Hava, Gerçekte Var

Temel Kavramlar

Bir gazda, taneciklerin (atom ve moleküler) birbirlerini çekmeleri zayıftır. Çekimleri küçük olduğu için gaz tanecikleri serbestçe hareket edebilir.
Gaz tanecikleri çok daha fazla yayılırlar. Sıvı ve katı taneciklere kıyasla daha bağımsız hareket ederler.
Bir maddenin belli bir sıcaklıkta katı, sıvı ve gaz olup olmadığı, bu sıcaklıktaki taneciklerin hareketleri arasındaki uyuma ve birbirlerine uyguladığı çekim kuvvetlerinin nasıl olduğuna bağlıdır.
Bir gazın ısıtılması, moleküllerin hızlarını artırır
Bir gazın soğutulması, moleküllerin hızlarını azaltır.

Özet

Öğrenciler bir basketbol topunun inik ve şişik olduğu haldeki kütlesini karşılaştıracaklar. Şişirilmiş top daha büyük bir kütleye sahip olduğunu görecekler. Böylece, “kütlesi var ve yer kaplıyor, o halde gaz bir maddedir” sonucuna varacaklar. Daha sonra öğrenciler ısıtma ve soğutmanın gazdaki molekül hareketlerini nasıl etkilediğini görecekler. Bir şişe ağzını deterjan çözeltisine daldırıp, ısıtma ve soğutma yaptıklarında büyüyen ve küçülen kabarcıklar görecekler. Gaz tanecikleri arasındaki çekimlerin sıvı ya da katı tanecikleri arasındaki çekimlerden daha zayıf olduğunu öğrenecekler.

Amaç

Öğrenciler gazın madde olduğunu tanımlayacaklar ve ısıtma ve soğutmanın bir gazın molekül hareketine etkisini 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 dikkat etmeliler.

Her grup için malzemeler

2 şeffaf plastik bardak
Plastik şişe
Bir kapta deterjan çözeltisi
Sıcak su (yaklaşık 50 °C)
Soğuk su

Gösteri için malzemeler

Basketbol topu, çok inik
Gram cinsinden terazi
Pompa
Basınçlı gaz tüpü (herhangi bir dükkândan bulabilirsiniz)

GİRİŞ - ENGAGE

Gazın madde olup olmadığının tartışılması

Gazlar hakkında öğrencilere sorular sorun:

Gazlar, mesela havadaki gazlar, madde midir?

Öğrenciler gazların madde olup olmadığı hakkında sorulara sahip olabilir ve ayrıca hepsi gazların ne olduğuna dair çok belirsiz duygulara sahip olabilirler. Etrafımızda havanın bazı farklı gazlardan (nitrojen, oksijen, karbondioksit, su buharı) oluştuğunu ve miktarlarının birbirlerinden farklı olduğunu açıklayın. Öğrencilere gazların moleküllerden oluştuğunu fakat bu moleküllerin sıvı ve katı moleküllerinden çok daha uzakta olduğunu söyleyin. Bir gaz molekülü yer kapladığı ve bir kütleye sahip olduğu için maddedir.

Eğer öğrenciler, gazların moleküllerden oluştuğunu anlamış ve kabullenmişlerse, düşünmeleri için bazı sayılar vererek onlara yardımcı olabilirsiniz. Sayılar büyük olmasına rağmen kavramak zor olabilir. Ancak, en azından öğrenciler gazların kesinlikle bir şeylerden oluştuğunu, hacminin ve kütlesinin olduğu fikrine alışmış olacaklar. Bir standart plaj topu büyüklüğündeki havada yaklaşık 6 ×10²³ gaz molekülü vardır. Bu da yaklaşık 600 seksilyon molekül demektir.

Öğrenciler, gazların kütlesinin olduğunu hayal etmede zorlanabilirler. Gazlar balon veya plaj topuna konulduğunda (şişirildiğinde), balon veya plaj topunun daha hafif olduğunu düşünebilirler. Aslında, bir balon veya plaj topuna havayı eklediğimizde biraz daha ağırlaşır. Daha hafif görünmesinin sebebi, daha küçük bir kütleye sahip olduğu için değil, şişirilirken hacminin daha çok artmasıdır. Kütlesindeki küçük artış ile hacmindeki büyük artış, balon veya plaj topunun yoğunluğunu (öz kütlesini) daha az yapar. Bu nedenle şişirildiğinde daha hafif görünür. Bölüm 3’te yoğunluk konusu işlendiğinde öğrenciler bunu daha iyi anlayacaklar.
Gazların bir kütleye sahip olduğunun gösterilmesi için bir gösteri yapılması

Her iki gösteri deneyi için gram cinsinden ölçüm yapan bir teraziye ihtiyacınız olacaktır. Eğer bu tip bir terazininiz yoksa her iki gösteri için aşağıdaki videoları izletebilirsiniz.

