשולחן ובמרחק של ‪ 20‬ס"מ מכל‬ ‫תיבה‪.‬‬ ‫‪ .8‬הדליקו את המנורות‪.‬‬ ‫‪ .9‬לחצו על צלמית גרף )‬ ‫‪ .10‬לחצו על התחל )‬

‫( ומדי תצוגה (‬

‫)לתצוגת גרפית של הנתונים‪.‬‬

‫( כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫‪ .11‬סגרו את התיבות והעמידו כשהפאות ללא החיתוך פונות לכוון המנורות‪.‬‬ ‫‪ .12‬עקבו אחר שינויי הטמפרטורה של האוויר בכל תיבה המוצגים בגרף במשך ‪ 10‬דקות‪.‬‬ ‫‪ .13‬לחצו עצור )‬

‫( בתום הניסוי‪.‬‬

‫‪ .14‬לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור (‬ ‫הכלים העליון‪.‬‬ ‫‪ .15‬בצעו חזרות על המדידות (סעיפים ‪.)9-14‬‬

‫עיבוד נתונים‬ ‫עבודה קבוצתית‬ ‫‪ .1‬מהם הגורמים השווים בניסוי?‬ ‫‪ .2‬מהו הגורם השונה והמשפיע בניסוי?‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫) בסרגל‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫‪ .3‬מה הגורם המושפע בניסוי?‬ ‫‪ .4‬כמה חזרות ביצעתם? מדוע חשוב לבצע חזרות?‬ ‫‪ .5‬השלימו את הנתונים בטבלה עבור הגרף המייצג את צבע התיבה שבחרתם בניסוי‪:‬‬ ‫לבנה ‪ /‬שחורה‬ ‫‪ ‬הקישו בגרף על הנקודה המציינת את הטמפרטורה ההתחלתית‪.‬‬ ‫‪‬‬

‫הקישו בגרף על הנקודה המציינת את הטמפרטורה הסופית‪.‬‬

‫‪‬‬

‫מהו הפרש הטמפרטורה שהתקבל?‬

‫‪ .6‬העלו את ממצאי הטבלה השיתופית ל‪ Google Doc-‬והשוו את הממצאים עם קבוצות אחרות‪.‬‬ ‫מדידה ‪1‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬

‫טמפרטורה סופית‬

‫שחור‬ ‫לבן‬ ‫מדידה ‪2‬‬ ‫שחור‬ ‫לבן‬ ‫מדידה ‪3‬‬ ‫שחור‬ ‫לבן‬

‫תוצאות ומסקנות‬ ‫צפו בממצאים שהעליתם לטבלה השיתופית ודונו בשאלות הבאות‪:‬‬ ‫דיון במליאה‬ ‫המשגת התופעה‪:‬‬ ‫‪ .1‬באיזו תיבה טמפרטורת האוויר עלתה יותר ?‬ ‫‪ .2‬מדוע עלתה הטמפרטורה בתיבה זו?‬ ‫‪ .3‬איזו תופעה באה לידי ביטוי כשאור פוגע בחומר?‬ ‫‪ .4‬האם השערתם עלתה בקנה אחד עם תוצאות המדידה?‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫הפרש טמפרטורות‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫יישום‬ ‫‪ .1‬רשמו אילו תופעות הקשורות לאור מתרחשות כשמאירים על גופים אלה‪:‬‬

‫גוף לבן‬

‫גוף שקוף‬

‫גוף שחור‬

‫מראה‬

‫‪ .2‬חזרה לשאלת האתגר‪:‬‬ ‫"האם צבע הבגדים של כל האסקימואי והבדואי מתאים לדעתכם לתנאי הטמפרטורה‬ ‫בסביבת החיים"?‬ ‫העזרו בתוצאות הניסוי המדעי שערכתם כדי לנסח טיעון בו תמליצו איזה צבע בגדים מומלץ‬ ‫ללבוש בתנאי טמפרטורה של אקלים מדברי ובאקלים קוטבי ‪.‬‬

‫טיעון‬

‫נימוק‬ ‫מדעי‬

‫טענה‬

‫‪ ‬חשבו על הסיבה של האסקימואי והבדואי לשימוש בחומרים הללו למרות שצבע הבגדים‬ ‫אינו מתאים לתנאי הטמפרטורה בסביבתם‪.‬‬

