Katılarda Taneciklerin hareketi

Temel Kavramlar

Bir katıda, atomlar birbirlerini çok çeker. Çekimleri çok güçlü olduğu için katı tanecikleri serbestçe hareket edemez ve konumları değişmez ancak titreşmeye devam ederler.
Katıların ısıtılması atomların hareketini arttırır.
Atom hareketindeki artış, atomların birbirlerinden biraz daha ayrılmasına ve atomlar arası çekimin biraz daha azalmasına neden olur.
Katıların soğutulması atomların hareketini azaltır.
Atom hareketindeki azalma, atomların birbirlerine biraz daha yaklaşmasına ve atomlar arası çekimin biraz daha artmasına neden olur.

Özet

Öğrenciler ısıtmanın atomların genleşmesine neden olduğunu görecekler, bu nedenle bir metal topu ve halkayı ısıtma deneyi yapacaklar. Ayrıca bir katının soğutulmasıyla atomların birbirlerine biraz daha yaklaştığını görecekler. Sıvılar için geçerli olan kuralların aynıları katılar içinde geçerli olduğunu keşfedecekler.

Amaç

Öğrenciler kendi gözlemlerine dayanarak, ısıtma ve soğutmanın katılardaki atom hareketine yaptığı etkiyi 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 taktığından emin olun.

Gösteri için malzemeler

Gösteri için özel tasarlanmış top ve halka
Topu ısıtmak için Bunsen beki
Oda sıcaklığında su (topu soğutmak için)

Malzemeler hakkında notlar

Metal top ve halka fen eğitimi malzemeleri satan dükkânlarda veya başka tedarikçilerde bulabilirsiniz.

Ders hakkında

Bu dersimizde kullandığımız katı bir metaldir. Metaller, 1–3 dersimizde öğrendiğimiz alkol ve su moleküllerinden farklı olarak birbirlerinden ayrı atomlardan oluşur. Atom ve moleküller birbirlerinden farklı olmasına rağmen, moleküllerde kullandığımız küre ve daireler, aynı şekilde atomları da temsil edecektir. Bu semboller, ısıtma ve soğutma esnasında öğrencilerin tanecik hareketlerine ve düzenine odaklanmalarını sağlayacaktır.

GİRİŞ - ENGAGE

Sıvılardaki moleküller hakkında ne yaptığınızı özetleyin ve katılar içinde aynı olayların olup olmadığını tartışın

Öğrencilere Sorun:

Bir sıvıdaki moleküller hakkında ne biliyorsunuz?

Öğrenciler sıvılardaki moleküllerin birbirlerini çektiğini ve her birinin hareket ettiğini anlamış olmalılar.

Bir sıvıda ısıtma ve soğutma moleküllerin hızına ve aralarındaki mesafeye nasıl etki etmektedir?

Isıtıldığında moleküllerin hızları ve hareketleri artarken soğutulduklarında hızları ve hareketleri yavaşlar. Hızlı moleküller birbirlerinden biraz daha uzaklaşır ve yavaş moleküller birbirlerine biraz daha yaklaşır.

Katılar ile ilgili öğrencilere sorular sorun:

Sizce bir katı içindeki atomlar birbirlerini çeker mi?

Öğrenciler büyük ihtimalle, katı atomlarının birbirlerini çektiğini söyleyeceklerdir. Bu katıların nasıl bir arada kaldığını cevaplar.

Sizce bir katının ısıtılması ve soğutulması atomların hareketine nasıl etki etmektedir?

Eğer bir katı ısıtılırsa atomlar daha hızlı hareket edecek ve birbirlerinden biraz daha ayrılmış olacak. Eğer katılar soğutulursa atomlar biraz daha yavaşlayacak ve birbirlerine biraz daha yaklaşacak.
Katılarda ve sıvılardaki molekül ve atomların karşılaştırılmasının animasyon gösterimi

Öğrencilere açıklayın: Metallerdeki atomlardan dolayı, katı taneciklerini küçük toplar temsil etmektedir. Atom ve moleküller birbirlerinden farklı olmasına rağmen yapıların her ikisi için de aynı basit yapı kullanılmaktadır. Öğrenciler bu bölümde atom ve molekülleri simgeleyen küre ve daireler kullanacaklar, fakat daha sonra daha ayrıntılı bir model kullanılacaktır. Şuan için moleküllerin hareketine, birbirlerine etkilerine ve aralarındaki mesafeye odaklanmalılar.

Moleküler Animasyon modeli (Katı Tanecikleri)

Katılarda;
- Tanecikler (atom ve moleküller) birbirlerini çeker.
- Tanecikler (atom ve moleküller) titreşir fakat sabit bir pozisyonda kalırlar
- Belli bir şekilleri vardır.
Moleküler animasyon modeli (Sıvı ve katıları karşılaştırma)

Atom ve moleküllerin hareketindeki farkları gösteren her iki sekmeye tıkladığınızdan emin olun.
- Sıvı molekülleri birbirlerini çeker, serbestçe dolaştıkları için öteleme hareketi yaparlar.
- Katı atomları birbirlerini çeker, öteleme hareketi yapmazlar ancak titreşirler.
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

Isıtıldığında genişleyen soğutulduğunda daralan metal katısıyla ilgili bir gösteri deneyinin yapılması

Ders 2 ‘de bir sıvıyı ısıttığımızda moleküllerin hızlı hareket ettiğini görmeniz, katı tanecikleri için zordur. Fakat özel üretilmiş top ve levhaya sahipseniz, ısıtıldığı zaman metallerin genleştiğini gösterebilirsiniz. Bu ucuz bir alettir. Metal halka ile çubuğu ve metal top ile çubuğundan oluşan bu alet, fen eğitimi malzemeleri satan şirketler tarafından üretilmektedir. Oda sıcaklığında top halkadan zar zor geçer. Top yeterince ısıtıldığında, halkadan geçmez. Eğer aletiniz yoksa bir top metalin ısıtılıp ve soğutulması başlığı altında bir gösteri videosu izletebilirsiniz.

