מדריך למורה -מה קורה למים כשמחממים אותם

נושא

הדגמה על ידי המורה תצפית -תהליך האידוי –מעבר נוזל לגז

שכבת גיל

דכיתה

דקות 50 זמן

מדעי -במסגרת תחום התוכן תהליכי שינוי בחומרים נושא יחידה זו עוסקת ב רציונאל

.פיזיקה -החומר

(קרחשל נוזל ) צבירה מצב בין ובמעבר מים בחומר שינוייםהיחידה מתמקדת ב

התלמידים עוקבים אחר בפעילות זו .חוםכתוצאה מהוספת מצב צבירה גזל

לגז, מארגנים את הנתונים בטבלה עד הפיכתו בנוזלשינויי הטמפרטורה החלים

. של החומר ומנסחים עיקרון הקושר את הוספת החום לעלייה בטמפרטורה

: הוספת חום כאשר מדברים על השפעת חימום על שינויים פיזיקליים בחומר

.של החומר במצב הצבירה שינויולשל החומר לשינויי טמפרטורהגורמת

מודל החלקיקים , ההסבר ומבוסס על הסבר לפי מיועד למורה לפניכם ההסבר

.התופעה בלבדתיאור ברמת לתלמידים יעשה

חום מתווסף או נגרע מגוף ועקב כך יכול . מושגים זהיםאינם וטמפרטורהחום

. לשינוי הטמפרטורה של הגוף( או לא)לגרום

כתוצאה מהפרשי הוא צורה של אנרגיה העוברת מגוף אחד לגוף אחרחום

של גוף היא מדד לאנרגית התנועה של טמפרטורה הטמפרטורה בינהם.

. בחומרהחלקיקים שמהם הוא עשוי. שני המושגים קשורים לתנועת החלקיקים

.בכל חומר החלקיקים נמצאים בתנועה מתמדת ואקראית באופני תנועה שונים

-במדהנמדדת , הטמפרטורה של החומר, כל חלקיק נע במהירות מסוימת

.מהירות תנועת החלקיקיםמהירות מדד שמציין את היא , הטמפרטורה

לחומר מסוים)קרח,מים( )מחממים( מוסיפים חוםכאשר ,

הטמפרטורה המהירות הממוצעת של החלקיקים גדלה ולכן

.עולה

המהירות הממוצעת , חומר מסוים (מקררים) גורעים חוםכאשר

.הטמפרטורה יורדתשל החלקיקים קטנה ולכן

בלחץ חומרים טהורים מאופיינים בטמפרטורות היתוך ורתיחה ספציפיות )

(טמפרטורת ההתעבותשל חומר )שהיא גם טמפרטורת הרתיחהמסוים(.

או היא הטמפרטורה שבה עובר החומר ממצב צבירה נוזל למצב צבירה גז

להיפך.

כאשר חומר מגיע לטמפרטורת הרתיחה שלו )בלחץ מסוים(, חלקיקי הנוזל בכל

הדבר מתבטא נפח הגוף מתרחקים זה מזה ועוברים בהדרגה למצב צבירה גז.

. בועות אלה מכילות בעיקר את אדי הנוזל שעבר בהופעת בועות בתוך הנוזל

נוזל – וברגע מסוים, יהיה החומר מצוי בשני מצבי הצבירה למצב צבירה גז.

עד שכל ההתאדותלהתרחשות תהליך יגרום חימום נוסף בשלב זה: .הגזו

אין -נוזל לגזצבירה . במהלך המעבר של החומר ממצב מנוזל לגזהחומר הופך

. החום המושקע בשלב זה נקרא לעיתים "חום שינוי בטמפרטורת החומר

כמוס" כיוון שאינו גורם לעליה בטמפרטורה אלא לשינוי במצב צבירה בלבד.