‫חקירת המשך‬ ‫‪ .1‬אספו מידע על מערכת טכנולוגית לחימום מים באמצעות אנרגית קרינה (אור)‪.‬‬ ‫א‪ .‬פרטו את הצורך במערכת כזו‪ ,‬מהי מטרתה ומהם מרכיבי המערכת הטכנולוגית‪.‬‬ ‫ב‪ .‬תכננו ניסוי הבודק כיצד מסייעים קולטי שמש לחימום המים ? התייחסו לעוצמה וכוון‬ ‫הקרינה‪.‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫רקע מדעי‬ ‫השמש היא מקור אור טבעי הפולט אור‪ .‬לאור מכל מקור שהוא יש תכונות משותפות‪ :‬הוא נע‬ ‫בקווים ישרים במהירות הגדולה ביותר המוכרת בטבע (כ‪ 300,000-‬ק"מ בשניה)‪ .‬כאשר האור פוגע‬ ‫בגוף כלשהו מתקיימות בו זמנית תופעות של החזרת אור‪ ,‬שבירת אור ואו בליעת אור‪.‬‬ ‫העוצמה של תכונה כזו או אחרת מושפעת מתכונות החומר בו קרני האור נפגשות‪ .‬תכונות כגון‪:‬‬ ‫סוג החומר‪ ,‬העובי‪ ,‬הצורה‪ ,‬שטח הפנים של המשטח (חלק או מחוספס)‪ ,‬מידת השקיפות ועוד‪.‬‬ ‫הקשר בין החזרה ובליעה‬ ‫כאשר מאירים גוף אטום כהה‪ ,‬הוא בולע את רוב האור הנופל עליו ומחזיר מעט ממנו‪.‬‬ ‫גוף בהיר המואר באותה מידה‪ ,‬מחזיר את רוב האור הפוגע בו‪ .‬ובולע מעט ממנו‪.‬‬ ‫בליעת אור בצבע כהה וגלגול אנרגיה‬ ‫מה קורה לאור שנבלע בתוך הגוף? אור הנבלע בתוך גוף מחמם אותו‪ .‬כלומר‪ ,‬אנרגית האור הופכת‬ ‫לאנרגית חום‪.‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫מתוך מסמך ההתנסויות לכיתה ו'‬ ‫‪‬‬

‫אנרגיית קרינה (אור)‬

‫‪‬‬

‫לאנרגיה מופעים שונים (סוגי אנרגיה)‬

‫ציוני דרך‬

‫‪‬‬

‫בליעת אור‪ ,‬החזרת אור‪ :‬גוף כהה‪ ,‬גוף בהיר‬

‫מיומנויות‬

‫‪‬‬

‫ניסוי– הוראה מפורשת‬

‫‪‬‬

‫ניסוח שאלה או שאלת חקר‬

‫‪‬‬

‫העלאת השערות מבוססות‬

‫‪‬‬

‫הכרת מאפייני ההשערה (גורם משפיע וגורם מושפע)‬

‫‪‬‬

‫ביצוע ניסוי לאישוש או להפרכת ההשערה‬

‫‪‬‬

‫ייצוג נתונים בטבלה ובתרשים‬

‫‪‬‬

‫תיאור תוצאת הניסוי‬

‫‪‬‬

‫הסקת מסקנות‬

‫‪‬‬

‫תופעת בליעת אור‪ :‬הניסוי לעיל נסמך על הניסוי המוצג ממסמך‬

‫רעיונות ודגשים‬

‫ההתנסות‪-‬‬ ‫הניסוי‪/‬התצפית‪/‬תהליך‬ ‫טכנולוגי‪/‬דגם‬

‫ההתנסויות אך שונה ממנו‪.‬‬ ‫‪‬‬

‫ציוד וחומרים‪ 2 :‬פחיות מלאות במים וצבועות האחת בלבן השנייה‬ ‫בשחור‪ ,‬מד טמפרטורה‪.‬‬

‫‪‬‬

‫שני כלים זהים מלאים בכמות מים שווה בצבעים שונים (אחד‬ ‫בהיר והשני בצבע כהה)‪.‬‬

‫‪‬‬

‫הנחת שני הכלים בשמש ומדידת טמפרטורה של המים בכלים‪.‬‬ ‫הסבר לתופעה‪ :‬טמפרטורת המים בתוך פחית הצבע הכהה עולה‬ ‫בגלל בליעה של רוב אנרגיית האור‬

‫הצעות למקורות‬ ‫תומכים‬

‫‪‬‬

‫מדע וטכנולוגיה לכתה ו' הוצאת רמות אוניברסיטת תל אביב עמודים‬ ‫‪183-201‬‬

‫‪‬‬

‫מסע מדע ו' הוצאת כינרת עמודים ‪31-57‬‬

‫‪‬‬

‫מדע בעידן טכנולוגי חלק שישי ‪,‬הוצאת רכס עמודים ‪100-110‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