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PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 IL LABORATORIO COME LUOGO DI INDAGINE ESPERIENZE SULLE PROPRIETA.

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1 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 IL LABORATORIO COME LUOGO DI INDAGINE ESPERIENZE SULLE PROPRIETA TERMICHE DELLA MATERIA

2 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Percorso didattico progettato durante gli incontri del Piano ISS nel Presidio di Pescara nel corso dellanno scolastico Realizzato nella classe III C di sperimentazione autonoma del Liceo Scientifico C. DAscanio di Montesilvano, in collaborazione tra le insegnanti di fisica e scienze.

3 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Progettare attività laboratoriali che accendano curiosità e interesse negli studenti Mettere in atto un metodo didattico non trasmissivo ma collaborativo: coordinare in modo da coinvolgere gli studenti nelle scelte di realizzazione Intervistare gli studenti per richiamare e analizzare le conoscenze che fanno parte del loro bagaglio personale RUOLO DELLINSEGNANTE

4 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Stimolare alla rielaborazione personale per capire se le loro conoscenze dopo lesperienza sono modificate Controllare, rettificare, orientare il percorso se necessario Utilizzare il più possibile contesti di senso ed esempi tratti dal quotidiano, evidenziando i collegamenti con altre discipline RUOLO DELLINSEGNANTE

5 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Mettere il laboratorio al centro della didattica, dove per laboratorio non va intesa solo laula in cui svolgere degli esperimenti, ma anche linsieme di attività esperienziali, di ricerca/azione e di dibattiti argomentativi che permettono di giungere a conclusioni e generalizzazioni RUOLO DELLINSEGNANTE

6 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Il traguardo è favorire lacquisizione del metodo di indagine scientifico e di un insieme di abilità e competenze che rendano gli studenti consapevoli di ciò che sanno e sanno fare. TRAGUARDO osservare un fenomeno riconoscere le grandezze fisiche che vi intervengono formulare una ipotesi progettare e realizzare un procedimento sperimentale che permetta di verificarla

7 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 I principali argomenti affrontati durante il percorso: scale termometriche e termometro calore e temperatura equilibrio termico propagazione del calore ed effetti sulla materia relazione fondamentale della calorimetria PERCORSO

8 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Le attività laboratoriali svolte, e di seguito documentate, sono state differenziate per raggiungere competenze diverse: esperienziali qualitative e tratte dal quotidiano oppure di ragionamento – laboratorio mentale –, attraverso le quali gli studenti sono stati guidati nella ricerca di questioni di carattere scientifico in ciò che osservano stimolati a dare spiegazioni basate su dati scientifici PERCORSO

9 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 esperienze qualitative-semiquantitative, per portare gli alunni verso una consapevole selezione delle informazioni scientificamente significative la successiva formulazione di unipotesi di indagine la raccolta di dati e la lettura del loro significato in relazione al fenomeno osservato la formulazione di un progetto di indagine specifico attraverso il quale dare risposte quantitative PERCORSO

10 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 esperimenti quantitativi, nei quali losservazione del fenomeno è finalizzato alla raccolta organizzazione elaborazione di dati estrapolazione della legge che regola il fenomeno comunicazione del risultato trovato esprimendosi in modo chiaro e utilizzando la terminologia specifica. PERCORSO

11 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Alla richiesta di definire cosa sono calore e temperatura, quasi in coro gli studenti hanno detto il calore è una forma di energia. Alla temperatura hanno invece associato definizioni tipo: è una misura del calore di un corpo. Sono state allora proposte le indagini di seguito descritte: le frasi scritte in corsivo corrispondono agli interventi degli studenti.

12 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURALABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETROLABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO UNA RIFLESSIONE

13 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO ESPERIENZA 1 Immersione delle mani in acqua calda (destra) e in acqua fredda (sinistra) contemporaneamente. Successivamente entrambe in acqua tiepida.

14 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO ESPERIENZA 2 Come capire cosa comporta la diversa temperatura nei corpi? Cosa accade se verso una goccia di colorante in acqua a diversa temperatura? …… Mettiamo a scaldare dellacqua.

15 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Viene versata una goccia di colorante in una bacinella di acqua fredda (rubinetto), e una goccia in unaltra di acqua calda (portata quasi a ebollizione). Si osserva cosa accade.

