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venerdì 31 agosto 2007
lunedì 27 agosto 2007
Temperatura E Calore: secondo esperimento
Nel post del 10 agosto "Temperatura E Calore: l'ipotesi del modello particellare della materia", era stato pubblicato l'esperimento sull'ebollizione dell'acqua, svolto dai gruppi di alunni della classe 2° B per verificare sperimentalmente la bontà dell'ipotesi relativa al modello particellare della materia, da loro elaborata.
L'esperimento pubblicato in questo post si propone di continuare in tale verifica sperimentale.
Ecco il problema affrontato dai ragazzi e descritto di seguito con le loro stesse parole.
IPOTESI
1) Per quattordici, su diciotto di noi, la quantità d’acqua evaporata è maggiore nel contenitore avente la superficie di evaporazione più estesa.
2) Per gli altri quattro, la quantità evaporata non cambia in relazione alla diversa superficie di evaporazione.
MATERIALE
-2 fornelli a gas
-2 treppiedi metallici
-2 retine frangifiamma
-2 termometri a mercurio
-2 mollette di legno
-200 ml di acqua x contenitore
- 1 becher e 1 una beuta graduati termo - resistenti
- 2 piastrelle in maiolica come supporto ai fornelletti
PROCEDIMENTO
- Abbiamo acceso contemporaneamente i due fornelli, regolando la fiamma alla stessa intensità, con la beuta e il becker precedentemente posizionati sui treppiedi e separati dalla fiamma mediante le retine .
- Abbiamo usato due mollette di legno per sorreggere i termometri a mercurio, facendo attenzione che non toccassero il fondo ma che fossero immersi.
- Le mollette sono state appoggiate trasversalmente sul bordo, all’imboccatura dei due contenitori.
- Abbiamo registrato i valori della temperatura, rilevata ogni due minuti in ciascuno dei contenitori, nella tabella seguente e abbiamo realizzato il grafico comparato.
- Abbiamo spento i fornelli contemporaneamente alle ore 11.58
- Anche durante il pomeriggio, fino alle 17, abbiamo rilevato i dati durante il raffreddamento del liquido in entrambi i contenitori.
Se ne è occupato uno di noi, che, poi, li ha comunicati a tutta la classe.
In tabella, non sono riportati i dati che, in realtà, sono stati rilevati sino alle ore 17.00 con i seguenti risultati:
- becker : temperatura = 24 °C, volume = 150 ml
- beuta: temperatura = 24 °C, volume = 160 ml
OSSERVAZIONI
• A 67 °C, il volume dell’acqua è aumentato nella beuta perché le particelle si allontanano, visto che il calore ne allenta i legami; mentre alla stessa temperatura l’acqua nel becker segna ancora il livello iniziale.
• L’acqua nella beuta è andata in ebollizione, prima di quella contenuta nel becker, alla temperatura di 100°C.
• L’acqua nel becker va in ebollizione alla temperatura di 99 °C.
• Alle ore 11.34 c’è stata una differenza di temperatura di 10 °C tra i due contenitori. Il vapore è condensato sulle pareti della beuta, ma non del becker.
• Il raffreddamento dell’acqua è più rapido nel becker.
• Raggiunta la stessa temperatura di raffreddameno, 24°C, il volume dell’acqua è di 150 ml nel becker, mentre è di 160 ml nella beuta.
CONCLUSIONI
Analizzando e comparando i risultati deduciamo che:
•a superficie maggiore corrisponde effettivamente una maggiore quantità di acqua evaporata.
• L’ipotesi fatta dalla maggioranza di noi si è, quindi, rivelata giusta.
INTERPRETAZIONE ALLA LUCE DELL'IPOTESI PARTICELLARE
Sì, i risultati ottenuti sperimentalmente ci sembrano in accordo con la nostra ipotesi particellare.
Immaginiamo, infatti, che l'apertura del becker e della beuta sia ‘come una porta’, da cui escono le particelle.
Se l'imboccatura è ampia (nel nostro caso il becker) ne escono in grande quantità; se è piccola (la beuta) ne escono poche per volta.
DOMANDE APERTE
1. Perché la temperatura rilevata inizialmente è diversa nei due contenitori?
2. Perché, a parità di pressione atmosferica, l’acqua ha bollito a 100°C nella beuta e a 99 °C nel becker?
3. Perché a 67°C l’acqua della beuta aumenta di volume, mentre, all’incirca alla stessa temperatura, non si osserva lo stesso fenomeno nel becker?