Basketbol topundaki havanın kütlesi ve Bir tüpdeki havanın kütlesi.

Gösteri için malzemeler
- Basketbol topu, çok inik
- Gram cinsinden terazi
- Pompa
- Basınçlı gaz tüpü ( herhangi bir dükkândan bulabilirsiniz)
Uygulama
1. Basketbol topu
  1. Başlangıç kütlesini bulmak için inik topu terazinin üzerine yerleştirin
  2. Öğrencilere sorun, “eğer topa hava pompaladığımızda ağırlığı artacak mı yoksa azalacak mı” ?
  3. Topa hava pompaladıktan sonra topu terazinin üzerine tekrar yerleştirin.
2. Basınçlı gaz tüpü
  1. Bir teraziye basınçlı gaz tüpünü koyup ağırlığını kontrol edin
  2. Öğrencilere sorun “Tetiğe basıp gazı dışarı çıkardığımızda tüpün ağırlığı artar mı, azalır mı yoksa aynı mı kalır” ?
  3. Birkaç saniye tüpün havasını boşalttıktan sonra tekrardan terazide tartın.
Beklenen Sonuçlar

Şişirilmiş top, inik toptan 2-4 gram daha ağır olması gerekir. Havası alınmış tüp, başlangıçtaki tüpten birkaç gram daha hafif olması gerekir.
Gaz moleküllerinin animasyon gösterimi

Moleküler animasyon modeli (Gaz tanecikleri)

Öğrencilere açıklayın: Gaz molekülleri birbirleriyle biraz etkileşim içindedir, birbirlerini çok az çeker ve birbirlerine çarparak geriye dönerler. Öğrencilerin kabullenmesi zor olabilir, ancak, gaz molekülleri arasındaki boşlukta hiçbir şey yoktur.

Not: Meraklı bir öğrenci sorabilir: gaz molekülleri birbirlerini çekmiyor sadece etrafta uçuşuyor ise, neden dünyadan uçup gitmiyorlar? Bu çok iyi bir soru. Aslında helyum ve hidrojen gibi çok hafif gazlar uçup gidiyor ve uzayda bu gazlardan çok var. Nitrojen, oksijen, su buharı ve karbondioksit gibi farklı ağır gazlar ise dünyayı sarıyor. Atmosferimiz olarak adlandırdığımız dünya saran bu gazları "yerçekimi" tutuyor. Yerçekimi bir an için olmasa kinetik enerjileri nedeniyle atmosferdeki tüm gazlar uzaya yayılır ve atmosfer diye bir şey kalmazdı.

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

Isıtma ve soğutmanın gazları nasıl etkilediğinin öğrenilmesi için bir etkinlik yapılması

Araştırma sorusu

Isıtma ve soğutma gazları nasıl etkiler?

Her grup için malzemeler
- 2 şeffaf plastik bardak
- Plastik şişe
- Bir kapta deterjan çözeltisi
- Sıcak su (yaklaşık 50 °C)
- Soğuk su
Öğretmen hazırlık

Tüm sınıfa deterjan çözeltisi hazırlamak için ½ bardak suya 4 çay kaşığı şeker ve 4 çay kaşığı bulaşık deterjanı ekleyin. Deterjan ve şeker çözünene kadar yavaşça karıştırın. Her grubun geniş şeffaf plastik bardağına 1 çorba kaşığı deterjan çözeltisi ekleyin.

Uygulama
1. Şişe içindeki havayı ısıtma
  1. ½(yarısı)’na kadar boş bir bardağa sıcak su doldurun.
  2. Şişenin ağzını kaplayan bir tabaka olması için şişeyi ters çevirip deterjan çözeltisine koyun.
  3. Şişeyi tutarak, yavaşça altına sıcak suyu itin.
  Öğrencilere Sorun:
  
  Balonu aşağı indirmek için ne yapmalıyız?
  
