Vă propunem astăzi altă activitate amuzantă și instructivă, de iarnă, pentru copiii sau elevii voștri, o activitate care mie îmi aduce aminte de copilărie. Țin minte din anii de școală primară, verile în care ne distram făcând înghețată în curtea casei noastre. Pe vremea aceea înghețata nu se găsea ca acum pe toate drumurile, divers ambalată. O găseai doar la tonete cu înghețată la cornet, la cofetărie sau, mai rar, o făceai acasă, în niște aparate destul de voluminoase, asemănătoare cu storcătoarele de struguri, dar având în mijloc un recipient în care gospodina turna compoziția de înghețată. Mama ne făcea o mare varietate de înghețate pentru a ne delecta și a ne ajuta să luptăm cu căldurile mari ale verii din oraș. Treaba noastră de copii era să mergem până la magazinul de gheață, să luăm un calup mare de greață, pe care să o spargem în bucăți mici pe care le puneam în butoiașul de lemn din jurul recipientului și să învârtim manivela care rotea recipientul în gheață până ce compoziția se transforma în înghețată. Iar mama ne spunea întotdeauna – ”Fetelor, nu uitați să puneți sare în gheață!” Prima dată am întrebat-o intrigate – ” de ce să punem sare?” Iar ea ne-a răspuns – ”Să se facă mai repede înghețata”.

Iată mai jos și explicația științifică, precum și un model de activitate experimentală pe care o puteți face cu elevii în clasă sau cu copiii acasă.

Proiectele de transfer de căldură sunt o alegere foarte interesantă și angajantă pentru următoarele tale activități din domeniul STEM (știință, tehnologie, inginerie, matematică). Copiii iubesc contactul cu natura din aceste proiecte. În plus, ele oferă o mulțime de abilități practice de viață. Cum ar fi aceea de a construi un încălzitor solar natural sau cum să încetinești pierderea de căldură, sau cum să faci un sorbet de fructe cu ajutorul științei *

* https://www.steampoweredfamily.com/activities/sweet-slurpee-science-activity-for-kids/

Știința transferului de căldură & Definiții

Înainte de a sări într-o grămadă de proiecte de transfer de căldură este o idee bună să vorbiți despre știința din spatele acestor experimente.

Energia căldurii este denumită deseori energie termală. Energia termală este prezentă în moleculele unui obiect. Când un obiect este fierbinte moleculele au multă energie și se mișcă repede. Când un obiect este rece, moleculele au puțină energie și se mișcă încet.

Un lucru de ținut minte este că, cu cât moleculele se mișcă mai repede, cu atât mai mult au nevoie spațiu. Experimentul Strivește sticla (pe care vi l-a prezentat în alt articol – https://creeracord.com/2017/12/18/striveste-o-sticla-cu-mintea-ta-si-cu-stiinta/) este un mod fantastic de a demonstra principiul.

Înțelegerea transferului de căldură

Cea de a doua Lege a Termodinamicii declară că căldura se va mișca întotdeauna de la un obiect fierbinte către un obiect mai rece. Transferul de căldură este mișcarea energiei termale de la un obiect la altul sau între un obiect și împrejurimile sale. Energia termală va lucra întotdeauna către o stare de balans sau echilibru. Aceasta este cunoscut ca echilibrul termal, unde două obiecte sau un obiect și împrejurimile sale ating același nivel de energie a căldurii (energie termală).

Diferența dintre căldură și temperatură

Este important ca elevii să nu confunde căldura cu temperatura. Căldura se referă la energia prezentă în moleculele unui obiect Heat refers to the energy present in the molecules of an object (ilustrați/personificați cât de repede se mișcă aceste molecule). Căldura este afectată de viteza particulelor, de numărul particulelor (incluzând mărimea sau masa lor) și de tipul particulelor. Temperatura este o măsură a mediei energiei cinetice a moleculelor dintr-un obiect și nu este afectată de numărul sau dimensiunea moleculelor. Căldura și temperatura sunt în directă relație una cu alta, dar nu același lucru.

Ilustrați o cană aburindă de cafea, apoi ilustrația o cadă de baie umplută cu aceeași cafea aburindă. Temperatura este aceeași, dar energia termală este mai mare în cadă deoarece acolo este mai multă cafea.

Pe scurt, căldura este energie. Temperatura este o măsurătoare a acelei energii.

Așa că, cu aceste proiecte de transfer de căldură noi explorăm transferul de energie, cu temperatura fiind o metodă comodă de măsurare și cuantificare a rezultatelor.

