עבודת חקר במדעים (2)

18
םםםםם םםם םםםםםם םםם םםםם,םםם,םםםם,םםםם, םםםםם

Upload: shikosh

Post on 21-Aug-2015

71 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: עבודת חקר במדעים (2)

במדעים חקר עבודת

, , , , אילון עומר כפיר יגל פוקס נדב

Page 2: עבודת חקר במדעים (2)

הקדמה

כאשר יש הערכות לסופה גדולה בה ירדו שלג וברד מפזרים מלח על הרחובות למניעת הצטברות הקרח על התופעה:

הרחובות והכבישים, פיזור המלח אמור להצליח למנוע את הצטברות הקרח. לתופעה זו יש חשיבות כי היא משפיעה על

אורח החיים של בני אדם במקומות קרים ויכולה לשפר את חייהם,וחשוב לגלות האם פיזור מלח באמת עוזר לבעיית

הצטברות המלח?

בחרנו בנושא זה לעבודת החקר שלנו מפני שהסתקרנו לדעת מה הסיבה לכך שמפזרים מלח על רחובות בחירתנו בנושא זה:

וכבישי עיר כשסופה עומדת להתרחש. רצינו לדעת האם מלח באמת מוריד את טמפרטורת קפיאת המים כאשר הוא מומס

במים. רצינו לחקור ולגלות מה הגורם לכך שלמלח יש השפעה או אין השפעה על טמפרטורת קפיאת המים. הסתקרנו

לדעת האם בניסוי נוכל להגיע למסקנה כלשהיא על השפעת המלח על המים אם יש כזו.

אנחנו רוצים לגלות האם יש קשר בין כמות מלח המתמוסס במים לבין טמפרטורת קפיאת המים,אם כן אז מטרות החקר:

האם זו השפעה המשפיעה בעקביות ואיך ולמה המלח משפיעה בצורה שאותה נגלה כך על המים? ואם לא אז למה אין

קשר בין כמות המלח המתמוסס במים לבין נקודת קפיאת המים? אנו רוצים להעמיד למבחן את מה שלמדנו וגילינו

במחקרינו.

מטרה נוספת היא הבנת השפעת המלח על המים במצב בו מים מוקפאים כשבהם כמויות שונות של מלח.

Page 3: עבודת חקר במדעים (2)

מדעי רקע

התופעה: שימוש במלח על מנת להוריד את טמפרטורת קיפאון המים.

מעלות אז המים לא קופאים לקרח, הסיבה 0כאשר מים שבתוכם מומס מלח מגיעים לטמפרטורת הקיפאון הרגילה של המים

אז מה שאמור לקרות הוא שכמות מים שווה תהפוך לקרח וכמות שווה תישאר 0לכך היא שכשהמים מגיעים לטמפרטורה

מים אך הוספת המלח המומס מקטינה את כמות המים שפנויים לקפוא כי הם ממיסים בתוכם את המלח ולכן אין שוויון בין

כמות המים הקופאת והמותכת ולפיכך דרושה טמפרטורה נמוכה יותר כדי לקפוא.

ובגלל זה משתמשים במלח בערים קרות כדי למנוע הצטברות של קרח בעיר, כי ההשפעה של כל מומס במים היא להוריד לו

את טמפרטורת הקיפאון ומלח הוא מוצר זול שמסוגל להתמוסס במים.

מאמר של ד"ר לירן ממכון ויצמן למדע באתר מכון דוידסון ומכון ויצמן: מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה?

?מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה

Page 4: עבודת חקר במדעים (2)

היא תערובת אחידה שמרכיב העיקרי שלה הוא נוזל.תמיסה: •

בכל תמיסה יש ממס,הנוזל שהוא החומר העיקרי ובו מומסים שאר מרכיבי התמיסה. •

התהליך של יצירת תמיסה נקרא המסה.לדוגמה מי ים זה תמיסה. המלח הוא המומס והמים הם הממס.•

תמיסה מימית היא תערובת של מים עם חומר אחר המכונה מומס.•

המומס יכול להיות באחד מכל שלושת מצבי הצבירה :גז - למשל פחמן דו חמצני בקולה הוא המומס.•

נוזל –למשל,תרכיז פטל בתוך כוס מים. מוצק –למשל,סוכר בכוס מים.

