Hőtágulás, avagy egyfajta bizonyíték, hogy az anyagok részecskékből állnak

Kezdeném ott, hogy amikor én először hallottam arról, hogy az anyagok apró, ráadásul állandóan mozgó részecskékből állnak, akkor annyira meglepődtem, hogy vettem a bátorságot és csendes, rendes 12 éves kislányra nem jellemző módon azt mondtam a fizika tanárnőmnek, hogy én ezt NEM HISZEM EL és azt hiszem, valami bizonyítékot is kértem a tankönyv nem eléggé meggyőző ábráján kívül. A tanárnő ezen legalább annyira meglepődött, mint én a kijelentésén. (A nyolcvanas években jártunk, nem volt jellemző a tanulói ellentmondás, haj de szép idők voltak...) Valami olyasmit habogott, hogy higgyem ezt el egyelőre és a későbbi tanulmányaim során majd kapok bizonyítékokat.
Na, azt hiszem itt indult kémiatanári karrierem pályafutásom. A lényeg, hogy jó sok bizonyítékom van már erre, és annyira lenyűgöznek ezek az apró kis részecskék, hogy a minap majdnem beszereztem egy periódusos rendszeres zuhanyfüggönyt, de aztán a család többi tagjára gondolva, megkíméltem őket ezen őrületemtől.

És íme egy egyszerű kísérlet, amivel megmutathatjátok a hitetlen diákoknak, hogy az apró kis részecskék mozognak. Ha melegítjük őket, még inkább mozognak, tehát nagyobb mozgástérre van szükségük.

Gázok:

Egy levegővel teli kémcső száját zárjuk le egy dugóval, amibe rakjunk egy kapilláriscsövet. A tanulók markolják meg a kémcsövet mindkét tenyerükkel és vezessék a csövet egy nagyobb főzőpohárnyi vízbe. Pár másodperc múlva levegőbuborékok jelennek meg a vízben, bizonyítva, h a kémcsőben lévő levegő felmelegedett és a gyorsabban mozgó részecskéknek több helyre van szükségük, ezért a kapilláris csövön keresztül szöknek! (Nagyon lelkesen szorongatják a kémcsövet, figyelmeztessük őket, h nem kell összeroppantani! És persze versenyeznek, h ki tud több buborékot varázsolni :-)

Folyadékok:

Tegyünk egy nagyobb lombikba ételfestékkel megszínezett vizet. A lombik száját zárjuk le egy dugóval, amibe rakjunk egy kapilláriscsövet. A kapilláriscsőben felszökik a színes folyadék egy bizonyos magasságig, azt jelöljük meg alkoholos filctollal. Állítsuk a lombikot egy forró vízzel megtöltött edénybe. Ahogy a színes folyadék elkezd melegedni, a folyadékszint látványosan és gyorsan emelkedik a kapilláriscsőben.

Szilárd testek hőtágulása:

Én általában egy fémgolyót melegítek fel, ami melegítés előtt még átfér egy karikán, melegítés után pedig már nem. Ehhez persze szükség van erre a fémgolyós kísérleti eszközre, ami vagy van a suliban, vagy nincs.

Nagyon örülnék, ha van olyan olvasóm aki már csinált ilyen kísérletet másképpen, elmondaná azt egy kommentben. Remek kísérletek vannak fenn a YouTube-on is, de én most nagyon örülnék neki, ha valaki hozzá is szólna ehhez a bloghoz :-)

Csírázásra ható tényezők

Csíráztatni már azt hiszem első osztályban is szoktak a gyerekek, leginkább babot.

Ezzel a kísérlettel megmutathatjuk, hogy mely tényezők elengedhetetlenek egy mag csírázásához.

Szükséges eszközök: zsázsa magok, 4 db kémcső/főzőpohár/tejfölös doboz, vatta, víz, étolaj

Jelöljük a kémcsöveket A, B, C, D jellel.
Minden kémcsőbe tegyünk egy kis vattát.

A kémcső: nedves vatta, 50 db zsázsa mag, szobahőmérsékleten

B kémcső: forralt vízzel átitatott vatta ( a lényeg az oxigén kizárása, ezért kell felforralni a vizet), 50 db zsázsa mag, a tetejére egy ujjnyi étolaj (szintén, kizárjuk az oxigént), szobahőmérséklet

C kémcső: száraz vatta, 50 db zsázsa mag, szobahőmérséklet

D kémcső: vízzel átitatott vatta, 50 db zsázsa mag, hűtőszekrényben tárolva

Négy nap elteltével ha minden jól megy, csak az A kémcsőben versenyző magok csíráznak ki. Illetve már hamarabb kicsíráznak, kb 4 nap alatt látványosan meg is nőnek, szárral, levéllel.