Moleküler animasyon modeli (bir metal topun ısıtılıp soğutulması).

Araştırma sorusu

Isıtma ve soğutmanın bir katıya etkisi nasıldır?

Gösteri için Malzemeler
- Gösteri için özel tasarlanmış top ve halka
- Topu ısıtmak için Bunsen beki
- Oda sıcaklığında su (topu soğutmak için)
Uygulama
1. Metal topu ısıtmak
  1. Bir elinizle topu ve öteki elinizle halkayı tutun. Topun halkadan geçip geçmediğini öğrencilere gösterin.
  2. Bir busen beki ateşi üzerinde metal topu 1–2 dakika boyunca ısıtın
  3. Topu tekrardan metal halkadan geçirmeyi deneyin
  Beklenen Sonuçlar
  
  Top halkaya sığmayacak
  
  Öğrencilere Sorun:
  
  Top neden halkaya sığmaz?
  
  Öğrencilerin metal toptaki atomların hızlarının arttığı, bu artışla, atomların birbirlerinden biraz daha uzaklaştığını ve atomlar arası çekimin biraz daha azaldığı sonucunu çıkarması gerekir. Topun halkaya sığmayacak kadar büyük olmasının nedeni de budur.
  
  Öğrenciler topun genişlediğini (genleştiğini) gördüklerinde, atomların genleştiğini de düşünebilirler. Atomların genleşmediğini sıvı moleküllerdeki olayların katı atomları içinde geçerli olduğunu söyleyin. Isıtmayla molekülerin hareketi artar, buda atomların biraz daha uzaklaşmasına neden olur.
2. Metal topu Soğutmak
  
  Öğrencilere sorun:
  
  Metal topa ne yapalım ki tekrar halkaya sığsın?
  
  Öğrenciler topu soğutmayı düşünmeliler.
  1. Topu oda sıcaklığındaki suya batırın.
  2. Topu metal halkaya itin
  Beklenen Sonuçlar
  
  Top halkaya sığacak
  
  Öğrencilere Sorun:
  
  Top halkadan neden geçti?
  
  Öğrencilerin, atomların yavaşladığını, birbirlerine biraz daha yaklaştığını, böylece topun halkadan sığabilecek küçüklüğe ulaştığını anlamaları gerekir.
AÇIKLAMA - EXPLAIN

Isıtma ve soğutma ile metal toptaki atomlara ne olduğunu bir animasyonla gösterin ve açıklayın

Moleküler animasyon modeli (Bir katının ısıtılması ve soğutulması)

Bir metal ısıtıldığında, atomlar biraz daha hızlı hareket eder ve birbirlerinden çok az miktarda ayrılırlar. Buda ısınmış metal topun genişlemesine ve halkaya sığmamasına neden olur.

Bir metal soğutulduğunda, atomlar biraz daha yavaşlar hareket eder ve birbirlerine biraz daha yaklaşırlar. Buda soğumuş metal topun küçülmesine ve halkadan geçmesine neden olur.

Öğrencilere,etkinlik kâğıdındaki ısıtılmış ve soğutulmuş metal top hakkındaki soruları cevaplamaları için zaman tanıyın.

Görüntü yansıtma (oda sıcaklığındaki metal toptaki moleküller)

Öğrencilerin oda sıcaklığında ve ısıtıldıktan sonra toptaki atomları simgeleyen daireler çizmesine yardım edin ve her resimde atomların hızını ve mesafesini anlatan başlık yazmaları gerektiğini söyleyin.
DERİNLEŞTİRME – EXTEND

Öğrencilerin ısıtılmış ve soğutulmuş katılar hakkında öğrendiklerini kullanarak köprülerin neden esnek bağlantılara sahip olduklarını açıklaması

Öğrencilere bir köprüdeki yolda esnek bağlantıların olduğunu gösteren bir resim gösterin. Köprü yüzeyinin, köprünün her iki tarafında bulunan yoldan kışın daha soğuk ve yazın daha sıcak olduğunu söyleyin. Köprü yazın sıcak havaya ve kışın soğuk havaya maruz kalır ve ayrıca köprü altındaki zemin ısıyı karşı izole edilmemiştir. (İzole: geçirgenliği engellenmiş)

Öğrencilere sorun:

Isıtma ve soğutma olduğunda katı hareketlerinin nasıl olduğu hakkında ki bilgilerinizi kullanarak, sizce neden köprü üzerindeki yola esnek bağlantılar bağlanmıştır?

Köprü çevresinde arazi daha sıcak olduğunda, köprü genleşme yapar, köprü çevresindeki arazi soğuk olduğunda, köprü daralır.

Bu konuyu sınıfça tartıştıktan sonra, öğrencilerin etkinlik kâğıdındaki. “esnek köprü bağlantısı” sorusunu cevaplamaları için izin verin.