ישנן תמיסות מימיות שמוליכות חשמל ) כלומר ניתן להעביר בהן זרם חשמלי(. למשל,תמיסה מימית של נחושת כלורית. •

היא הנחושת הכלורית ובגלל תכונותיה ניתן להעביר זרם חשמלי בתמיסה.מומס בתמיסה זו ה

Page 5: עבודת חקר במדעים (2)

תפוז תמונה אתר של מפורוםמים:

מים הם תרכובת כימית שהוא בסיס לכל צורות החיים.

.H2Oמולקולת מים מורכבת משני אטומי מימן ומאטום חמצן.

מעלות צלזיוס ומים מטמפרטורה מזו המים נקראים קרח שהוא צורת המוצק של מים. 0נקודת הקיפאון של מים היא

מעלות צלזיוס ממנה המים מתאדים/רותחים לאדי מים שזו הצורה הנוזלית של מים.100נקודת הרתיחה/התאדות של מים היא

הימצאות מים הוא גורם הכרחי לקיום חיים. המים מהווים חלק גדול ממסת היצורים החיים,הם ממלאים תפקידים רבים בגופם

והם המרכיב העיקרי של הדם. יש יצורים חיים שנושמים בתוך סביבה מימית והמים חשובים לתהליך הנשימה אצלם.

נקודת הקיפאון

של המים יורדת כשנמצאים בתוכם מומסים היוצרים תערובות.

האדם משתמש במים לצרכים של שתייה,בישול,היגיינה,חקלאות,פנאי ועוד.

בניסוי שלנו נקודת הקיפאון של המים יהיה המשתנה המושפע בכך שניבדוק את קצב קיפאון המים בהשפעת המים.

Page 6: עבודת חקר במדעים (2)

מאתר makoתמונה

מלח בישול

מלח בישול שנקרא גם ״נתרן כלורי״ הוא תרכובת של יונים,המלח הוא מאוד נפוץ בימינו ובעל חשיבות ביולוגית •

לבעלי החיים,המלח משמש גם לתיבול והכנת מזון.

שזו NaClמלח הבישול הוא מוצק גבישי המורכב מאניונים של כלור וקטיונים של נתרן המסודרים בסריג של יונים של •

נוסחתו.

גרם לסמ״ק2.16צפיפות המלח היא: •

801°Cטמפרטורת התכתו היא:•

1456°Cטמפרטורת רתיחתו היא:•

במ״ק100 גרם ל35.9מסיסותו במים היא:•

המלח משמש לתיבול המזון ולתהליכי ההכנה והשימור שלו. הוא משמש לשימור בשר לאורך זמן, לכבישת ירקות •

ופירות, לחביצת גבינות ולהוצאת הדם מהבשר. מייחסים למלח תכונות חיטוי, למשל כטיפול בדלקת גרון.

מלח טבעי: מלח בצורתו הגבישית הוא המינרל הליט. הליט מתגבש בשכבות נרחבות של מינרלים כתוצאה •

מהתייבשות של אגמים או ימות סגורים.

בניסוי שלנו המלח יהיה הגורם המשפיע על טמפרטורת הקיפאון של המים כאשר יומסו בו כמויות שונות של מלח.•

Page 7: עבודת חקר במדעים (2)

של מבלוג nana10תמונה

קרח•

קרח הוא צורת המוצק של מים.•

הקרח הוא בעל מבנה גבישי כלומר מחזורי. •

נקודת הקיפאון של המים יורדת כשנמצאים בתוכם מומסים, ובארצות קרות מנצלים עובדה זו בחורף לשם מניעת •

הצטברות קרח על הכבישים והמדרכות באמצעות פיזור גבישי מלח בישול על הכבישים הקפואים. המלח מתמוסס במים,

מוריד את נקודת הקיפאון, ומונע התגבשות קרח עד ירידה נוספת בטמפרטורות.