Tehát levonhatjuk a következtetést: a csírázáshoz víz, oxigén és megfelelő hőmérséklet szükséges!

Súrlódás, közegellenállás - egy kis fizika is legyen

A természetismeret tanításakor előkerül ez a téma is és ez a kísérlet amellett, hogy nagyon népszerű, egészen egyszerűen mutatja meg a közegellenállást anélkül, hogy mindenféle képletekkel és állandókkal meg együtthatókkal variálnánk (arra ráérnek később is, a középiskolában, egyetemen, ahol majd eszükbe jut ez a jó kis kísérlet, amitől kedvet kaptak ahhoz, hogy fizikusnak tanuljanak).
Külön öröm, hogy ehhez a kísérlethez többféle tanórán szerzett ismereteit kell használni a tanulónak, szóval megvan a tantárgyak közötti integráció, amolyan projekt dolog ez, tudjátok!

Először is, egy kis technika, rajz:
Készítsünk egy propellert a fotón szereplő ábra alapján. Kivág, hajtogat, gemkapoccsal rögzít. Színezhet is :-)

Az asztalon fekvő propellerek méretével variáljunk egy kicsit, azaz különböző területű téglalapokat rajzoljunk (én megrajzoltam, nekik csak kivágni és hajtogatni kellett). A képen szereplő kb. 3x5 cm, azaz 15 cm2 a területe. Én négy csoportra osztottam a gyerekeket, négyféle mérettel dolgoztak. A területet ők számolják ki, így megvan a matematika is. (Egy csoportnak egy propeller elegendő.)

Miután kész a remekmű, azonos magasságból engedjék el és stopperrel mérjék az időt (végre használhatják a mobiltelefonjukat valami hasznos dologra is :-). Ezt minimum ötször ismételjék meg. Rögzítsék az adatokat egy táblázatban, a végén számítsanak átlagot (matematika ismét). Ez az egész csapatmunkát igényel, fontos, hogy együtt dolgozzanak, mindenkinek legyen feladata (együttműködés, Skóciában ez tantárgy az általános iskolában!!!)!

A négy csoport ossza meg egymással az átlagszámításaik eredményét. Újabb táblázat a négy csapat terület és földet éréshez szükséges idő adataival, majd milliméterpapíron mindenki készítsen grafikont a propeller területe és a földet éréshez szükséges idő kapcsolatának ábrázolása érdekében. Ha van rá mód, itt használhatják az informatikai ismereteiket is, de szerintem egyáltalán nem baj, ha gyakorolják ezeket a dolgokat vonalzóval, ceruzával is.

A táblázat és grafikon készítés a kevésbe népszerű része a kísérletnek, viszont ezekre az ismeretekre is nagy szükség van és fontos látniuk, hogy az adatok felvétele és rögzítése nélkülözhetetlen a kísérlet eredményének átláthatósága szempontjából. Ha mindent pontosan csinálunk, lehet, hogy egy tanóra nem is elég hozzá, de szerintem érdemes végigcsinálni mert sokkal többet ér ha megtanulnak normálisan adatokat rögzíteni és grafikont készíteni, mint ha kész táblázatot adunk nekik és előre megrajzolt grafikont beírt egységekkel. Annál meg aztán végképp jobb, hogy csak a könyvben nézegessenek szuper fotókat és ábrákat a súrlódásról / közegellenállásról!

Szóval a végén nem csak a természetismeret / fizika tantárgyakból okosodott a tanuló, hanem használta a matematika, technika, informatika órán megszerzett ismereteit. Ezt érdemes elmondani is nekik, hátha nem vették észre :-)

Sok sikert! Örülnék, ha megosztanátok velem a kísérlet eredményit, ha sikerül kivitelezni!

Ui.: Majd készítek fotót a táblázatról és grafikonról is! 
 

A varázslatos iskolabusz - filmajánló

Néhány napja, amikor a nem egészen öt éves Brúnó iskolába (!) kezdett járni, a suliból hazafelé menet megkérdeztem tőle:
"És tudod már, hogy hívják a tanító nénit?"
Mire ő gondolkodás nélkül, teljesen komolyan rávágta: "Miss Mitzi."

 


Ha esetleg valaki nem ismerné a A varázslatos iskolabusz című rajzfilmsorozatot, akkor elárulom, hogy Miss Mitzi, a sorozat tanárnője, minden epizódban varázslatos tanulmányi kirándulásra viszi a gyerekeket, ahol mindig valamilyen természettudományos dolgot fedeznek fel. Rengeteg dolgot lehet tanulni a filmből, de mint minden mese, azért a valóság jócskán keveredik lehetetlen elemekkel.

