מדריך -צבע התיבה על טמפרטורת האוויר שהיא מכילהמהי ההשפעה של למורה

imagine • explore • learn

נושא

בליעת אור

שכבת גיל

וכיתה

דקות 90 זמן

-מדעי החומר -במסגרת תחום התוכן אנרגיית קרינה )אור(נושא יחידה ב רציונאל

גופים מומלץ ללמד יחידה זו בהמשך ליחידה: "מהי ההשפעה של .פיזיקה

אטומים שחורים ולבנים על עוצמת האור".-האנרגיה הנישאת על. האור נע תמיד ממקור האור ומתפשט לכל הכיוונים

דרך חומרים (מ בשניה"ק 300,000-כ)ידו מועברת במהירות עצומה

ריק מחומר מבלי שמקור וכן במרחב , זכוכית ועוד, מים, כגון אוויר, מסוימים

לאחר , הארץ-אור מהשמש מגיע אל כדור: לדוגמה. האור משנה את מקומו

האור היוצא ממקור האור נע לכל הכיוונים בקווים . שעבר מרחקים עצומים

גוף כלשהו עומד , למשל, אך כלל זה מופר אם, זהו כלל חשוב, ישרים

להתקיים תופעות כאשר האור פוגע בגוף כלשהו יכולות. בדרכו של האור

, אם האור אינו עובר דרך גוף. בליעת אוראו העברת אור, החזרת אורשל

רוב , חלק מהאור מוחזר, כשאור פוגע בגוף אטום. הגוף מוגדר כאטום

כאשר אור נבלע בחומר הוא גורם)ולכן הגוף מתחמם , האור נבלע

אין ,למעשה. שקוףהגוף מוגדר כ, כאשר אור עובר דרך גוף(. לחימומו

. מהאור עובד דרכו %100 כלומר " אידיאלית"במציאות גוף ששקיפותו

בדרך כלל מתקיימות שלוש . העברת האור מלווה תמיד בהחזרה ובבליעה

העברה והחזרה של או , בליעה: כאשר האור פוגע בגוף, התופעות גם יחד

משתמרת( הנבלע והעובר, המוחזר)כל אנרגיית האור . בפרופורציות שונות

.כמו כל סוג של אנרגיה

האור הנבלע והאור העובר דרך הגוף , החלק היחסי של האור המוחזר

אופי המשטח , צורה, עובי, סוג החומר)משתנה בהתאם לתכונות הגוף

כמו כן לוח זכוכית . למשל, תכונת השקיפות משתנה עם עובי החומר(. ועוד

אם פני , שקוף למחצהייעשה , שקוף שהאור עובר דרכו( או פלסטיק)

האור שעובר דרך הגוף יתפזר לכל . השטח יהיו שרוטים או מחוספסים

.ולכן לא יראו דרך הגוף בבירור, הכיוונים

(מדריך למורה –מבט אל האור )מתוך

ין צבע ובליעת אור, הם מודדים את בקשר שבהתלמידים עוסקים

תיבה מוארת טמפרטורת האוויר בתוך תיבה מוארת שצבעה שחור ובתות

שגוף לבן בולע מעט שצבעה לבן מארגנים את הנתונ ים בטבלה ומסיקים

אור )ומחזיר את רוב האור שפוגע בו( ואילו צבע שחור בולע את רוב האור

השחור אנרגיית האור שנבלעה בגוף כלומר, הפוגע בו )ומחזיר מעט ממנו(.

