Termometrenin Yükselmesi ve Alçalması

Temel Kavramlar

Bir termometrenin çalışma şekli bir sıvının ısıtılması ve soğutulması gibidir.
Isıtıldığı zaman termometredeki sıvı molekülleri daha hızlı hareket eder ve birbirlerinden biraz daha uzaklaşır. Bunun sonucunda termometre yükselir..
Soğutulduğu zaman termometredeki sıvı molekülleri yavaş hareket eder ve birbirlerine biraz daha yaklaşır. Bunun sonucunda termometre alçalır.

Özet

Öğrenciler termometre parçalarına yakından bakacaklar. Termometreyi sıcak ve soğuk suya koyduktan sonra termometre içindeki sıvının bir animasyon modelini izleyecekler. Daha sonra öğrenciler, soğuk suya ve sıcak suya yerleştirilmiş termometre moleküllerinin bir modelini çizecekler.

Amaç

Öğrenciler termometre içindeki sıvının soğutulduğunda alçalmasını, ısıtıldığında yükselmesini moleküler düzeyde açıklayabilecekler.

Değerlendirme

Öğrenci etkinlik sayfası indirin ve çoğaltıp öğrencilere dağıtın. Etkinlik sayfası, her biri 5E kuramı ders planının “Değerlendirme ” bileşeni olarak hizmet verecektir.

Güvenlik

Öğrencilerin gözlük taktıklarından emin olun.
Öğrenciler sıcak musluk suyunu tutarken çok dikkatli olmalılar.
Öğrenciler izopropil alkol kullanırken, Alkol üzerindeki uyarı etiketine bakmalı ve okumalılar.
İzopropil yanıcıdır (flammable). Alev ve kıvılcıma neden olan kaynaklardan uzak tutulmalıdır.

Her grup için malzemeler

Öğrenci termometresi
Büyüteç
Soğuk su
Sıcak su (yaklaşık 50 °C)

Malzemeler Hakkında Notlar

Öğrenci termometresini kırtasiye, okul ürünü satan market veya başka tedarikçilerden temin edebilirsiniz.

GİRİŞ – ENGAGE

Öğrencilerin termometre hakkındaki ön bilgilerini yoklayın

Öğrencilere bir termometre göstererek sorun:

Bir termometredeki sıvı ısıtılıp soğutulduğu zaman neden yükselip alçalır?

Öğrenciler bir termometre içindeki sıvının ısıtılıp soğutulmasının sıvıların molekül hareketleriyle ilgili olduğunu tahmin etmeliler. Moleküllerin ısıtıldıklarında daha hızlı hareket ettiğini ve birbirlerinden biraz daha uzaklaştığını, soğutulduklarında ise daha yavaş ve birbirlerine biraz daha yaklaştığını hatırlamalılar.

Öğrencilere açıklayın: Eğer bir sıvının ısıtılıp soğutulduğunda nasıl davrandığını anladıysanız, termometrenin nasıl çalıştığını da anlarsınız

Her öğrenciye etkinlik sayfası dağıtın

Öğrenciler etkinlik sayfasında deney hakkındaki soruları cevaplayacak ve gözlemlerini kaydedecekler. Etkinlik sayfasının “atom ve molekülleriyle birlikte” ve “Daha Fazlası” gibi ek kısımlarını talimatınıza bağlı olarak, sınıfça, grupça veya tek tek cevaplayacaklar.

Soruları ve cevapları bulmak için etkinlik sayfası öğretmen sürümüne bakın
KEŞFETME - EXPLORE

Bir termometredeki sıvının yükselip alçalmasının araştırılması için bir etkinlik yapılması

Araştırma Sorusu

Bir termometredeki sıvının yükselip alçalmasını ne sağlar?

Her grup için malzemeler
- Öğrenci termometresi
- Büyüteç
- Soğuk su
- Sıcak su (yaklaşık 50 °C)
Uygulama
1. Termometre parçalarına yakından bakılması
  1. Termometreye yakından bakın. İçerideki sıvı muhtemelen kırmızı boyalı bir alkol çeşididir.
  2. Kırmızı renkteki sıvının en üst noktası gözünüzle aynı seviyede olacak şekilde °C’deki sıcaklığı okuma alıştırması yapın. Sıcaklık nedir?
  3. Termometreye önden ve yan taraftan bakmak için büyüteç kullanın. Kırmızı sıvının bulunduğu ince boruya ve balona bakın.
  4. Başparmağınızı veya öteki parmaklarınızdan birini balona koyun ve bakın ince boru içindeki sıvı hareket halindedir.
2. Termometredeki kırmızı sıvının ısıtılıp soğutulmasının incelemesi
  1. Sıcak suya termometreyi yerleştirin ve kırmızı sıvıyı izleyin. Sıvı durana kadar bekleyin. Durduğunda °C’deki sıcaklığı kaydedin.
  2. Şimdi termometreyi soğuk suya yerleştirin. Kırmızı sıvı durana kadar bekleyin. Durduğunda °C’deki sıcaklığı kaydedin.
Beklenen Sonuçlar

Kırmızı sıvı sıcak suda yükselir ve soğuk suda alçalır. Öğrenciler sıvının bu şekilde nasıl hareket ettiğini gözlemleriyle ilişkilendirerek moleküler düzeyde bir açıklama fırsatı bulmuş olurlar.