16 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Il colorante si diffonde più rapidamente nellacqua calda. In acqua fredda dopo poco sembra fermarsi. Perché? La temperatura maggiore aiuta il colorante a diffondersi dopo 2-3 minuti

17 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO ESPERIENZA 3 Sempre per capire cosa comporta la diversa temperatura nei corpi: in una bacinella contenente acqua fredda (rubinetto) viene immerso un vasetto chiuso ermeticamente e colmo di acqua calda (portata quasi ad ebollizione) colorata. In un'altra bacinella di acqua calda si immerge un vasetto chiuso ermeticamente e pieno di acqua fredda colorata. Si aprono i vasetti contemporaneamente.

18 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Bacinella con acqua calda Vasetto con acqua fredda colorata Bacinella con acqua fredda Vasetto con acqua calda colorata

19 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO ESPERIENZA 4 Immersione in un becker riempito di acqua calda (quasi ad ebollizione) di una boccetta sigillata contenente acqua colorata a temperatura ambiente e munita di una cannuccia. Dopo vari tentativi:

20 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO

21 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO

22 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO

23 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO

24 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Cosa accade? Lacqua colorata sale lungo la cannuccia Perché? Esce laria della cannuccia spinta dallacqua colorata che sale, questa a sua volta è stata spinta dallaria posta sulla superficie del liquido che si è dilatata con il riscaldamento. Cè uno strumento che usiamo nel quotidiano e che si comporta allo stesso modo? Il termometro

25 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Nel prendere la bottiglietta con una pinza, il coperchio si è tolto e abbiamo potuto di nuovo osservare che lacqua calda contenuta nel becker ha impedito allacqua fredda colorata di fuoriuscire.

26 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Avendo osservato la dilatazione termica in relazione ad un riscaldamento di aria e acqua colorata contenute nella boccetta, si decide di analizzare la relazione tra la quantità di calore ed laumento di volume unidirezionale di un liquido (concetto di dilatazione termica termometro)

27 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA ESPERIENZA 5 Una beuta viene riempita di acqua colorata fino allorlo e chiusa con un tappo di gomma nel quale è stato inserito un capillare. La beuta viene posta su una piastra elettrica preriscaldata (per assicurare una quantità di calore costante al passare del tempo).

28 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA

29 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Durante la predisposizione del liquido nella beuta dobbiamo risolvere… Sul capillare viene segnato il livello del liquido, quindi gli studenti rilevano il tempo (che esprime la quantità di calore fornito) e la variazione di altezza del liquido nel capillare al passare del tempo.

30 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA

31 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Prese le misure di tempi e di livelli raggiunti dal liquido lungo il capillare, segue lelaborazione dei dati. La conclusione collettiva è che variano secondo una proporzione lineare: La temperatura e il livello di liquido nel tubicino Il tempo (ovvero il calore scambiato) e il livello di liquido nel tubicino Il tempo (ovvero il calore scambiato) e la temperatura

32 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA ESPERIENZA 6: Da cosa dipende l assorbimento di calore? Dalla massa Anche dal tipo di sostanza Come si può verificare? Per verificare come varia la temperatura al passare del tempo al variare della massa dobbiamo riscaldare quantità crescenti di una stessa sostanza Per verificare come varia la temperatura al passare del tempo al variare della sostanza dobbiamo riscaldare uguali quantità di sostanze diverse

33 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Si prosegue lindagine per riuscire ad esprimere attraverso una legge matematica la relazione tra calore e temperatura. Si decide di analizzare gli effetti del riscaldamento per uguali quantità di acqua, olio di semi e alcool denaturato nel modo seguente: per 100 ml di ciascuna sostanza rilevare la temperatura iniziale, posizionarla su una piastra elettrica e leggere le temperature raggiunte ogni 30 secondi.

34 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Gli studenti vengono divisi in tre gruppi e a ciascuno viene assegnata una diversa sostanza da analizzare. Decidiamo anche di ripetere lindagine per 200 ml della stessa sostanza.

