ניסוי לבית ספר יסודי - מהי ההשפעה של צבע התיבה על טמפרטורת האוויר שהיא מכילה

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫נושא‪ :‬אנרגית קרינה (אור)‪ -‬המרת אנרגיה‪ /‬כיתה‪ :‬ו'‬

‫מהי ההשפעה של צבע התיבה על טמפרטורת האוויר שהיא מכילה?‬

‫אתגר‬

‫ממדבר הקרח למדבר החול‬ ‫הבדואי מכין בגדים כהים מהעזים שהוא מגדל ואילו האסקימואי מכין בגדים בהירים מפרוות של‬ ‫אילים שהוא צד או מגדל‪ .‬לבדואי במדבר בגדים שחורים‪ .‬לאסקימואי במדבר הקרח בגדים לבנים‪.‬‬ ‫האם צבע הבגדים של כל אחד מתאים לדעתכם לתנאי הטמפרטורה בסביבת החיים ? כן‪ /‬לא נמק‬

‫מה נחקור?‬ ‫בניסוי זה נבחן את תופעת בליעת אור‪ ,‬באמצעות ניסוי הבודק את השפעת צבע התיבה (אחת‬ ‫בצבע לבן ואחת בצבע שחור) על טמפרטורת האוויר שהיא מכילה‪ .‬כל קבוצה תבחר תיבה בצבע‬ ‫אחר לניסוי ותעמיד את הניסוי בשיתוף קבוצה שנייה‪ .‬כך ננסה לגלות אם אכן לבוש בצבע שחור‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫מתאים לתנאי הטמפרטורה במדבר החול ואילו לבוש בצבע לבן מתאים לתנאי הטמפרטורה במדבר‬ ‫הקרח‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫● ‪ einstein™ Tablet‬או ‪einstein™ LabMate‬‬ ‫● ‪ 2‬מנורת שולחן ‪ 100‬וואט‬ ‫● ‪ 2‬קופסאות קרטון בממדים הבאים ‪ :‬אורך ‪ 28‬ס"מ‪ ,‬רוחב ‪16‬ס"מ‪ ,‬גובה ‪ 4‬ס"מ‪.‬‬ ‫● מסקינטייפ‬ ‫● סרגל‬ ‫● סכין יפנית לחיתוך ‪ -‬יעשה על ידי מבוגר בלבד‬ ‫● ‪ 2‬שקפים מפלסטיק‬ ‫● צבע גואש‪/‬אקרילי שחור‬ ‫● צבע גואש‪/‬אקרילי לבן‬ ‫● מברשת צבע‬ ‫* כללי בטיחות‪ :‬החיתוך בסכין יפנית יעשה על ידי מורה או מבוגר‬

‫העמדת הניסוי‬ ‫עבודה קבוצתית‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫‪ .1‬הפעילו את ‪ einstein™ Tablet‬או ‪ .einstein™ LabMate‬בהפעלת וחיבור ה‬ ‫‪ einstein™ LabMate‬יש לקשר את אוסף הנתונים לתוכנה ע"י חיבורית ה‪.bluetooth‬‬ ‫לפרטים נוספים יש להוריד את מדריך המשתמש​​מהאתר‪.‬‬ ‫‪ .2‬לחצו על תוכנת ה‪ MiLABEx -‬ועל הכפתור ‪ MiLABEx‬בעמוד הכניסה‬ ‫‪ .3‬הגדירו את מערך אוגר הנתונים‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫טמפרטורה‬ ‫‪ 1‬בשנייה‬

‫קצב הדגימה‪:‬‬ ‫משך הדגימה‪:‬‬

‫‪ 10‬דקות‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫שערו האם יהיה שינוי בטמפרטורת האוויר בתיבה הלבנה? האם יהיה שינוי בטמפרטורת האוויר‬ ‫בתיבה השחורה? האם יהיה שינוי בשתיהן? הסבירו‪.‬‬