Eğer vaktiniz olursa, aynı miktar sıcak ve soğuk suyu birbirine karıştırıp, bir termometre de bu karışıma koyarak bir deneme yapabilirsiniz.
Öğrencilerin gözlemlerini tartışması ve kaydetmesi

Etkinlikten sonra öğrencilere, etkinlik sayfasındaki soruları cevaplayarak gözlemlerini kaydetmeleri için zaman verin. Soruları cevaplama işlemi bittikten sonra bir bütün olarak gözlemleri tartışın.
1. Sıcak sıvılardaki moleküllerin hareket şekli hakkındaki bilgilerinize dayanarak, termometredeki sıvının neden ısıtıldığında yükseldiğini açıklayın.
2. Soğuk sıvılardaki moleküllerin hareket şekli hakkındaki bilgilerinize dayanarak, termometredeki sıvının neden soğutulduğunda alçaldığını açıklayın.
3. Sizce kırmızı sıvıyı içeren boru neden çok incedir?
4. Sizce borunun dış yüzeyinin geniş olmasındaki amaç nedir?
Isıttığınız zaman, termometredeki kırmızı sıvı molekülleri daha hızlı hareket etmeye başlar. Bu hareket, moleküllerin arasındaki mesafeyi biraz daha artırır ve moleküllerin birbirlerini çekmelerini azaltır. Boruda yukarıdan başka gidecek yer olmadığı için moleküller yukarı doğru hareket etmeye başlarlar. Böylece sıvı seviyesi yükselmiş görünür.

Termometre soğuk suya konulduğunda, moleküller yavaşlar ve birbirlerine yaklaşmaya başlarlar. Böylece sıvı seviyesinin azaldığı görülür.

Kırmızı sıvı çok ince bir boru içinde yer alır, çünkü sıvı hacminde oluşan çok küçük değişim gözle görülecektir.

Geniş dış borunun iki amacı vardır. Biri çok hassas olan iç boruyu korumak, diğeri kırmızı sıvıyı bir büyüteç gibi daha iyi görmemizi sağlamak.
AÇIKLAMA - EXPLAIN

Isıtılmış ve soğutulmuş termometre içindeki moleküllerin animasyon gösterimi

Not: Alkol molekülleri farklı atomlardan oluşur, ancak bu gösterilen animasyon modelinde alkol molekülleri şeklini basit kırmızı küreler temsil ediyor.

(Bir termometrenin ısıtılması ve soğutulması)

Termometre ısıtıldığında, moleküller daha hızlı hareket eder, birbirlerinden biraz daha uzaklaşır ve borudan yukarı çıkarlar. Tüp soğutulduğunda, moleküller daha yavaş hareket eder, birbirlerine biraz daha yaklaşır ve tüpten aşağıya iner. Öğrencilere, ısıtılmış ve soğutulmuş termometrelerin içindeki moleküllerin çekim kuvvetlerinin aynı kalıp kalmadığını anlamaları için yardımcı olun. Aradaki fark, ısıtıldığı zaman moleküllerin daha hızlı hareket etmesi birbirleri arasındaki rekabeti attırıp, moleküllerin biraz daha ayrılmasına ve borudan yukarı çıkmasına neden olur. Soğutulduğu zaman, hareket yavaşlar ve rekabet azalır ve böylece termometredeki moleküller birbirine yaklaşarak borudan aşağı iner.

Öğrencilere sorun:

Animasyonda moleküllerin ısıtıldığında biraz daha yayıldığını (genleştiğini) gördünüz. Sizce kırmızı sıvının bulunduğu boru daha geniş olsaydı termometre işe yarar mıydı?

Isıtıldığında moleküller her yöne yayılır. Geniş bir tüp olsaydı moleküller yukarıyla birlikte yan taraflara doğru da serbestçe yayılacaklardı. İnce tüpte, moleküller yan taraflara hareket edemedikleri için yukarı çıkarlar. Buda sıvının daha kolay görülmesine neden olur.
Öğrencilerin termometredeki sıvı moleküllerini temsil eden bir molekül modeli çizmesi

Çizim projesi (Termometredeki moleküller)

Çizimde, borudaki çizgi sıvı seviyesini göstermek için eklenmiştir. Gerçekte, bu çizgiler yoktur. “çizgi”de moleküllerden oluşur. Öğrenciler boru içinde çizilen çizgi seviyesine kadar molekülleri temsil eden daireler çizmelidir.

Öğrenciler etkinlik kâğıtlarına aşağıdaki şekli örnek alarak sıcak ve soğuk termometre içindeki sıvı moleküllerinin bir modelini çizsinler.

Sıcak Termometre resminde daha fazla “hareket çizgileri” ile rastgele çizilmiş daireler olmalıdır. Bu daireler, birbirlerinden soğuk termometredeki dairelerden biraz daha uzak olması gerekir.