כשהחומר מים נמצא במצב צבירה נוזל:

גורם לעליית המים חימום –( מאקרו)התופעה תיאור רמת

.הטמפרטורה

חימום –( מיקרו)החלקיקים הסבר מדעי לפי מודל רמת

. גורם לעליית מהירות החלקיקים מיםה

)נלקח מערכת ה.ל.ה(

התאדות מתרחשת בכל ה -במערכת פתוחה )התנדפות( התאדות

-)בניגוד לרתיחה המתרחשת רק בטמפרטורה מסוימת טמפרטורה

)בניגוד מתרחשת משטח הפנים של הנוזלהתאדות טמפרטורת רתיחה(

.לרתיחה שמתרחשת מגוף הנוזל(

מטרות תוכן

וציוני דרך

פיזיקה–מדעי החומר

:רעיונות והדגשים :שינוי בחומרים תהליכי יכולים לגרום )גריעת חום( גוף או קירור ) חום תוספת(גוף חימום

.פיזיקליים ולשינויים כימיים לשינויים

:ציוני דרך ומצבי צבירה בחומר טמפרטורה שינויים בטמפרטורה שינויים

טמפרטורת רתיחה, התאדות, התנדפות, הוספת חום, נוזל, גז, נקודת רתיחה, מושגים עיקריים

:ידע תחום התוכן ידע קודם נדרש הכרות עם תכונות של גז נוזל ומוצק

21-מיומנויות המאה

:מיומנויות חקר וגילוי

כתיבת קריאת נתונים מגרף, איסוף וארגון מידע, ,עריכת תצפית .הסקת מסקנות, תוצאות

חשיבה ביקורתית

פעילותמהלך ה

אתגר

הפעילות פותחת בהתנסות אישית של תלמידים בתהליך של התאדות

נוזל מפני השטח )התנדפות(. מטרת ההתנסות לעורר סקרנות ולהוביל

את התלמידים לשאול שאלות לאן נעלמה הטיפה? איזה תופעה

הנוזל הפך לגז -התרחשה? )תהליך של התאדות מפני השטח של הנוזל

-)קרירות ביד?(. איזו תחושה נוצרה בעקבות חימום שהגיע מהסביבה

ההתנדפות צורכת אנרגיה חום שנלקחה ממה נובעת תחושת הקרירות?

מהיד ולכן חשים תחושת קור(. דוגמאות נוספות מחיי יומיום : בגדים

שתולים לייבוש, הזעה מהעור, התאדות מים מנחל,ים )מחזור המים

בטבע(וכו. זהו דיון פותח בסיום תהליך הלמידה יש לחזור ולקשור את

כל התופעות יחד לאותו התהליך.

טיפת מים על האמה ופזרו אותה לאורך האמה.הניחו .1

ביד?מרגישים איזו תחושה .2

לאן נעלמה טיפת המים כעבור מספר דקות? .3

תנו דוגמאות נוספות מחיי היומיום המציגות אותה תופעה .4

מה נחקור?

נצפה בשינויי הטמפרטורה של המים במהלך חימום.

נעקוב אחר השינוי במצב הצבירה של המים במהלך חימום.

ציוד

+טאבלט אינשטיין+ או לאבמייט איינשטיין

טמפרטורה חיישן

מילילטר 250כוס כימית

סרגל למדידת גובה המים

מי ברז

פלטה חשמלית / גזיה/ כהליה וחצובה

ניסויההעמדת

לאבמייט איינשטיין+ הפעילו את טאבלט אינשטיין+ או .1

(( MiLAB-ה לחצו על תוכנת .2

הגדירו את מערך אוגר הנתונים .3

מערך אוגר הנתונים

טמפרטורה

שנייהכל קצב הדגימה:

שניות( 360) דקות 6 משך הדגימה:

...רגע לפני

מומלץ נשענת על ההתנסות שהתלמידים חוו בתחילת השיעור . ההשערה

.הסבר מהתלמידים בכל אחת מהתשובות כדי להימנע מניחושתמיד לדרוש

כיצד ישתנה מצב הצבירה של המים?

?לא תשתנה/תרד/ תעלההאם הטמפרטורה שתימדד בכוס עם המים

ציירו את עקומת הגרף שהנכם משערים שתתקבל.