  Öğrencilerin bir gazın ısıtılmasıyla molekül hızlarının artacağını hatırlayıp, baloncukların daha çok oluştuğu cevabını bulmalı ve şişedeki gazın soğutulması gerektiğini düşünmeliler. Bunun için şişe tabanını soğuk suya koyabilirler.
2. Şişe içindeki havayı soğutma
  1. ½(yarısı)’na kadar boş bir bardağa sıcak su doldurun.
  2. Eğer şişe ağzında bir balon oluşmamışsa, şişeyi tekrardan deterjan çözeltisine koyduktan sonra sıcak suya yerleştirin.
  3. Eğer şişe ağzında bir balon oluşmuşsa şişeyi tutarak yavaşça soğuk suya yerleştirin
Beklenen sonuçlar

Şişeyi sıcak suya yerleştirdiğinizde şişenin ağzında bir baloncuk oluşur. Şişeyi soğuk suya yerleştirdiğinizde, baloncuk küçülür ve şişenin içine doğru çöker.
Gözlemleri tartışma ve kaydetme

Etkinlikten sonra öğrencilere, etkinlik sayfasındakisoruları cevaplayarak gözlemlerini kaydetmeleri için zaman verin. Soruları cevaplama işlemi bittikten sonra bir bütün olarak gözlemleri tartışın.

Şişeyi sıcak suya yerleştirdiğinizde şişe ağzındaki sabunlu tabakaya ne oldu?

Tabaka yükselerek bir balon oluşturdu.

Şişeyi soğuk suya yerleştirdiğinizde şişe ağzındaki tabakaya ne oldu?

Tabaka alçalarak şişenin içine çöktü.

Öğrencilere şişedeki hava ısıtıldığı ve soğutulduğu zaman balonun büyüme ve küçülmesine sebep olan olayı açıklamak için bir animasyon göstereceğinizi söyleyin.
AÇIKLAMA - EXPLAIN

Isıtma ve soğutma ile oluşan balonun animasyon gösterimi

Bir şişedeki gazın ısıtılması ve soğutulması

Öğrencilere açıklayın: Kırmızı oklar dış hava basıncını temsil etmektedir. Şişedeki hava ısıtılırsa moleküller daha hızlı hareket etmeye başlar ve hızlı hareket eden bu moleküller şişenin kenarlarına ve şişe ağzındaki tabakaya sert ve sık çarpmaya başlar. Şişedeki moleküller, dışarıdaki hava moleküllerine daha fazla basınç uyguladığı için şişe ağzındaki tabakayı iter. Bu tabaka yukarı çıkarak bir balon şeklini alır.

Şişedeki hava soğutulursa moleküller daha yavaş hareket etmeye başlar. Yavaş hareket eden bu moleküller şişenin kenarına daha seyrek ve daha yumuşak çarpmaya başlar. Bu sefer dışarıdaki hava molekülleri, şişedeki moleküllere daha fazla basınç uygular ve tabakayı itmeye başlar. Böylece şişe ağzındaki tabaka aşağı iner (içeriye girer).
Öğrencilerin etkinlik sayfasındaki balonun küçülüp büyümesiyle ilgili soruları cevaplaması

Öğrencilere etkinlik sayfasındaki soruları sayfada bulunan çizimi göz önünde bulundurarak cevaplamaları için zaman verin.

Bu dersin sonunda öğretmen arkaplan ekinde katı ve sıvıların genleşmesi ve daralması hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

Şişeyi sıcak suya yerleştirdiğinizde baloncuk oluşmasının nedeni nedir? (Dışarıdaki hava basıncı ve şişedeki moleküllerin hızları hakkında bir açıklama olmalıdır.)

Şişe içindeki hava ısıtıldığı zaman, moleküller daha hızlı hareket etmeye başlayacak ve dışarıdaki havayı daha fazla itecektir. Böylece baloncuk oluşacaktır.

Şişeyi soğuk suya yerleştirdiğinizde baloncuğun küçülmesinin nedeni nedir? (Dışarıdaki hava basıncı ve şişedeki moleküllerin hızları hakkında bir açıklama olmalıdır.)

Şişe içindeki hava soğutulduğu zaman, moleküller daha yavaş hareket etmeye başlayacak ve dışarıdaki havayı itemeyecektir. Dışarıdaki hava baloncuğu ittiği için, baloncuk aşağı çökecektir.
Öğrencilerin Katı, Sıvı ve Gaz moleküllerini karşılaştırması

Moleküler Animasyon modeli (katılar, sıvılar ve gazların karşılaştırılması)

Öğrencilere oda sıcaklığında üç farklı maddenin moleküler yapısını gösterin. Sıvı olmak için katı erimez, gaz olmak için sıvı buharlaşmaz. Bu modelde maddelerin hal değişimlerini karşılaştırmıyoruz. Sadece oda sıcaklığında maddelerin katı (metal), sıvı (su), ve gaz (hava) halde bulunabileceklerinden söz etmekteyiz.