‫ציירו את עקומת הגרף שהנכם משערים שתתקבל‪.‬‬

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫ביצוע הניסוי‬ ‫‪ .1‬צבעו תיבה אחת בצבע שחור (צבע אקרליק‪/‬שמן)‪ .‬הניחו לצבע להתייבש היטב‪.‬‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫‪ .2‬צבעו תיבה אחת בצבע לבן (צבע אקרליק‪/‬שמן)‪ .‬הניחו לצבע להתייבש היטב‪.‬‬ ‫‪ .3‬בכל אחת מן התיבות‪ :‬הלבנה והשחורה יש לחתוך מהפאה העליונה מלבן באורך של ‪ 12‬ס"מ‬ ‫ורוחב של ‪ 20‬סמ' (על מנת שנוכל לראות את טאבלט איינשטיין מבעד לתיבה)‪.‬‬ ‫‪ .4‬העזרו במבוגר או מורה על מנת לחתוך את המלבן‪.‬‬ ‫‪ .5‬הניחו את שקף הפלסטיק מתחת לפתח המלבן שחתכתם והדביקו עם מסקיטייפ עד לאטימת‬ ‫הצדדים‪.‬‬ ‫‪ .6‬הכניסו לכל אחת מן התיבות את ‪ einstein™ Tablet‬או ‪ einstein™ LabMate‬והצמידו‬ ‫אותו עם מסקינטייפ לדפנות התיבה כדי לקבע אותו‪.‬‬ ‫‪ .7‬הציבו כל מנורת שולחן במרכז כל תיבה בגובה של ‪ 4‬ס"מ מהשולחן ובמרחק של ‪ 20‬ס"מ מכל‬ ‫תיבה‪.‬‬ ‫‪ .8‬הדליקו את המנורות‪.‬‬ ‫) כדי להתחיל רישום של הנתונים‪.‬‬

‫‪ .9‬לחצו על התחל (‬

‫‪ .10‬סגרו את התיבות והעמידו כשהפאות ללא החיתוך פונות לכוון המנורות‪.‬‬ ‫‪ .11‬עקבו אחר שינויי הטמפרטורה של האוויר בכל תיבה המוצגים בגרף במשך ‪ 10‬דקות‪.‬‬ ‫‪ .12‬לחצו עצור (‬

‫)בתום הניסוי‪.‬‬

‫‪ .13‬לאחר שהתהליך הסתיים שמרו את הנתונים על‪-‬ידי לחיצה על צלמית שמור (‬ ‫הכלים העליון‪.‬‬ ‫‪ .14‬בצעו חזרות על המדידות (סעיפים ‪.)9-14‬‬

‫עיבוד נתונים‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫) בסרגל‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫עבודה קבוצתית‬ ‫‪ .1‬מהם הגורמים השווים בניסוי?‬ ‫‪ .2‬מהו הגורם השונה והמשפיע בניסוי?‬ ‫‪ .3‬מה הגורם המושפע בניסוי?‬ ‫‪ .4‬כמה חזרות ביצעתם? מדוע חשוב לבצע חזרות?‬ ‫‪ .5‬השלימו את הנתונים בטבלה עבור הגרף המייצג את צבע התיבה שבחרתם בניסוי‪:‬‬ ‫לבנה ‪ /‬שחורה‬ ‫● הקישו בגרף על הנקודה המציינת את הטמפרטורה ההתחלתית‪.‬‬ ‫● הקישו בגרף על הנקודה המציינת את הטמפרטורה הסופית‪.‬‬ ‫● מהו הפרש הטמפרטורה שהתקבל?‬ ‫‪ .6‬העלו את ממצאי הטבלה השיתופית ל‪ Google Doc-‬והשוו את הממצאים עם קבוצות אחרות‪.‬‬

‫מדידה ‪1‬‬

‫טמפרטורה‬ ‫התחלתית‬

‫טמפרטורה סופית‬

‫שחור‬ ‫לבן‬ ‫מדידה ‪2‬‬ ‫שחור‬ ‫לבן‬ ‫מדידה ‪3‬‬ ‫שחור‬ ‫לבן‬

‫תוצאות ומסקנות‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫הפרש טמפרטורות‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫צפו בממצאים שהעליתם לטבלה השיתופית ודונו בשאלות הבאות‪:‬‬ ‫דיון בכיתה‬ ‫המשגת התופעה‪:‬‬ ‫‪ .1‬באיזו תיבה טמפרטורת האוויר עלתה יותר ?‬ ‫‪ .2‬מדוע עלתה הטמפרטורה בתיבה זו?‬ ‫‪ .3‬איזו תכונה של אור מתגלה בניסוי הזה?‬ ‫‪ .4‬האם השערתם עלתה בקנה אחד עם תוצאות המדידה?‬

‫יישום‬ ‫‪ .1‬רשמו אילו תופעות הקשורות לאור מתרחשות כשמאירים על גופים אלה‪:‬‬

‫‪ .2‬חזרה לשאלת האתגר‪:‬‬ ‫"האם צבע הבגדים של כל האסקימואי והבדואי מתאים לדעתכם לתנאי הטמפרטורה‬ ‫בסביבת החיים"?‬ ‫העזרו בתוצאות הניסוי המדעי שערכתם כדי לנסח טיעון בו תמליצו איזה צבע בגדים‬ ‫מומלץ ללבוש בתנאי טמפרטורה של אקלים מדברי ובאקלים קוטבי ‪.‬‬

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫● חשבו על הסיבה של האסקימואי והבדואי לשימוש בחומרים הללו למרות שצבע הבגדים‬ ‫אינו מתאים לתנאי הטמפרטורה בסביבתם‪.‬‬