35 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA

36 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Nella fase di esecuzione e raccolta dei dati ciascuno studente ha assunto un ruolo allinterno del gruppo: compito dellinsegnante è aiutarli in una esecuzione accurata delle misurazioni. Si è molto insistito perché ciascuno prendesse i suoi appunti su cosa si decidesse di fare e perché: è importante che imparino a scrivere tutte le osservazioni, in modo da riuscire ad arrivare a delle giuste ed approfondite conclusioni.

37 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA

38 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Effetti della relazione tre calore e temperatura in natura. Nella realtà, in natura, dove possiamo riconoscere queste grandezze? Cè qualche fenomeno in cui è visibile la relazione tre calore e temperatura e in cui è importante il calore? Levaporazione. Di cosa? Dellacqua, dei liquidi.

39 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Nella natura dove vediamo levaporazione? Nelle gocce di rugiada Nel mare Quando lacqua del mare evapora? Quando un elemento da liquido passa allo stato aeriforme

40 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA E a livello microscopico? Si rompono i legami perché lacqua assorbe calore dal sole ed entra in bilancio termico con il sole. Prima di parlare di bilancio termico analizziamo il fenomeno. Questo calore dunque cosa produce? Fa scaldare lacqua

41 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Come fa a muovere le particelle, dove lo abbiamo visto? Nellesperienza con le gocce di colorante diffuse nellacqua. Allora il sole riscalda lacqua del mare e trasmette energia, lacqua si scalda, alcuni legami si rompono, alcune particelle salgono nellatmosfera e poi? Le particelle si raffreddano.

42 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Perché? Incontrano masse di aria fredda Le masse di aria fredda sono fredde rispetto a cosa? Alle particelle che arrivano dal suolo. Come facciamo a sapere che le particelle sono più calde dellaria che incontrano? Dal loro movimento

43 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Quindi cosa succede quando il vapore acqueo caldo viene a contatto con laria più fredda ? La massa daria acquista calore e il vapore si raffredda: ora si può parlare di bilancio termico Dove abbiamo visto come si muove il calore? Nellesperienza con le boccette piene di colorante a temperature diverse.

44 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Come viene trasmesso il calore? Tramite il movimento delle particelle: con gli urti viene trasmesso il movimento e quindi le particelle di vapore contenute nellaria si avvicinano, si formano i legami, diminuisce la loro temperatura e tornano allo stato liquido: vediamo le goccioline

45 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Cosè la nebbia? E la foschia? Ai primi caldi il pomeriggio cè foschia: come si è formata e perché si forma soprattutto a giugno e a luglio e di meno ad aprile e ad agosto? Perché ci sia foschia lacqua deve essere calda e laria in alto più fredda: in questo modo cè il fenomeno della condensa. Avviene che il vapore rimane sospeso e si forma la foschia.

46 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Perché a volte poi piove? Perché si formano goccioline più grandi, diventano pesanti e poi piove. Ad aprile e settembre non cè foschia: come si sta al mare? Cè vento Cosa fa il vento? Distribuisce le masse daria.

47 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Il vento cosè? E uno spostamento di aria da una zona a bassa pressione ad unaltra ad alta pressione. Cosa vuol dire alta pressione e bassa pressione? Quando una pressione è alta? Quando qualcosa preme: laria fredda va dallalto al basso, perché è più pesante, dato che le molecole sono più vicine essendoci meno agitazione termica.

48 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Quando la pressione è alta laria è fredda, le particelle sono più vicine perché a parità di volume cè più materia, viene attratta dalla Terra e deve trovare posto. Allora per prendersi del posto sposta laria che incontra verso una zona dove è bassa la pressione. Allora cosa scalda laria? La Terra.

49 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE: RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA E la Terra che fa scaldare latmosfera: la troposfera è più calda alla base e più fredda nella zona più lontana dalla Terra. Quindi la fonte di calore dellatmosfera è il suolo, perciò la parte più alta dellatmosfera è più fredda.