מובנה בתוך ה טמפרטורההמומרת לאנרגיית חום ונמדדת באמצעות חיישן

. הטאבלט

מטרות תוכן

וציוני דרך

פיזיקה–מדעי החומר

אנרגיהתת נושא:

רעיונות והדגשים:

(המרת אנרגיה)אנרגיה יכולה להפוך מסוג אנרגיה אחד לסוג אנרגיה אחר

:ציוני דרך

החזרת אור ,בליעת אור:

גוף כהה

גוף בהיר

המרת אנרגית אור לאנרגית החזרת אור, בליעת אור, גוף כהה, גוף בהיר, מושגים עיקריים חום

:ידע תחום התוכן ידע קודם נדרש החזרת אור, מעבר אור, האור כמתקדם בקווים ישרים

:מיומנויות למידה .איסוף נתונים והסקת מסקנות ניסויעריכת -

21-מיומנויות המאה

:מיומנויות חקר וגילוי

כתיבת קריאת נתונים מגרף, , עריכת ניסוי, העלאת השערה .הסקת מסקנות, תוצאות

חשיבה ביקורתית

פעילותמהלך ה

אתגר

האם לבוש .מטרת שאלת האתגר ליצור גירוי ללמידה ולביצוע הניסוי

)החזרת ובליעת אור( או הבדווים והאסקימואים נסמך על ידע מדעי

.זמינות חומרים בסביבה()? יש סיבות אחרותשלהתאמת צבעי הלבוש

ממדבר הקרח למדבר החול

הבדווי מכין בגדים כהים מהעזים שהוא מגדל ואילו האסקימואי מכין בגדים

לבדווי במדבר בגדים . בהירים מפרוות של אילים שהוא צד או מגדל

.לבניםלאסקימואי במדבר הקרח בגדים . שחורים

האם צבע הבגדים של כל אחד מתאים לדעתכם לתנאי הטמפרטורה

לא נמק/ כן? בסביבת החיים

מה נחקור?

באמצעות ניסוי הבודק את השפעת , בליעת אורבניסוי זה נבחן את תופעת

. על טמפרטורת האוויר שהיא מכילה( אחת לבן ואחת שחורה)צבע התיבה

ותעמיד את הניסוי בשיתוף כל קבוצה תבחר תיבה בצבע אחר לניסוי

כך ננסה לגלות אם אכן לבוש בצבע שחור מתאים לתנאי . קבוצה שנייה

הטמפרטורה במדבר החול ואילו לבוש בצבע לבן מתאים לתנאי

.הטמפרטורה במדבר הקרח

ציוד

+טאבלט אינשטיין+ או לאבמייט איינשטיין

2 ואט100מנורת שולחן

2 שהאריזה פשוטה ולא בעלת דופן )להקפיד קופסאות קרטון

כפולה לבידוד (

.מ"ס 4גובה , מ"ס16רוחב , מ"ס 28אורך : קופסאממדי ה

מסקינטייפ

סרגל

יעשה על ידי מבוגר בלבד( סכין יפנית לחיתוך(

2 קפלסטימ פיםשק

אקרילי שחור/צבע גואש

אקרילי לבן/צבע גואש

מברשת צבע

יעשה על ידי מורה או מבוגרכללי בטיחות: החיתוך בסכין יפנית

העמדת הניסוי

עבודה קבוצתית

הפעילו את טאבלט אינשטיין+ או לאבמייט איינשטיין+ .1

(( MiLAB-ה לחצו על תוכנת .2

הגדירו את מערך אוגר הנתונים .3

אוגר הנתונים

טמפרטורה

בשנייה 1 קצב הדגימה:

דקות 10 משך הדגימה:

לפני...רגע

וכמותי. מילולי שלבההשערה כוללת

הילדים מתבקשים לנסח במילים את ההשערה ולנמק את בשלב הראשון

אפשר לשאול את מניעת ניחושים(. בחירתם בהסתמך על ידע העבר )

התלמידים מה משמעות הביטוי שינוי בטמפרטורה? קרי הטמפרטורה

שינוי? מסתתרת האפשרות יכולה לעלות או לרדת. בשאלה האם יהיה

שלא יהיה שינוי והטמפרטורה תישאר ללא שינוי. כלומר יתכנו שלושה

מצבים בשינוי הטמפרטורה: עליה/ירידה /ללא שינוי בטמפרטורה.

בפיתוח מיומנויות גרף . התלמידים מתבקשים לצייר את הגרף בשלב השני

טובים מתלמידיםיש משמעות רבה ליצירת גרף וקריאת נתונים מגרף.