Azonnal átfutott az agyamon, hogy az én lelkes négy évesem talán tényleg reménykedik benne, hogy az iskolában olyan varázslatos élményekben lesz része amiket a rajzfilmben látott, és, hogy minden tanárnő egy Miss Mitzi! Szóval miután jót nevettem, el kellett neki mondanom az igazságot, hogy minden bizonnyal az iskolában sok érdekes dolgot tanul majd, de azt azért ne várja, hogy másnap kapszula méretűre zsugorodva bebarangolhatja az emberi testet, vagy vízcsepp méretűre csökkenve részt vehet a víz körforgásában.

Aztán azt is elmondtam, hogy az ő tanárnőjét Miss Gilchristnek hívják.
Mire ő: "Micsoda??? Miss Virsli???"


Ízelítőnek íme egy epizód az emésztésről.
Szerintem az egész sorozatot jól lehet használni, leginkább környezetismeret és természetismeret órákon. Inkább a fiatalabb korosztálynak szól.

Fotoszintézis III. - szén-dioxid nélkül nincs fotoszintézis

Ezzel a kísérlettel szemléltethetjük, hogy az egyébként láthatatlan szén-dioxid nélkülözhetetlen a fotoszintézishez.

kellékek: a Fotoszintézis I. kellékei, valamint muskátli növény, nátronmész, kis nejlonzacskó, iratkapocs

Egy muskátli növény néhány levelét zárjuk nejlonzacskóba, úgy, hogy a zacskóba helyezzünk néhány nátronmész darabkát is. A zacskókat rögzítsük iratkapoccsal vagy gumival. Hagyjuk a növényt napos helyen pár napig.

A nátronmész megköti a szén-dioxidot, így a fotoszintézis egy alapvető elemének hiányában nem képződik keményítő.
Pár nap múlva távolítsuk el a nejlon zacskót és a szén-dioxidtól megfosztott levéllel végezzük el a Fotoszintézis I. kísérletet.
A jódtinktúra megtartja eredeti színét, tehát a levélben nincs keményítő, bizonyítva, hogy nem ment végbe a fotoszintézis.

Fotoszintézis II. - Napfény megvonása

Ezzel a kísérlettel jól szemléltethetjük, hogy a fotoszintézishez a fény nélkülözhetetlen.

Kellékek: A Fotoszintézis I. bejegyzésben szereplő kellékek és alufólia

Egy muskátli növénynek néhány levelét fedjük le félig alufóliával és hagyjuk napos helyen pár napig. Az alufóliával fedett rész nem kap napfényt, így fotoszintézis sem megy végbe alatta.

Pár nap elteltével végezzük el a levelekkel a Fotoszintézis I. kísérletet.

Azt fogjuk tapasztalni, hogy a fedett részre cseppentet jódtinktúra nem fog feketés lilára változni, tehát ha nincs fény, nincs keményítőtermelés, tehát nincs fotoszintézis sem.

Fotoszintézis I. - Keményítő kimutatása levélből

Biztosan mindenki ismeri a keményítő kimutatására leggyakrabban használt kísérletet: burgonyára jódtinktúrát cseppentve a jódoldat barnásvörös színe feketés-lilásra vált, ezzel jelezve a keményítő jelenlétét.

Ugyanez történik akkor is, ha a növény leveléből próbáljuk kimutatni a keményítőt, bizonyítva ezzel, hogy nemcsak a raktározó szervekben, hanem a fotoszintézis helyszínén, a levélben is található keményítő, a fotoszintézis végterméke. A levél előkészítése a jódos próbához némi előkészületet vesz igénybe, kb. 20 perc a kísérlet ha a gyerekek is csinálják. Megéri kipróbálni velük, szeretik az ilyen több lépéses, melegítős, pacsálós élményeket. Érdemes 4-5 fős csoportokban végezniük, elosztva a munkálatokat és együttműködést gyakorolva :-)

Ez a kísérlet része a Fotoszintézis II. és III. bejegyzésnek is.

Kellékek:
muskátli levél, főzőpohár, vasháromláb, bunsen/borszesz égő, kémcső, etil-alkohol, csipesz, óraüveg/fehér csempe, védőszemüveg

1. Tegyük a muskátli levelet forró vízbe és forraljuk 2 percig, hogy megpuhuljon.

2. Zárjuk el a lángot, majd tegyük a levelet egy kémcsőbe és töltsünk rá annyi etil-alkoholt, hogy az ellepje, majd tegyük bele a kémcsövet a meleg vízbe és várjuk meg amíg a zöld klorofill beoldódik az alkoholba.  
NE GYÚJTSUK MEG A BUNSEN ÉGŐT AZ ALKOHOL JELENLÉTÉBEN!

