IL LABORATORIO COME LUOGO DI INDAGINE

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

Percorso didattico progettato durante gli incontri del Piano ISS nel Presidio di Pescara nel corso dell’anno scolastico Realizzato nella classe III C di sperimentazione autonoma del Liceo Scientifico “C. D’Ascanio” di Montesilvano, in collaborazione tra le insegnanti di fisica e scienze. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

RUOLO DELL’INSEGNANTE
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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Stimolare alla rielaborazione personale per capire se le loro conoscenze dopo l’esperienza 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Mettere il laboratorio al centro della didattica, dove per laboratorio non va intesa solo l’aula in cui svolgere degli esperimenti, ma anche l’insieme di attività esperienziali, di ricerca/azione e di dibattiti argomentativi che permettono di giungere a conclusioni e generalizzazioni PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

TRAGUARDO osservare un fenomeno
riconoscere le grandezze fisiche che vi intervengono formulare una ipotesi progettare e realizzare un procedimento sperimentale che permetta di verificarla Il traguardo è favorire l’acquisizione 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

PERCORSO 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

PERCORSO esperienze qualitative-semiquantitative, per portare gli alunni verso una consapevole selezione delle informazioni scientificamente significative la successiva formulazione di un’ipotesi 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

PERCORSO esperimenti quantitativi, nei quali l’osservazione 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

il calore è una forma di energia.
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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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

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 dell’acqua. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Viene versata una goccia di colorante in una bacinella di acqua fredda (rubinetto), e una goccia in un’altra di acqua calda (portata quasi a ebollizione). Si osserva cosa accade. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Il colorante si diffonde più rapidamente nell’acqua calda. In acqua fredda dopo poco sembra fermarsi. Perché? La temperatura maggiore aiuta il colorante a diffondersi dopo 2-3 minuti PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Bacinella con acqua calda Vasetto con acqua fredda colorata Bacinella con acqua fredda Vasetto con acqua calda colorata PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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: PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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Cosa accade? L’acqua colorata sale lungo la cannuccia Perché? Esce l’aria della cannuccia spinta dall’acqua colorata che sale, questa a sua volta è stata spinta dall’aria posta sulla superficie del liquido che si è dilatata con il riscaldamento. C’è uno strumento che usiamo nel quotidiano e che si comporta allo stesso modo? Il termometro PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Nel prendere la bottiglietta con una pinza, il coperchio si è tolto e abbiamo potuto di nuovo osservare che l’acqua calda contenuta nel becker ha impedito all’acqua fredda colorata di fuoriuscire . PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – 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 l’aumento di volume unidirezionale di un liquido (→concetto di dilatazione termica → termometro) PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

ESPERIENZA 5 Una beuta viene riempita di acqua colorata fino all’orlo 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). PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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 . PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Prese le misure di tempi e di livelli raggiunti dal liquido lungo il capillare, segue l’elaborazione 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Si prosegue l’indagine 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Gli studenti vengono divisi in tre gruppi e a ciascuno viene assegnata una diversa sostanza da analizzare. Decidiamo anche di ripetere l’indagine per 200 ml della stessa sostanza. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Nella fase di esecuzione e raccolta dei dati ciascuno studente ha assunto un ruolo all’interno del gruppo: compito dell’insegnante 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – 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? C’è qualche fenomeno in cui è visibile la relazione tre calore e temperatura e in cui è importante il calore? L’evaporazione. Di cosa? Dell’acqua, dei liquidi. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Nella natura dove vediamo l’evaporazione? Nelle gocce di rugiada Nel mare Quando l’acqua del mare evapora? Quando un elemento da liquido passa allo stato aeriforme PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