בניגוד לרוב החומרים, כאשר מים הופכים למוצק, כלומר לקרח, הנפח שלהם גדל. •

בחשיפה לטמפרטורות חיצוניות נמוכות, מתחיל תהליך הקפאון בהתגבשות המים לגבישי קרח זעירים.•

פיסול בקרח הוא צורה של פיסול העושה שימוש בקרח כחומר הגלם•

בניסוי שלנו נבדוק באיזו מהירות המים יקפאו לקרח כאשר כמויות שונות של מלח מומסות במים שיהפכו לקרח.

Page 8: עבודת חקר במדעים (2)

החקר והשערת שאלת

מה הקשר בין כמות המלח המומס במים לקצב קפיאת המים.שאלת החקר:

אנו צופים כי בקבוצה בה יש את ריכוז המלח הגדול ביותר המומס במים המים יקפאו הכי מאוחר,ושבקבוצה בה השערת החקר:

אין מלח במים המים יקפאו הכי מהר. אנו משערים זאת מפני שבשיעור מדעים למדנו על היכולת של מלח לעלות את

טמפרטורת רתיחת המים ומפני שבמהלך מחקרינו גילינו שמלח מעלה את טמפרטורת הקיפאון של המים מפני

שבטמפרטורת הקפיאה הרגילה של מים אכן יש שוויון בין מולקולות המים שקופאות ומותכות ושהמלח גורם לכך שכמות

המים הפנויים לקפוא קטנה כאשר מומס במים מלח ולכן יש אי שוויון בטמפרטורת הקפיאה הרגילה של מים בין

המולקולות שקופאות ומותכות ולפיכך דרושה טמפרטורה נמוכה יותר לקפיאת המים, )לפי שיעורי מדעים ותחקיר

באתרים(.

מאמר של ד"ר לירן ממכון ויצמן למדע באתר מכון דוידסון ומכון ויצמן: מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה?

?מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה

Page 9: עבודת חקר במדעים (2)

הניסוי מהלך

הניסוי בא לבדוק את קצב קיפאון המים כאשר יש בו כמויות שונות של מלח.

מיליליטר מים, המים בכל כוסות 125 כוסות, מילינו כל כוס ב12,בניסוי לקחנו 21:50 ונגמר בשעה 18:40הניסוי החל בשעה

מעלות צלסיוס.19המים היו בטמפרטורה זהה של

2 שמנו 2 כפיות מלח, בקבוצה 3 שמנו 1 כוסות בכל קבוצה, בקבוצה 3 כוסות לארבעה קבוצות כאשר יש 12בניסוי חילקנו

והקבוצה האחרונה היא קבוצת הבקרה שבה לא שמנו כלל מלח. 1כפיות מלח, בקבוצה שלוש שמנו כפית מלח

דקות מה מצב 10 כוסות וכך עשינו את החזרה, לאחר מכן הכנסנו את הכוסות למקפיא והתחלנו לחקור כל 3בכל קבוצה היו

כוס 3 שתי כוסות של מלח ובקבוצה 2 שלוש כוסות עם כפית אחת של מלח,בקבוצה 1המים בכל קבוצה. כשבקבוצה

מלח אחת.

Page 10: עבודת חקר במדעים (2)

הניסוי מערךבחרנו ששיטת החקר שלנו תהיה ניסוי מבוקר כי לא יכולנו להגיע לתוצאות בתצפית כי היא לא מתאימה למה שרצינו •

לחקור.

מיליליטר, אותו מלח, אותה טמפרטורה התחלתית 125 אותם מים)מי ברז(,כמויות מים שוות בכל הכוסות בידוד משתנים:•

של מים וסביבה. המים הוכנסו לקפיאה באותו הזמן והיו באותו מקפיא כל הזמן. כוסות זהות בכל דבר,הניסוי בוצע בכל

הכוסות באותו מקום.