Öğrencilere aşağıdaki farkları açıklayın:

Katı

Tanecikleri (atomlar veya moleküller) birbirlerini çok çeker. Katılar titreşir ancak hareket etmezler. Atom veya molekülleri birbirlerini çok kuvvetli çektikleri için sabit bir pozisyonda kalırlar. Bir katı belirli bir hacme ve belirli bir şekle sahiptir.

Sıvı

Tanecikleri (atomlar ve moleküller) birbirlerini çeker. Sıvılar titreşir ve kayma (öteleme) hareketi yaparlar. Belirli bir hacme sahip ancak belirli bir şekle sahip değillerdir.

Gaz

Tanecikleri (atomlar veya moleküller) birbirlerini çok çekmez ve serbestçe hareket ederler. Bir gazın hacmi ve şekli yoktur. Atom ve moleküller konuldukları kapta eşit şekilde yayılır.

Öteleme (dağılma) hareketi: bir nesnenin bir yerden bir yere belirli bir doğrultu ve yönde (sağ, sol, yukarı, aşağı) yönde yaptığı harekettir.

Öğrencilerin bir katı veya sıvı moleküllerinin arasındaki mesafenin gaz molekülleriyle kıyaslamaları için aşağıdaki örneği kullanabilirsiniz:
- Bir gaz molekülünü oluştur an moleküller bir sıvı veya katı moleküllerine göre yaklaşık 1000 kat daha uzaktadır. Oda sıcaklığındaki bir gaz molekülü yaklaşık olarak saatte 1000 mil (1.609.344 km/h) (bu çok kısa mesafeler için) hareket ederken, güneşten gelen enerjiyi aldıktan sonra yaklaşık 1600 km/h’lik (994,24 mil/h) bir süratle yukarıya doğru hareket eder.
Görüntü yansıtma (Katı, Sıvı ve Gaz)

Öğrencilere açıklayın: Etkinlik sayfasına yukarıdaki örneğe bakarak katı, sıvı ve gaz moleküllerini temsil eden bir model çizecekler. Katı, sıvı ve gazlarda “hareket çizgisi” sayısının aynıdır. Bu, farklı maddelerin aynı sıcaklıkta olduklarını gösteriyor. Öğrenciler çizimlerini tamamladıktan sonra katı, sıvı ve gaz moleküllerinin birbirlerine olan çekimi, şekilleri ve hareketleri hakkında aşağıda belirtilen şekilde yazılar yazmalılar.
- Katı
  - Tanecikler birbirlerini çok kuvvetli çeker
  - Sabit pozisyonda sadece titreşim hareketi yapar
  - Birbirlerine yakın dizilirler
  - Belirli bir şekli ve hacmi vardır
- Sıvı
  - Tanecikler birbirlerini çeker
  - Dağınık halde öteleme, dönme, titreşim hareketi yapar
  - Rastgele sıralanırlar
  - Belirli hacmi var fakat şekli yoktur
- Gaz
  - Tanecikler birbirlerini çok az çeker
  - Serbest halde öteleme, dönme, titreşim hareketi yapar
  - Bağımsızdırlar
  - Belirli hacmi ve şekli yoktur
DERİNLEŞTİRME - EXTEND

Öğrencilerin öğrendiklerini kullanarak bir balonun ısıtıldığında neden yükseldiğini açıklaması

Öğrencilere düşünmeleri için aşağıdaki hikâyeyi anlatın:

Yaz aylarında bir parti eşyası satan mağazada çalıştığınızı düşünün. Akşam olduğunda mağaza müdürüyle birlikte evinize gitmek için müdürün gün boyunca sıcak güneş altında kalan arabasına biniyorsunuz. Müdür size yaklaşan yıl dönümlerinde karısını mutlu etmek için evine büyük bir balon demeti almak istediğini fakat balonları arabasına koymaktan korktuğunu söylüyor. Sizce neden müdür balonları arabasına almaktan korkuyor? Bir gaz molekülünün ısıtılması hakkındaki bilginizi kullanarak cevaplamaya çalışın.

Öğrencilere ipucu vermek istiyorsanız “gaz moleküllerinin ısıtılması” animasyonunu gösterebilirsiniz.

Müdür arabadaki sıcaklığın balondaki moleküllerin daha hızlı hareket etmesine ve balon içindeki yüzeye sert çarparak balonun patlamasına neden olacağından korkuyor.