E a livello microscopico? Si rompono i legami perché l’acqua 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 l’acqua PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Come fa a muovere le particelle, dove lo abbiamo visto? Nell’esperienza con le gocce di colorante diffuse nell’acqua. Allora il sole riscalda l’acqua del mare e trasmette energia, l’acqua si scalda, alcuni legami si rompono, alcune particelle salgono nell’atmosfera e poi? Le particelle si raffreddano. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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 dell’aria che incontrano? Dal loro movimento PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Quindi cosa succede quando il vapore acqueo caldo viene a contatto con l’aria più fredda ? La massa d’aria acquista calore e il vapore si raffredda: ora si può parlare di bilancio termico Dove abbiamo visto come si muove il calore? Nell’esperienza con le boccette piene di colorante a temperature diverse. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Come viene trasmesso il calore? Tramite il movimento delle particelle: con gli urti viene trasmesso il movimento e quindi le particelle di vapore contenute nell’aria si avvicinano, si formano i legami, diminuisce la loro temperatura e tornano allo stato liquido: vediamo le goccioline PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Cos’è la nebbia? E la foschia? Ai primi caldi il pomeriggio c’è 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 l’acqua deve essere calda e l’aria in alto più fredda: in questo modo c’è il fenomeno della condensa. Avviene che il vapore rimane sospeso e si forma la foschia. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Perché a volte poi piove? Perché si formano goccioline più grandi, diventano pesanti e poi piove. Ad aprile e settembre non c’è foschia: come si sta al mare? C’è vento Cosa fa il vento? Distribuisce le masse d’aria. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Il vento cos’è? E’ uno spostamento di aria da una zona a bassa pressione ad un’altra ad alta pressione. Cosa vuol dire alta pressione e bassa pressione? Quando una pressione è alta? Quando qualcosa preme: l’aria fredda va dall’alto al basso, perché è più pesante, dato che le molecole sono più vicine essendoci meno agitazione termica. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Quando la pressione è alta l’aria è fredda, le particelle sono più vicine perché a parità di volume c’è più materia, viene attratta dalla Terra e deve trovare posto. Allora per prendersi del posto sposta l’aria che incontra verso una zona dove è bassa la pressione. Allora cosa scalda l’aria? La Terra. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

E’ la Terra che fa scaldare l’atmosfera: la troposfera è più calda alla base e più fredda nella zona più lontana dalla Terra. Quindi la fonte di calore dell’atmosfera è il suolo, perciò la parte più alta dell’atmosfera è più fredda. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – 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 l’aria circostante. Come si può fare ad isolare gli scambi di calore? Abbiamo bisogno di un termos Perchè di un termos? Perché isola PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

In che modo isola? Come è fatto un termos? E’ di plastica ed è formato da due strati di recipienti, uno dentro l’altro, tra i quali c’è aria. Perché c’è aria? Come per le finestre, l’aria è un isolante termico PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Perché è un isolante? Toccare un becher contenente acqua bollente, mettere una mano nell’acqua bollente, mettere una mano sopra l’acqua bollente: producono lo stesso effetto? Perché? L’aria è un aeriforme ed è molto più rarefatto rispetto ad un solido o ad un liquido le particelle d’aria 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

L’aria 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Se mettiamo dell’acqua calda in un termos si scalda anche il termos. Cosa possiamo fare per misurare quanto si scalda il termos? Possiamo scaldare dell’acqua e ne misuriamo la temperatura. Poi la mettiamo nel termos insieme ad un termometro e leggiamo la temperatura dell’equilibrio. La temperatura dell’acqua diminuisce. Perché ? Cosa è successo? Il termos si è scaldato PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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 dell’equilibrio termico. Supponendo che non venga disperso calore con l’ambiente esterno, le quantità di calore sono scambiate tra calorimetro, acqua a temperatura ambiente e acqua scaldata. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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 un’attività quantitativa che permette di calcolare la capacità termica del calorimetro (massa equivalente in acqua) PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

UNA RIFLESSIONE 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, all’interno 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Cosa si percepisce? Le due mani immerse nella vaschetta dell’acqua 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 dall’altro PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente: Osservazioni: si osserva che nell’introdurre 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 l’acqua calda, l’acqua sembra fredda; per la mano sinistra, che era venuta a contatto con l’acqua fredda, la stessa acqua sembra calda. Dopo alcuni secondi la sensazione percepita da entrambe le mani è la stessa. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente: Conclusione: si deduce che l’epidermide non registra la temperatura dell’acqua, ma solo le variazioni tra le temperature di ciò con cui viene a contatto. Nel contenitore con l’acqua tiepida, dopo alcuni secondi, la sensazione percepita dalle mani diviene la stessa in quanto si ambientano alla nuova temperatura. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente: Con il passare del tempo l’acqua calda contenuta nella terza bacinella si raffredda in quanto cede calore, mentre l’acqua fredda del primo contenitore si riscalda perché acquista calore. La sensazione provata a seguito dell’immersione delle mani nel contenitore centrale è differente per ogni soggetto che esegue l’esperimento e da questo si deduce che lo stato termico produce sensazioni soggettive. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Si possono fare esempi di corpi che nel quotidiano si riscaldano? Tutto ciò che viene cotto Una stanza attraverso termosifone o caminetto. E l’acqua 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 PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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