כמות המלח המומס במים.גורם משפיע וגורם משתנה:•

הזמן שצריך לעבור עד שהמים יקפאו/מהירות קפיאת המים.גורם מושפע:•

כוסות כך שהתוצאות הן לא לפי כוס אחת בכל קבוצה. 3 בכל קבוצה היו חזרות:•

אחת מהקבוצות הייתה קבוצת בקרה בה לא הכנסנו את הגורם המשפיע.בקרה:•

מלח ומים.חומרים: •

כוסות פלסטיק,מקפיא,כלי מדידה.ציוד: •

Page 11: עבודת חקר במדעים (2)

תוצאות שעה ועשר דקות אחרי תחילת הניסוי קבוצת הבקרה קפאה. 19:50בשעה הראשונה לא הייתה כוס עם מים קפואים אך לאחר מכן ב •

מיליליטר מלח( קפאה. אחרי שעתיים וארבעים 5)עם כפית מלח אחת של 3 קבוצה 20:30אחרי שעה וחמישים דקות מתחילת הניסוי ב

21:50 מיליליטר( קפאה. אחרי שלוש שעות ועשר דקות מתחילת הניסוי ב5 כפיות מלח של 2)עם 2 קבוצה 21:20דקות מתחילת הניסוי ב

טבלת התוצאות כפיות מלח( קפאה. 3)עם 1קבוצה

כפי שרואים בטבלה המלח גורם למים לקפוא לאט יותר לפי קבוצת הבקרה שבה אין מלח.

עם שתי כפיות מלח זמן הקיפאון יותר 2 עם שלושה כפיות מלח זמן הקיפאון הוא מאוד ארוך, שלוש שעות ועשר דקות. בקבוצה 1בקבוצה •

קצר בחצי שעה. בקבוצה שלוש עם כפית מלח אחת זמן הקיפאון עומד על שעה וחמישים דקות, ארבעים דקות יותר מקבוצת הבקרה.

מיליליטר מים בכל קבוצה, בכל קבוצה היו שלושה כוסות. 125בניסוי שמרנו על בידוד משתנים כאשר שמנו •

קריטריונים: 1קבוצה 2קבוצה 3קבוצה -בקרה4קבוצה

כמות מלח 15שלוש כפיות מלח-

מיליליטר מלח

10שתי כפיות מלח-

מיליליטר מלח

מיליליטר 5כפית מלח-

מלח

מיליליטר מלח0אין מלח-

כמות מים מיליליטר מים125 מיליליטר מים125 מיליליטר מים125 מיליליטר מים125

זמן עד קיפאון שלוש שעות ועשר דקות שעתיים וארבעים דקות שעה וחמישים דקות שעה ועשר דקות

שעת קיפאון 21:50 21:20 20:30 19:50

Page 12: עבודת חקר במדעים (2)

הגרף מציג את נתוני התוצאות שהתקבלו ומשווה בין כמות המלח במים למהירות קפיאתם. כפי שניתן לראות בגרף ככול שכמות

המלח במים גדולה יותר כך הזמן שיעבור עד שהמים יקפאו יהיה גדול יותר ולהיפך ככול שכמות המלח במים קטנה יותר כך

הזמן שיעבור עד שהמים יקפאו יהיה קטן יותר כך לדוגמה בקבוצת הבקרה בה לא היה מלח הזמן שעבר עד קפיאת המים

בבקרה היה קטן יותר מהזמן שעבר עד קפיאת המים בקבוצות האחרות בהן היה מלח במים.

1קבוצה 2קבוצה 3קבוצה 4בקרה-קבוצה 0

2

4

6

8

10

12

14

16

כמות מלחזמן עד קיפאוןגרף התוצאות

Page 13: עבודת חקר במדעים (2)

הניסוי 4 כוסות קבוצותכלי המדידה של

המים והמלח .

מיליליטר(5 )הכפית מכילה

כוסות בכל קבוצה יש כמות שונה של 3בכל קבוצה יש

מלח ובדקנו האם נראה שינוי בזמן הקיפאון של המים

שינבע מכך שהמים מכילים מלח בכמויות שונות.

בתוצאות גילינו שככול שיש יותר מלח במים אז הזמן

שעובר עד שהמים קופאים גדל.