ביצוע הניסוי

בטאבלט אחת היציאות הממוספרות להטמפרטורה שןחברו את חיי .1

איינשטיין.

.V-מסומן בברתם לטאבלט יח והטמפרטורה שאות ןוודאו שחייש .2

מיליליטר. 50שפכו לתוך הכוס הכימית מי ברז עד לגובה של .3

הכניסו את חיישן הטמפרטורה לתוך הכוס. .4

, כדי להתחיל רישום של הנתונים. () התחללחצו על צלמית .5

פעמים במהלך 3בכוס בעזרת סרגל. עשו זאת את גובה המיםמדדו .6

הניסוי: בתחילת הניסוי, לאחר רתיחת המים ובסוף הניסוי. הוסיפו את

הנתונים לטבלת עיבוד הנתונים .

אחר השינויים החלים במצב הצבירה של המים: בתחילת הניסוי, עקבו .7

לאחר רתיחת המים ובסוף הניסוי. הוסיפו את הנתונים לטבלת עיבוד

ונים.הנת

אחר שינויי הטמפרטורה החלים: בתחילת הניסוי, לאחר רתיחת המים עקבו .8

ובסוף הניסוי. הוסיפו את הנתונים לטבלת עיבוד הנתונים.

שמורידי לחיצה על צלמית -לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על .9

בסרגל הכלים העליון. ()

זמן

טורפ

מט

עיבוד נתונים

.התלמידים אוספים מידע ומארגנים בטבלה

הניסוי, בתחילת ולטמפרטורה של החומרההתייחסות היא למצב הצבירה

ף הניסוי. התלמידים לומדים לקרוא נתונים מהגרף.סובאמצע וב

אחד הדברים שמתאפשרים במערכת צירים, הינו נקודות ציון במרחב,

מקומת אלו . -Yמספרי בציר הוערך -X באמצעות מתן ערך מספרי בציר ה

, כאשר מצליבים ביניהם מקבלים נקודה מתאימה. מכונים קואורדינטות

מומלץ להסביר לתלמידים כיצד ניתן לנוע באופן מוחשי עם שתי אצבעות

במקביל עד להצלבה ולמפגש בין שתי האצבעות, Y-וציר ה X -מציר ה

א נקודת וערכים על הגרף. נקודת ההצלבה היא הקורדינאטה . כך ניתן למצו

מוסיפה עוד מדידת גובה המים עמודת )כמו המשחק "מה במשבצת"(,

. )המים לא נעלמו הם הפכו מנוזל לגז(התאדותהמחשת תהליך המימד ל

השפעת חימום על הטמפרטורה של החומר מה הכותרת של הגרף? .1

טמפרטורה ? Y-מה מודדים בציר האנכי / ציר ה .2

מעלות צלזיוס ?Y-ציר המהן היחידות של .3

זמן ?X-מה מודדים בציר האפקי/ ציר ה .4

שניות ?X-מהן היחידות בציר ה .5

הטמפרטורה של מי הנמוכה ביותר שנמדדה?הטמפרטורה מה הייתה .6

הברז

בתחילת הניסוי באיזה שלב של הניסוי נמדדה טמפרטורה זו? .7

C ° 100- 60 מה הייתה הטמפרטורה הגבוהה ביותר שנמדדה? .8

הניסוי תום ב באיזה שלב של הניסוי נמדדה טמפרטורה זו? .9

C° 60 באיזו טמפרטורה התחילו המים לרתוח? .10

לא השתנה( /ירד כיצד השתנה גובה המים במהלך הניסוי? )עלה/ .11

מצב צבירה של

המים גובה המים בס"מ

טמפרטורת

(°C) המים

תחילת

הניסוי גזגז/ ונוזל נוזל /

לאחר

רתיחת

המים

גזגז/ ונוזל נוזל / C° 60

תום

הניסוי C °100 גזגז/ ונוזל נוזל /

תוצאות ומסקנות

ים עקבו אחר שינויי הטמפרטורה התלמיד, מטרת הדיון היא המשגת התופעה

רה מצב הצבי( מחממים)וראו שכשמוסיפים חום לגז םהפיכתהנוזל מים עד של

תיאור רמת ב. והייתה עלייה בטמפרטורהשל המים משתנה מנוזל לגז

.גורם לעליית הטמפרטורההמים חימום –התופעה

תופעה נוספת מעניינת התרחשה במהלך התאדות המים אין דנים בה רק

שלו לטמפרטורת הרתיחהכאשר החומר מגיע מציינים ברמת תיאור התופעה:

למצב צבירה חלקיקי הנוזל בכל נפח הגוף מתרחקים זה מזה ועוברים בהדרגה

. בועות אלה מכילות בעיקר את בועות בתוך הנוזלהדבר מתבטא בהופעת גז.

החומר מצוי בשני מצבי אדי הנוזל שעבר למצב צבירה גז. וברגע מסוים, יהיה

תרחשות תהליך בשלב זה: חימום נוסף יגרום לה נוזל והגז. –הצבירה

כלומר במהלך תהליך ההתאדות יש ההתאדות עד שכל החומר הופך מנוזל לגז.

. במהלך המעבר של שינוי במצב הצבירה אך אין שינוי בטמפרטורה של החומר

אין שינוי בטמפרטורת החומר, החום המושקע -החומר ממצב צבירה נוזל לגז

ורם לעליה בטמפרטורה אלא בשלב זה נקרא לעיתים "חום כמוס" כיוון שאינו ג

ברמת תיאור התופעה לתלמידים יש לומר כי לשינוי במצב צבירה בלבד.

ראינו שינוי במצב הצבירה אך לא היה שינוי בטמפרטורה , ההתאדותבמהלך

ראינו את השינוי מנוזל לגז הםשינה את מצב הצבירה של המיםרק כשכל

(.C ° 100)עליה ל בטמפרטורה.

במליאהדיון

בין הטמפרטורה ההתחלתית של הניסוי לבין הטמפרטורה מהו ההפרש .1

הסופית של הניסוי?

עלתההטמפרטורה כיצד השתנתה הטמפרטורה של המים? .2

המים לאדי מים?כל באיזו טמפרטורה הפכו .3

? השלימו:מה ניתן ללמוד מכך על על תהליך ההתאדות .4

מיםלשינוי של החומר גורמת (חימום: תוספת חום )בתהליך התאדות

______.גז___מצב צבירה של___ לנוזל_____של מצב צבירהמ

נוזל מצב צבירה של מהטמפרטורה שבה נוצר השינוי :רתיחה טמפרטורת

ורואים גם נוזל וגם גז רותחים המים C° 60 -בגז _____מצב צבירה ל

.כל הנוזל הופך לגז C° 100 -)בועות בתוך הנוזל( ב

השוו בין תוצאות המדידה לבין השערתכם לפני תחילת הניסוי. .5

יישום

להדגיש את כן חיי היומיום וולקשור את התופעות ל מומלץ לשלב דוגמאות

ההבדלים בין תהליכים של התאדות לעומת התנדפות:

למשל הכנת קפה על הגז , בישול שכולל רתיחת מים )רתיחה( לעומת ייבוש

כביסה, זיעה, דיות מצמחים, מחזור המים בטבע )התנדפות(

תנו דוגמאות מחיי היום יום המתארים תהליך של התאדות

רקע מדעי

, למשל) מוצק: מופיעים בשלושה מצבי צבירה עיקריים בטבע ומריםרוב הח

מצב (. חמצן או אדים, למשל) גזו( מים או שמן, למשל) נוזל(, קרח ברזל או

מעבר של . הצבירה של החומר מבטא את התכונות הפיסיקליות של החומר

(. חימום או קירור)חומר ממצב צבירה אחד לשני כרוך בשינוייי טמפרטורה

מעבר ממצב צבירה נוזל למוצק . התכהמעבר ממצב צבירה מוצק לנוזל נקרא

מעבר . אידוימעבר ממצב צבירה נוזל לגז נקרא . התמצקות/הקפאהנקרא

.עיבויממצב צבירה גז לנוזל נקרא