Si osserva come l’acqua colorata calda si diffonde nell’acqua fredda mentre il viceversa non avviene. Anche in questo caso, come nel precedente, sembra fermarsi la diffusione. Perchè? Perché il volume dell’acqua calda è maggiore di quello dell’acqua fredda. Ma anche nella bacinella piena di acqua fredda il volume dell’acqua fredda è maggiore di quello dell’acqua calda colorata PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Quello che conta è il volume dell’acqua calda, perché nell’esperienza precedente il colorante si è diffuso di più nell’acqua calda Ma allora perchè l’acqua calda nel barattolo piccolo si è diffusa nel volume maggiore di acqua fredda? l’acqua fredda colorata contenuta nel barattolo va verso il basso e non riesce ad uscire dal contenitore nel barattolo con acqua colorata calda, l’apertura del coperchio ha creato movimento ed ha fatto uscire maggior colorante Si può ripetere rovesciando il barattolo di acqua colorata anziché aprirlo. L’effetto sarebbe lo stesso della goccia di colorante PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

c’è stato un movimento di acqua colorata calda verso l’acqua fredda e non viceversa PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente: Osservazioni: si osserva che nel recipiente di acqua fredda l’acqua calda colorata contenuto nel vasetto sale e si diffonde nell’acqua. Nel recipiente di acqua calda invece il liquido freddo colorato del vasetto non si diffonde ma rimane nella boccetta. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente: Conclusione: se ne deduce che il movimento va dal caldo verso il freddo. Nel primo caso l’acqua calda esce dalla boccettina e sale verso l’alto perché meno densa, ma nel contatto con l’acqua fredda circostante si raffredda e la sua densità aumenta causandone la discesa e diffondendo così il colore nell’acqua del recipiente grande. Nel secondo caso l’acqua fredda colorata per uscire dovrebbe avere una densità minore (ossia una temperatura maggiore) dell’acqua esterna alla boccettina. Infatti rimane all’interno della boccettina. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…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, l’acqua non è sufficientemente calda e quindi non permette il riscaldamento dell’aria contenuta nella boccetta, la cannuccia tocca il fondo non permettendo il passaggio del liquido. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente: Conclusione: il fluido sale nella cannuccia perché l’acqua calda del contenitore in cui è immerso il vasetto, riscalda l’aria della boccetta che si dilata e preme sul liquido che è quindi costretto a salire lungo la cannuccia. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

… 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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Nell’inserire il tappo di gomma, alla base del tappo e nel capillare si formano bolle d’aria Perché non devono esserci bolle d’aria? Perché dovremmo analizzare l’effetto del calore su due diverse sostanze che potrebbero comportarsi in modo diverso Come risolvere il problema? Mettendo liquido fino all’orlo, il tappo farà uscire il liquido in eccesso PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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!!!!!!! PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Perché il liquido non esce? Perché si crea l’aria nel tubicino Perché non c’era l’aria nella bottiglia Perché non c’era la forza di gravità sul liquido PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Perché l’aria sottostante spinge il liquido che non riesce a scendere è come l’esperienza del bicchiere pieno di acqua che viene rovesciato ricoprendolo con un semplice foglio di carta: l’acqua non cade perché la pressione atmosferica agisce sul foglio di carta bilanciando la forza peso dell’acqua PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Se si volesse verificare questa ipotesi cosa si potrebbe fare? Togliere l’aria dal tubo E’ possibile? In che modo ? Con qualcosa che l’aspira Ma l’aria 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 l’aria PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

Inclinando la bottiglia l’acqua non esce Togliamo l’acqua 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 l’acqua 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 dell’acqua nel tubicino PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

…dalla relazione di uno studente ATTIVITA’ DI LABORATORIO: DILATAZIONE UNIDIMENSIONALE DI UN LIQUIDO

L’elaborazione 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 dell’olio di semi e cercando di effettuare delle misurazioni più attente ed accurate per ottenere dei risultati quantitativi più affidabili. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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 dell’acqua. La costante di proporzionalità Q/T si chiama capacità termica ed è una grandezza estensiva, cioè dipende dalla quantità di sostanza. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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. PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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 dell’acqua, si possono calcolare i calori specifici relativi all’acqua 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 sull’attendibilità delle loro misurazioni PROF.SSA CIPOLLONE CARMELITA LICEO SCIENTIFICO “C. D’ASCANIO” – MONTESILVANO ATRI 1 FEBBRAIO 2012

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

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