‫חקירת המשך‬ ‫‪ .1‬אספו מידע על מערכת טכנולוגית לחימום מים באמצעות אנרגית קרינה (אור)‪.‬‬ ‫‪ .1‬פרטו את הצורך במערכת כזו‪ ,‬מהי מטרתה ומהם מרכיבי המערכת הטכנולוגית‪.‬‬ ‫‪ .2‬תכננו ניסוי הבודק כיצד מסייעים קולטי שמש לחימום המים ? התייחסו לעוצמה וכוון‬ ‫הקרינה‪.‬‬

‫רקע מדעי‬ ‫השמש היא מקור אור טבעי הפולט אור‪ .‬לאור מכל מקור שהוא יש תכונות משותפות‪ :‬הוא נע בקווים‬ ‫ישרים במהירות הגדולה ביותר המוכרת בטבע (כ‪ 300,000-‬ק"מ בשניה)‪ .‬כאשר האור פוגע בגוף‬ ‫כלשהו מתקיימות בו זמנית תופעות של החזרת אור‪ ,‬שבירת אור ואו בליעת אור‪.‬‬ ‫העוצמה של תכונה כזו או אחרת מושפעת מתכונות החומר בו קרני האור נפגשות‪ .‬תכונות כגון‪:‬‬ ‫סוג החומר‪ ,‬העובי‪ ,‬הצורה‪ ,‬שטח הפנים של המשטח (חלק או מחוספס)‪ ,‬מידת השקיפות ועוד‪.‬‬ ‫הקשר בין החזרה ובליעה‪-‬‬ ‫כאשר מאירים גוף אטום כהה‪ ,‬הוא בולע את רוב האור הנופל עליו ומחזיר מעט ממנו‪.‬‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫גוף בהיר המואר באותה מידה‪ ,‬מחזיר את רוב האור הפוגע בו‪ .‬ובולע מעט ממנו‪.‬‬ ‫בליעת אור בצבע כהה וגלגול אנרגיה‪-‬‬ ‫מה קורה לאור שנבלע בתוך הגוף? אור הנבלע בתוך גוף מחמם אותו‪ .‬כלומר‪ ,‬אנרגית האור הופכת‬ ‫לאנרגית חום‪.‬‬ ‫מתוך מסמך ההתנסויות לכיתה ו'‬

‫רעיונות ודגשים ● אנרגיית קרינה (אור)‬ ‫● לאנרגיה מופעים שונים (סוגי אנרגיה)‬ ‫ציוני דרך ● בליעת אור‪ ,‬החזרת אור‪ :‬גוף כהה‪ ,‬גוף בהיר‬ ‫מיומנויות ● ניסוי– הוראה מפורשת‬ ‫● ניסוח שאלה או שאלת חקר‬ ‫● כגון‪ :‬מהו הקשר בין צבע הכלי וטמפרטורת המים שבכלי?‬ ‫● העלאת השערות מבוססות‬ ‫● הכרת מאפייני ההשערה (גורם משפיע וגורם מושפע)‬ ‫●‬

‫ביצוע ניסוי לאישוש או להפרכת ההשערה‬

‫●‬

‫ייצוג נתונים בטבלה ובתרשים‬

‫●‬

‫תיאור תוצאת הניסוי‬

‫●‬

‫הסקת מסקנות‬

‫ההתנסות‪ ● -‬תופעת בליעת אור‬ ‫הניסוי‪/‬התצפית‪/‬תהליך ● התנסות תלמידים‬ ‫טכנולוגי‪/‬דגם ● ציוד וחומרים‪ 2 :‬פחיות מלאות במים וצבועות האחת בלבן השנייה‬ ‫בשחור‪ ,‬מד טמפרטורה‪.‬‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫●‬

‫שני כלים זהים מלאים בכמות מים שווה בצבעים שונים (אחד‬

‫בהיר והשני בצבע כהה)‪.‬‬ ‫●‬

‫הנחת שני הכלים בשמש ומדידת טמפרטורה של המים בכלים‪.‬‬ ‫הסבר לתופעה‪ :‬טמפרטורת המים בתוך פחית הצבע הכהה עולה‬ ‫בגלל בליעה של רוב אנרגיית האור‬

‫הצעות למקורות ● מדע וטכנולוגיה לכתה ו' הוצאת רמות אוניברסיטת תל אביב עמודים‬ ‫תומכים‬ ‫‪183-201‬‬ ‫● מסע מדע ו' הוצאת כינרת עמודים ‪31-57‬‬ ‫●‬

‫מדע בעידן טכנולוגי חלק שישי ‪,‬הוצאת רכס עמודים ‪100-110‬‬

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