Page 14: עבודת חקר במדעים (2)

בהן והדיון המסקנות

מן התוצאות אנו מסיקים כי אכן יש קשר בין כמות המלח המומס במים לבין קצב קיפאון המים והקשר הוא שהמלח משפיע על

המים ומעקב את קפיאתו. אנו מסיקים כי השערתנו נכונה כי אכן כפי שחשבנו קבוצת הכוסות עם הכי הרבה מלח קפאה

אחרונה וקבוצת הכוסות בלי המלח-קבוצת הבקרה קפאה ראשונה. אנו מסיקים שכאשר מלח מתמוסס במים הוא גורם

למים לקפוא מאוחר יותר מאשר בלי המלח. המסקנה שלנו היא שבטמפרטורת הקפיאה הרגילה של מים אכן יש שוויון בין

מולקולות המים שקופאות ומותכות ושהמלח גורם לכך שכמות המים הפנויים לקפוא קטנה כאשר מומס במים מלח ולכן

יש אי שוויון בטמפרטורת הקפיאה הרגילה של מים בין המולקולות שקופאות ומותכות ולפיכך דרושה טמפרטורה נמוכה

יותר לקפיאת המים, ואנו מסיקים זאת לפי התוצאות שמאמתות את השערתנו ואת הידע המדעי הקודם שאספנו ומוכיחים

זאת לפי תוצאות הניסוי. בנוסף לכך אנו מסיקים שכאשר ערים מפזרות מלח במטרה למנוע את הצטברות הקרח בעיר הן

מצליחות ולהפחית את הצטברות המלח.

Page 15: עבודת חקר במדעים (2)

מידע/ מקורות ביבליוגרפיה

במהלך העבודה השתמשנו במקורות מידע והם:•

ויקיפדיה.•

מאמר של ד"ר לירן ממכון ויצמן למדע באתר מכון דוידסון ומכון ויצמן: מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה? •

?מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה

הספרייה הווירטואלית של מט"ח.•

ידע אישי.•

שיעורי מדעים.•

.דיון על התופעה עם קישורים לעוד אתרים נספחיםמסמך: •

בעמוד 12 כתוב על התופעה)השאר לא קשור(מסמך: •

Page 16: עבודת חקר במדעים (2)

רפלקציה

במהלך העבודה הסתקרנו לדעת את התוצאות של המחקר ורצינו למצוא מידע על הנושא. במהלך העבודה ניסינו לחלק

באופן שווה את התפקידים בכך שעשינו רשימה של חלקי העבודה שיש לכתוב וחילקנו לכך אחד חלק ומספר דברים שעליו

לכתוב או לעשות בעבודה. נעזרנו במקורות מידע מהאינטרנט, משיעורי מדעים, מידע כללי וממאמרים של מומחים כגון

מכון דוידסון למדע,מכון ויצמן וד"ר לירן שימשי. למדנו על ההשפעות של מלח על מים בנושא נקודת הקיפאון של המים

ולמדנו ממחקרינו על מים, גורמים המשפיעים עליו ועל הגורמים שאותם חקרנו בעבודה. במהלך העבודה רכשנו מיומנויות

של עבודת צוות, חקירה, ביצוע ניסויים והסקת מסקנות. למדנו על יכולות הביצוע שלנו בתור תלמידים ועל רצוננו למצוא

תשובות לשאלותינו.

Page 17: עבודת חקר במדעים (2)

המשכה כיווני

הניסוי מראה שמלח משפיע על הקיפאון,אך האם גם מרכיבים אחרים כמו פלפל ,סוכר או כורכום משפיעים על קיפאון המים?,

והאם זה משנה איזה סוג של נוזל?כלומר האם גם נוזלים כמו שמן או נפט גם יושפעו באותה צורה מהימצאות של מומס

בהם? האם המלח יכול לעזור בעוד דברים לדוגמה פיזור מלח על מסלול המראה של מטוסים לפני שיגיע חורף ויקפיא את

מסלול ההמראה?

האם זה משנה איזה סוג מלח שחור או מלח ים?האם חייבים לערבב את המלח כדי שיהיו תוצאות? או שאפשר גם לא לערבב?

האם השפעות אלו מקשות על הכנת דברים קפואים כמו גלידה,קרטיב ועוד?

Page 18: עבודת חקר במדעים (2)

נספחים

?מדוע מלח מוריד את טמפרטורת הקפיאה

.דיון על התופעה עם קישורים לעוד אתרים נספחים

בעמוד 12 כתוב על התופעה)השאר לא קשור(