.Y-ו X-אפשר לבקש להוסיף כותרת לגרף ויחידות לציר ה

האם יהיה שינוי בטמפרטורת האוויר בתיבה הלבנה? האם יהיה שערו

שינוי בטמפרטורת האוויר בתיבה השחורה? האם יהיה שינוי בשתיהן?

הסבירו.

ציירו את עקומת הגרף שהנכם משערים שתתקבל.

ביצוע הניסוי

עבודה קבוצתית

את שינויי הטמפרטורה של כל שתי קבוצות חוברות יחד ומודדות במשותף את יחדיו . התלמידים מכינים האוויר בתיבה הלבנה והתיבה השחורה

.התיבות )צביעה וחיתוך פאה( ומבצעים את הניסוי

עיבוד נתונים

עבודה קבוצתית

כדי להבין מהלך של ניסוי ולדעת לנתח את תוצאותיו התלמידים צריכים

להבין את עקרונות הניסוי, לשם כך יש להדגיש שבניסוי בכל פעם בודקים

יחד אנליזה של הגורמים בניסוי ולבצע גורם משפיע אחד )בידוד משתנים(.

שיום והמשגת התהליך.עם

, גודל, נפח, חומר( ות )סוג,התיב ?מהם הגורמים השווים בניסוי .1

מרחק )בין המנורה לתיבה(, )סוג, עוצמה ( המנורות

התיבהשל צבע ה ?מהו הגורם השונה והמשפיע בניסוי .2

הטמפרטורהמה הגורם המושפע בניסוי? .3

? ביצוע חוזר של כמה חזרות ביצעתם? מדוע חשוב לבצע חזרות .4

מדידות וקבלת תוצאות דומות המראות אותה מגמה מעלה את

מהימנות הניסוי וניתן להכליל ממנו עקרונות ומסקנות.

השלימו את הנתונים בטבלה עבור הגרף המייצג את צבע התיבה .5

כל קבוצה קוראת את הנתונים שבחרתם בניסוי: לבנה / שחורה

וממלאת את הנתונים שלה בצורה אינטראקטיבית על הגרף.

.בטבלה השיתופית

טמפרטורה ה בגרף על הנקודה המציינת אתהקישו

הצבעה על הנקודה בעקומה מציגה את ההתחלתית.

הטמפרטורה.

טמפרטורה בגרף על הנקודה המציינת את ההקישו

הצבעה על הנקודה בעקומה מציגה את הסופית.

.הטמפרטורה

?הפרש מהו הפרש הטמפרטורה שהתקבל

dy -הטמפרטורות מופיע בתחתית הגרף כ

. והשוו את Google Doc-העלו את ממצאי הטבלה השיתופית ל .6

אפשר להכין טבלה שיתופית הממצאים עם קבוצות אחרות.

ם יוכלו להשוות את להעלות לאתר הכיתתי כדי שהתלמידי

הממצאים בהמשך, ולהגיע לתוצאות על סמך כל הממצאים:

יותר הרבה בתיבה השחורה טמפרטורת האוויר עולה

מטמפרטורת האוויר בתיבה הלבנה.

מדידה

1

טמפרטו

רה

התחלת

ית

טמפרטורה

סופית

הפרש

טמפרטורות

שחור

לבן

מדידה

2

שחור

לבן

מדידה

3

שחור

לבן

תוצאות ומסקנות

דיון במליאה

דיון בממצאים והחשיבה העמקת השיח והדיון לפיתוחלדיון שתי מטרות : בליעת האור על ידי צבע בעקבות תוצאות הניסוי השוואה בין: ובמסקנות

–ועל המרת האנרגיה ,צבע בהירעל ידי אור בליעתכהה בהשוואה לבסוף הדיון חוזרים לשאלת המשגת התופעה. לוכן מקרינת אור לחום.

האתגר.