50 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO Quando due sostanza a diversa temperatura vengono a contatto, tra di loro avviene uno scambio di calore. Ma solo tra di loro? No, si scalda anche laria circostante. Come si può fare ad isolare gli scambi di calore? Abbiamo bisogno di un termos Perchè di un termos? Perché isola

51 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO In che modo isola? Come è fatto un termos? E di plastica ed è formato da due strati di recipienti, uno dentro laltro, tra i quali cè aria. Perché cè aria? Come per le finestre, laria è un isolante termico

52 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO Perché è un isolante? Toccare un becher contenente acqua bollente, mettere una mano nellacqua bollente, mettere una mano sopra lacqua bollente: producono lo stesso effetto? Perché? Laria è un aeriforme ed è molto più rarefatto rispetto ad un solido o ad un liquido le particelle daria che urtano contro la mano sono di meno rispetto a quelle che la colpirebbero in acqua, quindi percepisco di meno la temperatura rispetto al liquido.

53 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO Laria è dunque un buon isolante, ma non è un isolante al 100%. Come si può fare a valutare la capacità di un sistema isolante? Quali sono le grandezze che ci permettono di valutare la bontà di un sistema isolante? La temperature e il calore scambiato

54 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO Se mettiamo dellacqua calda in un termos si scalda anche il termos. Cosa possiamo fare per misurare quanto si scalda il termos? Possiamo scaldare dellacqua e ne misuriamo la temperatura. Poi la mettiamo nel termos insieme ad un termometro e leggiamo la temperatura dellequilibrio. La temperatura dellacqua diminuisce. Perché ? Cosa è successo? Il termos si è scaldato

55 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO Il nostro strumento si chiama calorimetro ed ha una sua capacità termica. Per misurarla come possiamo fare? Mettiamo una certa quantità di acqua a temperatura ambiente nel calorimetro e misuriamo la temperatura iniziale del sistema. Poi scaldiamo una uguale quantità di acqua, la inseriamo nel calorimetro e leggiamo la temperatura dellequilibrio termico. Supponendo che non venga disperso calore con lambiente esterno, le quantità di calore sono scambiate tra calorimetro, acqua a temperatura ambiente e acqua scaldata.

56 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO

57 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 LABORATORIO MENTALE - SISTEMI ISOLATI: IL CALORIMETRO Le temperature di equilibrio sono la media aritmetica delle due temperature? No Perché? Perché ha assorbito calore anche il calorimetro. Si può ora guidare gli studenti in unattività quantitativa che permette di calcolare la capacità termica del calorimetro (massa equivalente in acqua)

58 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 Nel mettere le attività laboratoriali al centro delle pratiche didattiche, il poco tempo a disposizione obbliga ad una drastica selezione degli argomenti da trattare: non ci si può prefiggere di svolgere un programma. Bisogna scegliere, allinterno dei temi contenuti nelle indicazioni ministeriali, pochi fenomeni significativi, mettendone in evidenza quegli aspetti che aiutino a capire come e perché si verifichino e utilizzando attività sperimentali che aiutino ad interpretarli e a costruire dei modelli. UNA RIFLESSIONE

59 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Cosa si percepisce? Le due mani immerse nella vaschetta dellacqua tiepida percepiscono sensazioni diverse, la sinistra avverte una sensazione di calore superiore rispetto alla destra Dopo un po la differenza diminuisce Queste sono sensazioni. Ognuno di noi non può sapere come la sensazione viene avvertita dallaltro

60 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Osservazioni: si osserva che nellintrodurre entrambe le mani nel contenitore con acqua tiepida le sensazioni delle due mani sono discordanti: Per la mano destra, che prima era venuta a contatto con lacqua calda, lacqua sembra fredda; per la mano sinistra, che era venuta a contatto con lacqua fredda, la stessa acqua sembra calda. Dopo alcuni secondi la sensazione percepita da entrambe le mani è la stessa.

61 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Conclusione: si deduce che lepidermide non registra la temperatura dellacqua, ma solo le variazioni tra le temperature di ciò con cui viene a contatto. Nel contenitore con lacqua tiepida, dopo alcuni secondi, la sensazione percepita dalle mani diviene la stessa in quanto si ambientano alla nuova temperatura.

62 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Con il passare del tempo lacqua calda contenuta nella terza bacinella si raffredda in quanto cede calore, mentre lacqua fredda del primo contenitore si riscalda perché acquista calore. La sensazione provata a seguito dellimmersione delle mani nel contenitore centrale è differente per ogni soggetto che esegue lesperimento e da questo si deduce che lo stato termico produce sensazioni soggettive.