3. Amikor az alkohol elszíneződik zöldre, vegyük ki a levelet csipesszel, majd mártsuk bele a forró vízbe és terítsük szét a csempén.

4. Cseppentsünk a levélre egy csepp jódtinktúrát, a vörösesbarna oldat feketésre változik, kimutatva, hogy a muskátli levele tartalmaz keményítőt, tehát fotoszintetizál.


A kísérlet alatt a gyerekek viseljenek védőszemüveget, mivel lángot és alkoholt is használnak! Láng használatakor a hosszú hajat kössék hátra!

Megígérem, hogy ezt a kísérletet is dokumentálom majd fotókkal, addig is álljon itt ez a fotó a védőszemüvegről :-) Kamaszoknak ennél sokkal 'trendibbeket' is be lehet szerezni, ez egy amolyan retro darab, de Brúnó nagyon lelkesen viseli!

Hogyan készítsünk savas esőt?

A savas eső annyiszor előkerül mostanában a globális felmelegedéssel és az ózonlyukkal együtt mindenféle tanórákon, hogy nem csoda ha a sok szövegelés után a gyerekek már nem figyelnek a megakadt lemezre és aztán össze-vissza keverik ezeket a dolgokat. De szerencsére mindig van egy-két gondolkodó, aki megkérdi, hogy mennyire savas az a savas eső és, hogy mi lesz ővele ha megázik.

Na, evvel a kísérlettel nagyon egyszerűen, pár perc alatt megmutathatjuk, hogy mennyire is savas és persze szemléltethetjük, hogyan is jön létre.

szükséges eszközök, anyagok: 
gázfelfogó henger, alufólia, gyufa, gyurmaragasztó, folyékony univerzál indikátor, víz, fecskendő/cseppentő

Mielőtt nekilátunk, ismételjük át az inikátorokról tanultakat, különösen azt, hogy a savasság milyen színváltozást okoz univerzál indikátornál. A gázfelfogó henger aljába tegyünk egy kevés folyékony univerzál indikátort, épp annyit, hogy jól látszódjon annak sötétzöld színe. A henger oldalába rögzítsünk két gyufát a gyurmaragasztóval.

Gyújtsuk meg a gyufákat és mielőtt lefednénk az előre kilyukasztott alufóliával, hagyjuk a gyufákat szinte leégni. Így kellő mennyiségű füst gyűlik össze a hengerben, ami a gyárkéményeket helyettesíti kísérletünkben.
Amint lefedtük a hengert, kezdjünk el 'esőt' csepegtetni a fecskendőből a kis lyukon át. Kicsit mozgassuk meg a hengert, hogy segítsük a gázok oldódását a folyadékba.

Látványosan a sötétzöld indikátor sárgás-narancsos színűre változik (mindenképpen figyeljünk a fehér háttérre, hogy a színek jól láthatóak legyenek), attól függően, hogy mennyi kénes gáz oldódott a vízbe.

A gyerekek imádják a színes kísérleteket, szóval már ennyitől is varázslatosnak fogják érezni az órát, de ha szerzünk egy kis mészkövet, cseppentsünk rá a savas esőnkből, vagy még jobb ha beledobjuk a mészkődarabot a hengerbe és szemléltethetjük a savas eső egyik roncsoló hatását is! 

Katalizátorok

Pillanatok alatt szemléltethetjük, hogyan is működnek a katalizátorok. A kísérlet tanulói kísérletnek is alkalmas, akár az általános iskolás korosztály számára is.
Izgalmassá tehető vele egy biológia óra az emberi test témakörben, és persze kémia órán is használható.

A kísérlet lényege, hogy a hidrogén-peroxid, ami egyébként katalizátor nélkül is vízre és oxigénre bomlik, katalizátor jelenlétében látványosan gyors bomlásba kezd, oxigén buborékokat létrehozva.

Szükséges anyagok: hidrogén-peroxid, mangán-dioxid, sertésmáj

  Töltsünk két kémcsőbe 2-2 ujjnyi hidrogén-peroxidot.

 Egyikbe dobjunk egy darabka májat, másikba egy kevés mangán-dioxid port.

Hirtelen rengeteg gázbuborék szabadul fel, parázsló gyújtópálcával az oxigén kimutatható.

A májban található enzimek biológiai katalizátorok, így segítik az emésztés folyamatát.

A kísérlet végén látható, hogy a katalizátor a kémcsőben visszamarad, esetleg kérdéssel feleleveníthetjük a keverékek szétválasztásáról tanultakat, rákérdezve, hogy milyen módszerrel lehet vajon a mangán-dioxidot visszanyerni.

Tipp: a maradék májat érdemes lefagyasztani a suliban egy hűtőszekrényben, egy másik alkalommal még hasznát vehetjük!