Activitate STEM de iarnă – Explorând efectul sării asupra gheții

E rece afară. Cu adevărat rece. La noi astăzi temperatura a ajuns la -40 de grade cu un vânt rece. Așa că, ce ar trebuie să facem când afară îngheață? Desigur, o activitate STEM de iarnă! Anume noi am decis să testăm efectul sării asupra gheții. Rezultatele noastre au fost interesante și din experimentele noastre au rezultat câteva descoperiri interesante. Asta e ceva ce noi iubim în activitățile noastre STEM.

Acum câțiva ani, guvernul nostru a început să amestece sare în nisipul pe care îl pune pe drumurile noastre. Noi am știut imediat deoarece sarea albă s-a lipit de mașinile noastre și s-a prelins pe podeaua garajului. Dar de ce este acestă sărare a drumurilor un lucru bun? Chiar dacă face lucruri neplăcute mașinilor noastre?

Am stabilit că vom vedea exact ce face sarea gheții și mediului din jurul reacției.

Materiale pentru activitatea STEM

Cutii de conserve curate din metal (făcusem cu o seară înainte fasole verde cu chili, ceea ce ne-a dat o mulțime de cutii!)
Cuburi de gheață
Sare de masă
Bucăți de sare gemă
Linguri de măsurat
Termometru digital fără contact (No-contact digital thermometer)

Inspirația pentru aceste experiment a venit dintr-o activitate populară de creare de chiciură, doar că în cazul nostru climatul este așa uscat încât nu putem face chiciură decât într-o baie în timp ce cineva face duș!

Stabiliți 5 cutii de conserve (mai multe dacă vreți pentru a testa mai multe variabile, tipuri de sare, cantități etc.)

În fiecare cutie adăugați aceeași cantitate de gheață.

Stabiliți una din cutii ca fiind cea de control. În aceasta nu veți adăuga sare.

În următoarele două cutii adăugați sare de masă. În cana #1 adăugați o lingură, în cana #2 adăugați două linguri.

În ultimele două cutii adăugați sare gemă. În cutia #1 1 lingură. În cutia #2 două linguri.

Puteți scutura ușor cutiile pentru a răspândi mai mult sare, dacă doriți.

Fiți siguri că ați așezat cutiile destul de departe unele de altele pentru a nu afecta rezultatul datorită cutiilor apropiate.

Priviți! Puteți vedea cum începe condensarea deasupra cutiilor cu sare. Reacțiile au început!

Rezultatele

Acum, utilizând termometrul digital începeți să faceți măsurători ale aerului din cutii. La început, cifrele vor fi similare pentru fiecare cutie, dar peste aproximativ 20 de minute, veți începe să constatați unele mari schimbări!

La prima citire, numerele au fost similare pentru toate cutiile.

2 minute mai târziu, lucrurile au început să scadă dar nimic prea spectaculos.

10 minute mai târziu cifrele citite diferă semnificativ între cutii. Ne-am apropiat de cei care măsurau, ca să fim siguri că primim citiri exacte.

Cutia cu două linguri de sare de masă ajunsese la -14 grade.

Cutia cu o lingură de sare gemă ajunsese la -20 de grade.

Și cel mai semnificativ, cutia cu 2 linguri de sare gemă atinsese aproape -28 de grade!

În tot timpul cutia de control rămăsese în jurul temperaturii de -4 grade.

Aceste rezultate au fost uriașe! Este întotdeauna grozav să faci un experiment care furnizează rezultate semnificative. Această activitate STEM de iarnă a dat copiilor rezultate mari, astfel încât și cei care se chinuie cu aceste concepte sau activități pot vedea rezultate extraordinare.

Ultima cutie a fost așa de rece încât a trebuit să-mi curăț degetele care rămăseseră lipite de cutie. Ceea ce a fost un al mod grozav de a-mi reaminti la siguranță într-un astfel de frig extrem. Se pare că în fiecare iarnă cel puțin un copil se lipește de ceva de metal pe terenul de joacă!

Să înțelegem știința din spatele reacțiilor sării cu gheața

Sarea coboară punctul de înghețare al gheții. Aceasta cauzează o extragere a căldurii din aer și din metal pentru a topi gheața, scăzând semnificativ temperatura suprafeței cutiei de metal și a aerului. Asta ne dă nouă acele citiri de temperatură joasă. Dacă locuiți într-un climat umed, umezeala din aer va îngheța când vine în contact cu suprafața rece, ceea ce ar putea conduce la formarea de chiciură. Cu toate acestea, din moment ce noi trăim într-un astfel de climat rece și uscat, asta nu funcționează aici. Pentru a face chiciură noi trebuie să mutăm experimentul într-o baie în timp ce cineva face duș!

Sursa: https://www.steampoweredfamily.com/activities/winter-stem-activity/

https://www.steampoweredfamily.com/activities/heat-transfer-projects-for-kids-stem-activities/