63 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Si possono fare esempi di corpi che nel quotidiano si riscaldano? Tutto ciò che viene cotto Una stanza attraverso termosifone o caminetto. E lacqua nel becker? Ha come fonte il bunsen. E visibile che la sorgente sia quella? Lo dimostrano le bollicine, sono più numerose in basso, vicino alla fonte di calore e meno in alto, lontano dalla fonte di calore

64 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Osservazioni: si osserva che nella prima bacinella, dove è contenuta lacqua fredda, il colorante inizia a diffondersi meno rapidamente del colorante versato nellacqua calda. Dopo circa tre minuti nel primo contenitore il movimento del colorante è appena percettibile, mentre nellacqua calda la diffusione continua. Conclusione: il colorante si diffonde maggiormente nellacqua calda in quanto le particelle sono in maggiore agitazione termica perché la temperatura è più elevata; ciò permette una diffusione facilitata del liquido colorato.

65 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Si osserva come lacqua colorata calda si diffonde nellacqua fredda mentre il viceversa non avviene. Anche in questo caso, come nel precedente, sembra fermarsi la diffusione. Perchè? Perché il volume dellacqua calda è maggiore di quello dellacqua fredda. Ma anche nella bacinella piena di acqua fredda il volume dellacqua fredda è maggiore di quello dellacqua calda colorata

66 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO Quello che conta è il volume dellacqua calda, perché nellesperienza precedente il colorante si è diffuso di più nellacqua calda Ma allora perchè lacqua calda nel barattolo piccolo si è diffusa nel volume maggiore di acqua fredda? lacqua fredda colorata contenuta nel barattolo va verso il basso e non riesce ad uscire dal contenitore nel barattolo con acqua colorata calda, lapertura del coperchio ha creato movimento ed ha fatto uscire maggior colorante Si può ripetere rovesciando il barattolo di acqua colorata anziché aprirlo. Leffetto sarebbe lo stesso della goccia di colorante

67 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO cè stato un movimento di acqua colorata calda verso lacqua fredda e non viceversa

68 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Osservazioni: si osserva che nel recipiente di acqua fredda lacqua calda colorata contenuto nel vasetto sale e si diffonde nellacqua. Nel recipiente di acqua calda invece il liquido freddo colorato del vasetto non si diffonde ma rimane nella boccetta.

69 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Conclusione: se ne deduce che il movimento va dal caldo verso il freddo. Nel primo caso lacqua calda esce dalla boccettina e sale verso lalto perché meno densa, ma nel contatto con lacqua fredda circostante si raffredda e la sua densità aumenta causandone la discesa e diffondendo così il colore nellacqua del recipiente grande. Nel secondo caso lacqua fredda colorata per uscire dovrebbe avere una densità minore (ossia una temperatura maggiore) dellacqua esterna alla boccettina. Infatti rimane allinterno della boccettina.

70 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Osservazioni: si osserva che il liquido contenuto nel vasetto sale lungo la cannuccia. Ciò può non essere osservato pienamente al primo tentativo se: la boccetta non viene sigillata in modo corretto e ha quindi una perdita di aria calda, lacqua non è sufficientemente calda e quindi non permette il riscaldamento dellaria contenuta nella boccetta, la cannuccia tocca il fondo non permettendo il passaggio del liquido.

71 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 PRIME ESPERIENZE: CONTESTI DI SENSO …dalla relazione di uno studente: Conclusione: il fluido sale nella cannuccia perché lacqua calda del contenitore in cui è immerso il vasetto, riscalda laria della boccetta che si dilata e preme sul liquido che è quindi costretto a salire lungo la cannuccia.

72 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA … piccoli problemi pratici, che sono stati spunto per una discussione sul fenomeno studiato. Nella discussione si è cercato di far emergere conoscenze e cognizioni intuitive tratte dal quotidiano.

73 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Nellinserire il tappo di gomma, alla base del tappo e nel capillare si formano bolle daria Perché non devono esserci bolle daria? Perché dovremmo analizzare leffetto del calore su due diverse sostanze che potrebbero comportarsi in modo diverso Come risolvere il problema? Mettendo liquido fino allorlo, il tappo farà uscire il liquido in eccesso

74 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Dopo aver messo il tappo, il liquido in eccesso esce ma sale troppo in alto lungo il capillare, che è quindi risultato troppo corto Come facciamo a togliere il liquido in eccesso? Rovesciamo la beuta MA IL LIQUIDO COLORATO NON ESCE!!!!!!!

