تجارب عملية تكشف المواد العازلة والموصلة للحرارة

1999 أطفالنا والعلوم في المرحلة الابتدائية

KFAS

تجارب عملية المواد العازلة والموصلة للحرارة الفيزياء

يرتدي الناس الملابس للمحافظة على حرارة أجسامهم، ولمنع تسرب الحرارة من الأسقف وخزانات الماء، فإنها تعزل بطريقة مشابهة.. ويستطيع الأطفال اختبار مواد مختلفة لتبطين خزان الماء، فيمكنهم استخدام قناني زجاجية من الحجم نفسه، ثم تغطية جميع القناني عدا قنينة واحدة بأنواع مختلفة من المواد كقطعة من القطن، والصوف، والريش، وورق القصدير، ورقائق البلاستيك.

ويجب أن نترك أحد القناني دون تغليف كمقياس أو ضابط للتجربة. وما أن تُحضّر القناني، يجب على المعلم أن يملأها بالماء الساخن.

ويمكن معرفة أفضل مواد التغليف عن طريق تسجيل التغييرات الحرارية بانتظام، ويمكن للأطفال التوسع في هذا النشاط بدراسة تأثير رطوبة المواد على النتائج. وإحدى طرق تصميم تجربة قياسية مضبوطة، هي باستخدام قنينتين زجاجيتين متماثلتين، ونفس الكمية من المواد، وتغمس إحداهما في الماء، وسيكون ذلك أكثر فاعلية، إن كانت المادة سميكة وملفوفة عدة مرات حول القنينة الزجاجية.

كما يستخدم ماء شديد السخونة في القناني الزجاجية، وسيلاحظ الأطفال أن درجات الحرارة تنخفض سريعا في القنينة ذات المادة الرطبة، لأن تبخر الماء سيستهلك بعض الحرارة.. ويمكن للمعلم أن يربط هذه المعلومة بضرورة ارتداء الأطفال ملابس مناسبة في المطر، لأن الملابس المبتلة ستُبرّد أجسامهم كثيرا.

وبعض جدران المنازل لها فجوة لحشوة الجدار، ويمكن للأطفال اختبار مواد الحشو (التبطين) المختلفة باستخدام علب المارجرين الفارغة وأكواب القهوة، حيث يوضع كوب القهوة في منتصف علبة المارجرين، ويملأ الفراغ حول الكوب بمواد مختلفة.

 

ويمكن للأطفال استخدام قصاصات الورق، والبوليسترين، وقصاصات القماش والقطن. ويجب أن تترك إحدى العلب فارغة كتجربة ضابطة، حيث تملأ الأكواب بالماء الساخن، ويسجل مقدار الفقدان في الحرارة بانتظام.. وما أن يتم إيجاد أفضل مواد التبطين، يمكن للأطفال تجربة إن كان وجود الغطاء (أو السقف) يؤثر على المحافظة على الحرارة.

تنتقل الحرارة في المواد الصلبة بالتوصيل، والعازلات الجيدة هي موصلات رديئة. ويمكن للأطفال تصنيف مواد مختلفة إلى عازلات وموصلات.

وإحدى الطرق البسيطة لذلك هي باستخدام قنينة الماء الساخن، حيث تملأ بالماء الساخن، ويوضع فوقها أطباق مختلفة من الزجاج، والورق، وورق القصدير، والفخار، والبلاستيك والخارصين، ويمكن للأطفال لمس الأطباق لمعرفة أيها يسخن بسرعة.

كما يمكن اختبار مجموعة من الملاعق بوضعها في الماء الساخن، وإذا لمس الأطفال مقابض الملاعق بعد خمس أو عشر دقائق، فسيجدون أن الملاعق المعدنية أصبحت ساخنة، أما الملاعق الأخرى فلم تسخن. فالمعادن عموما موصلات جيدة، في حين أن الزجاج، والخشب، والبلاستيك، والقماش موصلات رديئة.

 

ويستطيع الأطفال مناقشة الفائدة النسبية لكل نوع من الملاعق، فالملاعق الخشبية والبلاستيكية آمنة عند حملها لتقليب الأشياء الساخنة، ولكن الملاعق الخشبية يصعب تصنيعها بأشكال مختلفة، كما أن البلاستيك ينصهر عندما يصبح شديد السخونة، ونتيجة لذلك، فإننا نجد العديد من الملاعق المستخدمة في المطبخ معدنية وذات مقابض بلاستيكية.

ويستطيع الأطفال جمع صور لأواني المطبخ وأدواته، ثم يقومون بتصنيفها لأدوات آمنة عند استخدامها، وأخرى تحتاج لاستخدام مواد عازلة، مثل قفازات الفرن للتعامل معها.

ويمكن صنع مجموعة مختلفة الأشكال من أباريق الشاي، ومن مواد مختلفة، ثم يتم اختبارها لاكتشاف أي الأشكال والمواد تحتفظ بالحرارة لأطول فترة ممكنة.. وما أن يتم تحديد الأوعية رديئة العزل الحراري، حتى يمكن للأطفال تصميم أغطية مناسبة لهذه الأباريق للمحافظة على سخونتها وزيادة عزلها.

 

ولبحث انتقال الحرارة خلال المعادن بتوسع أكثر، يُطلب إلى الأطفال إيجاد إن كانت الحرارة فقط هي التي تنتقل خلال المواد المعدنية، وقد يتمكن الأطفال من اقتراح بعض الحلول لهذه المشكلة.

وإحدى الطرق هي باستخدام ثلاثة كؤوس، يُملأ إحداها بالماء الساخن، والآخر بمكعبات الثلج، وتوضع ملعقة معدنية في الماء الساخن، وأخرى في مكعبات الثلج، ويجب أن تترك ملعقة ثالثة في كأس فارغ كتجربة ضابطة.

ويمكن للأطفال ملاحظة الفرق بعد خمس دقائق أو عشر، كما يمكن توضيح انتقال الحرارة في المعادن بإعداد الأدوات كما هي موضحة في شكل (13-3)، فعند انتقال الحرارة في المعدن، فإن الشمع سينصهر ويتساقط.

ويمكن للأطفال تثبيت نقاط الشمع في أماكن مختلفة على طول المعدن لملاحظة المدى الذي ستنتقل فيه الحرارة قبل أن تصبح غير فعالة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]