המשגת התופעה

בתיבה השחורהבאיזו תיבה טמפרטורת האוויר עלתה יותר ? .1

טמפרטורת האוויר בתוך התיבה ?מדוע עלתה הטמפרטורה בתיבה זו .2 . השחורה עולה בגלל בליעה של רוב אנרגיית האור

האנרגיה יכולה להפוך מסוג אנרגיה אחד לסוג אנרגיה אחר )המרת אנרגיית הקרינה )אור( מומרת -אנרגיה( וזה התהליך שמתרחש

לאנרגיית חום. בליעת אורבניסוי הזה?איזו תכונה של אור מתגלה .3

האם השערתם עלתה בקנה אחד עם תוצאות המדידה? .4

חזרה לשאלת האתגר: האם אתם מופתעים מכך שהאסקימואי והבדווי .5

אינם מתלבשים על סמך רעיונות מדעיים? חשבו על הסיבה לשימוש

בחומרים הללו.

התלמידים מגלים שגם אצל הבדווי וגם אצל האסקימואי צבע הלבוש

כל אחד משתמש בחומרים . מתאים לתנאי הטמפרטורה בסביבהאינו

בחמרים הזמינים ביותר. לא ,בחומרים הנוחים לשימוש , שבסביבתו

םיוודבה .זמינותאלא על סמך ,של יתרונות רעיונות מדעייםעל סמך

.צמר שחור : לובשים מוצרי צמר עיזים כלומר , םיזיע םילדגמ

בסביבה זאת חיות , ים חיים ומתקיימים מסביבתםצד םיאומיקסאה

פשוט צדים את המצוי האסקימואים (םילייא) בעלות פרווה בהירה

.בצבע הלבןפרוות הלובשים את בסביבתם ולכן

יישום

רשמו אילו תופעות הקשורות לאור מתרחשות כשמאירים על .1

גופים אלה:

החזרה העברת אור בליעת אור

החזרה

חזרה לשאלת האתגר: .2

"האם צבע הבגדים של כל האסקימואי והבדואי מתאים לדעתכם

הטמפרטורה בסביבת החיים"? לתנאי

בו תמליצו טיעוןהעזרו בתוצאות הניסוי המדעי שערכתם כדי לנסח

איזה צבע בגדים מומלץ ללבוש בתנאי טמפרטורה של אקלים

מדברי ובאקלים קוטבי .

ו חשבו על הסיבה של האסקימואי והבדואי לשימוש בחומרים הלל

למרות שצבע הבגדים

אינו מתאים לתנאי הטמפרטורה בסביבתם.

חקירת המשך

אספו מידע על מערכת טכנולוגית לחימום מים באמצעות .1

אנרגית קרינה )אור(.

פרטו את הצורך במערכת כזו, מהי מטרתה ומהם .א

מרכיבי המערכת הטכנולוגית.

לחימום תכננו ניסוי הבודק כיצד מסייעים קולטי שמש .ב

המים ? התייחסו לעוצמה וכוון הקרינה.

רקע מדעי

לאור מכל מקור שהוא יש תכונות . השמש היא מקור אור טבעי הפולט אור

הוא נע בקווים ישרים במהירות הגדולה ביותר המוכרת בטבע : משותפות

מתקיימות בו אשר האור פוגע בגוף כלשהוכ(. מ בשניה"ק 300,000-כ)

.בליעת אור אוו וראשבירת ,החזרת אור תופעות של זמנית

העוצמה של תכונה כזו או אחרת מושפעת מתכונות החומר בו קרני האור

: תכונות כגון .נפגשות

(, חלק או מחוספס)שטח הפנים של המשטח , הצורה, העובי, סוג החומר

.מידת השקיפות ועוד

הקשר בין החזרה ובליעה

מחזיראת רוב האור הנופל עליו והוא בולע , כההכאשר מאירים גוף אטום

. את רוב האור הפוגע בו מחזיר, המואר באותה מידה בהירגוף .מעט ממנו

.ובולע מעט ממנו

בליעת אור בצבע כהה וגלגול אנרגיה

, כלומר. אור הנבלע בתוך גוף מחמם אותו? מה קורה לאור שנבלע בתוך הגוף

טיעון

נימוק מדעי

טענה

.אור הופכת לאנרגית חוםהאנרגית