Soğuk Termometre resminde daha az “hareket çizgileri” ile rastgele çizilmiş daireler olmalıdır. Bu daireler, birbirlerine sıcak termometredeki dairelerden biraz daha yakın olması gerekir.
DERİNLEŞTİRME – EXTEND

Aynı sıcaklıkta olmalarına rağmen farklı sıvılara sahip termometrelerin sıvı yüksekliklerinin farklı olma nedenini öğrencilerle tartışın

Çizim Projesi (Aynı sıcaklıkta farklı termometreler).

Öğrencilere, gösterilen resimde her yönüyle aynı olan iki termometrenin ve bu termometrelerin birinde cıva ve ötekisinde alkol olduğunu söyleyin. Her iki termometre 100 °C’de sıcak suya yerleştirilmiş ve alkol ve cıva seviyeleri gösterilmiştir.

Öğrencilere sorun:

Aynı sıcaklıkta olmalarına rağmen termometrelerdeki sıvılar nasıl farklı seviyelerde oldu?

İpucu: Alkol ve Cıvanın ikisi de sıvıdır fakat farklı atom ve moleküllerden oluşmuştur. Bir sıvıdaki taneciklerin hareket ve çekimleri hakkında bildiklerinizi kullanarak, termometredeki alkol ve cıva seviyelerinin neden farklı olduğunu açıklayın.

Her bir termometre içindeki sıvının seviyesi farklıdır. Temel nedeni, çeşitli maddelerin farklı özelliklere sahip olmasıdır. Alkolü oluşturan moleküller, cıvayı oluşturan atomlardan farklı olarak, birbirlerine farklı etkinliklere sahiptir. Bu nedenle, ısıtma ve soğutma yapıldığında boruda yükselme veya alçalma farklı mesafelerde olacaktır.

Sınıfça tartıştıktan sonra, öğrencilerin etkinlik sayfasındaki iki farklı termometre sorusunu cevaplamalarını isteyin.
DERİNLEŞTİRME- EXTEND

Eğer zamanınız ve malzemeniz olursa, öğrencilere kendi termometrelerini yapma fırsatı verin

Her grup için Malzemeler
- Deney tüpü (yaklaşık 20 mL)
- İzopropil alkol ( 91%)
- Küçük bardak
- 2 küçük tek kullanımlık su şişesi
- Gıda boyası (kırmızı)
- Parafilm
- İnce şeffaf pipet (bir damlalıktan veya Capri Sun® içecekten kesilmiş)
- Sıcak su (Yaklaşık 50 °C)
- Buzlu su
Öğretmen ön hazırlığı
- Her grup için küçük bir bardağa deney tüpünü tamamen doldurabilecek kadar İzopropil alkol koyun. Alkole 1 damla kırmızı renkte gıda boyası damlatın. Hafifçe çalkalayarak karıştırın.
- Makas kullanarak damlalığın son kısmındaki balonu kesin. Sonra “sap” kısmını keskin etmek için çapraz kesin. Bunun yerine Capri Sun® içeceğinin pipetini kullana bilirisiniz.
Uygulama
1. Dikkatlice deney tüpüne renklendirilmiş alkolü dökün, tüp tamamen dolmalıdır
2. Grup arkadaşınızın yardımıyla parafilm’den küçük bir parça alarak tüpün ağzını kapatın, iyice kapanmalıdır
3. Bir yandan sapı ve öteki elinizle parafilm’i tutun, dikkatli bir şekilde parafilm’in plastiğini delip sapı alkole batırın. Sapın ucu yaklaşık 3-4 santimetre dışarıda kalmalıdır. İşte bu termometredir.
4. Bir su şişesine yaklaşık ⅔ dolacak şekilde buzlu su koyun.
5. Başka bir şişeye yaklaşık ⅔ dolacak şekilde su koyması için öğretmeninizden sıcak su isteyin.
6. Dikkatlice deney tüpünü sıcak suya indirin. Yaklaşık 1 dakika boyunca plastik üzerindeki sapı izleyin.
7. Öğrencilerden sıcak deney tüpünün soğuk suya koyduklarında ne olacağını tahmin etmelerini isteyin.
8. Dikkatlice deney tüpünü soğuk suya indirin. Yaklaşık 1 dakika boyunca plastik üzerindeki sapı izleyin.
Termometreler hakkında öğrenci araştırması

Bir sıvıya enerji verildiğinde moleküllerin, hareketleri arttığını ve moleküllerin biraz daha genleştiklerini gördük. Böylece termometrede hareketin nasıl gerçekleştiğini öğrendik. Bir termometre ile sıcaklık değişiminin ölçülmesi bize bir maddenin ortalama enerjisi hakkında bilgi vermektedir. Şimdi öğrencilere, farklı türdeki termometre çeşitlerini, termometrenin tarihini ve termometrenin nasıl kalibre edildiğini (ölçme aletinin doğru sonuçlar verebilmesi için nasıl ayarlandığı) bulma fırsatı verin.