75 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Perché il liquido non esce? Perché si crea laria nel tubicino Perché non cera laria nella bottiglia Perché non cera la forza di gravità sul liquido

76 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Perché laria sottostante spinge il liquido che non riesce a scendere è come lesperienza del bicchiere pieno di acqua che viene rovesciato ricoprendolo con un semplice foglio di carta: lacqua non cade perché la pressione atmosferica agisce sul foglio di carta bilanciando la forza peso dellacqua

77 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Se si volesse verificare questa ipotesi cosa si potrebbe fare? Togliere laria dal tubo E possibile? In che modo ? Con qualcosa che laspira Ma laria che sta nel tubo non è chiusa! E tutta quella che si trova intorno Allora quale potrebbe essere un metodo per togliere il liquido in eccesso? Inclinare la bottiglia per trovare uno spiraglio tra laria

78 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 EFFETTI DEL CALORE SULLA MATERIA Inclinando la bottiglia lacqua non esce Togliamo lacqua con una pipetta Non sono state trovate pipette e micro pipette della grandezza giusta Utilizziamo una siringa con un ago abbastanza lungo Dopo aver tolto lacqua sono rimaste delle goccioline sulle pareti del capillare. Uno studente ha chiesto: possono influire queste goccioline sulla nostra misurazione? La nostra misurazione è grossolana quindi quella quantità non influisce sul volume dellacqua nel tubicino

79 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 …dalla relazione di uno studente ATTIVITA DI LABORATORIO: DILATAZIONE UNIDIMENSIONALE DI UN LIQUIDO

80 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Lelaborazione di questa indagine è lasciata inizialmente ai singoli studenti. Viene successivamente ripresa in classe in una discussione collettiva. Dopo la discussione collettiva, si decide di ripetere la raccolta dei dati utilizzando olio di oliva al posto dellolio di semi e cercando di effettuare delle misurazioni più attente ed accurate per ottenere dei risultati quantitativi più affidabili.

81 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Prima conclusione collettiva: Assumendo che il nostro fornello ceda una quantità di calore costante al passare del tempo, il fatto che dai dati in tabella risulti t direttamente proporzionale a T ci permette di concludere che la quantità di calore fornita è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura dellacqua. La costante di proporzionalità Q/ T si chiama capacità termica ed è una grandezza estensiva, cioè dipende dalla quantità di sostanza.

82 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Seconda conclusione collettiva: la quantità di calore fornita è anche direttamente proporzionale alla massa dei corpi. Si chiede allora di calcolare il rapporto tra il tempo e la massa per la variazione di temperatura : gli studenti possono così verificare che questo rapporto è costante per corpi costituiti da una stessa sostanza mentre cambia al cambiare della sostanza di cui è costituito il corpo.

83 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 RELAZIONE TRA CALORE E TEMPERATURA Si può così portarli a definire questa costante come calore specifico: se si assegna valore unitario (con unità di misura cal/g°C) al calore specifico dellacqua, si possono calcolare i calori specifici relativi allacqua delle altre sostanze. E interessante poi il confronto dei valori trovati con quelli reperibili sul libro di testo, anche per dare agli studenti una riferimento sullattendibilità delle loro misurazioni

84 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 …dalla relazione di uno studente ATTIVITA DI LABORATORIO: QUALI GRANDEZZE FISICHE SONO LEGATE AL CALORE?

85 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 …dalla relazione di uno studente ATTIVITA DI LABORATORIO: QUALI GRANDEZZE FISICHE SONO LEGATE AL CALORE?

86 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 …dalla relazione di uno studente ATTIVITA DI LABORATORIO: QUALI GRANDEZZE FISICHE SONO LEGATE AL CALORE?

87 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO C. DASCANIO – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012 …dalla relazione di uno studente ATTIVITA DI LABORATORIO: QUALI GRANDEZZE FISICHE SONO LEGATE AL CALORE?


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