Con il prossimo post, concluderemo la pubblicazione dei risultati relativi a questa sperimentazione su Temperatura & Calore affrontando il seguente problema:
"La quantità di acqua evaporata dipende dalla quantità di calore fornito?"
giovedì 23 agosto 2007
Dentro la storia: Democrito e Aristotele
Cari primini, con il post “Dalla magia…. alla scienza” avete intrapreso un percorso mediante il quale vi renderete conto che il cammino della scienza altro non è che il cammino dell’uomo, il quale da sempre è stato animato dall’esigenza di comprendere il mondo e la realtà circostante, di porsi delle domande sulle cause degli eventi e dei fenomeni naturali e di trovare le risposte al fine di capire la propria natura insieme al “perché” e “per come” della propria esistenza.
Come abbiamo già visto, tale cammino è stato a lungo incerto e difficoltoso, si è affinato nel tempo con le conquiste e le scoperte scientifiche, ma non si è mai concluso…
In fondo, il cammino “scientifico” dell’uomo può essere paragonato all’evoluzione di un individuo sin dal momento della sua nascita con la differenza che tale evoluzione si conclude quando cessa la vita terrena mentre il cammino della scienza sarà sempre in “divenire” fino a quando il nostro pianeta avrà vita e con esso le specie viventi che lo abitano.
Bene, cominciamo con l’affermare che sin dall’inizio della sua storia l’uomo ha avuto a che fare con la “materia”, e da sempre l’ha usata, anche quando non ne conosceva la natura: estraeva i metalli, li lavorava e li fondeva per ottenere “leghe”.
Gli Egizi, ad esempio, erano bravissimi a lavorare l’oro e l’argento; inoltre, utilizzavano una pietra molto dura, la diorite, per scolpire statue imponenti.
Eppure non sapevano ancora cosa fosse la “materia”, anzi, forse, nessuno se lo era mai chiesto.
Nel 400 a.C., pero, Democrito di Abdera ( 460- 370 a.C) parla già di “atomi” dandone una sua interpretazione filosofica oltre che scientifica.
Leggiamo il suo pensiero:
“Il principio fondamentale è ‘l’essere è’, e l’osservazione sensibile suggerisce che : ‘l’essere è il pieno, il non essere è il vuoto’. Ma il pieno non è tutto compatto, è formato da un numero infinito di elementi che sono indivisibili. Se questi elementi fossero ulteriormente divisibili si dissolverebbero nel vuoto; devono quindi essere indivisibili e perciò sono detti atomi”.
Democrito intuì e affermò, quindi, che la materia è costituita da particelle piccolissime diverse fra loro per forma e dimensioni e in eterno m movimento; egli chiamo queste particelle atomi.
La teoria di Democrito, così straordinariamente moderna, non ebbe molto credito ai suoi tempi e per duemila anni nessuno la prese più in considerazione.
Ebbe invece il sopravvento la teoria di Aristotele (384-322 a.C), secondo la quale la materia è formata da quattro elementi: aria, acqua, terra e fuoco.
Aristotele partiva dall’idea che esistesse una “materia originale” priva di caratteristiche sulla quale agivano quattro “qualità”: caldo, freddo, secco e umido. Le diverse combinazioni di queste “qualità” conferivano caratteristiche ben precise alla materia originale, da cui si formavano i quattro elementi fondamentali: terra, acqua, aria, fuoco.
Partendo da questa ipotesi, sembrò logico pensare che un qualsiasi tipo di materia potesse essere trasformato in un altro; sarebbe bastato aggiungere, togliere o sostituire una o più qualità.
Da questa idea, nacque l’alchimia, una scienza che, come ultimo obiettivo, si proponeva di trasformare i metalli in oro.
Per fare ciò si rendeva necessaria la pietra filosofale, alla cui ricerca si dedicarono vari alchimisti per intere generazioni; ovviamente senza risultati: nessuno infatti trovò mai la pietra filosofale.
Nei prossimi post, continueremo con la rassegna "Dentro la storia", che ha preso il via con i due personaggi di cui ci siamo interessati oggi, per trattare altri interessanti approfondimenti storici.
A presto!
(Bibliografia essenziale: La materia e la natura, Gilda Flaccavento e Nunzio Romano)
Come abbiamo già visto, tale cammino è stato a lungo incerto e difficoltoso, si è affinato nel tempo con le conquiste e le scoperte scientifiche, ma non si è mai concluso…
In fondo, il cammino “scientifico” dell’uomo può essere paragonato all’evoluzione di un individuo sin dal momento della sua nascita con la differenza che tale evoluzione si conclude quando cessa la vita terrena mentre il cammino della scienza sarà sempre in “divenire” fino a quando il nostro pianeta avrà vita e con esso le specie viventi che lo abitano.
Bene, cominciamo con l’affermare che sin dall’inizio della sua storia l’uomo ha avuto a che fare con la “materia”, e da sempre l’ha usata, anche quando non ne conosceva la natura: estraeva i metalli, li lavorava e li fondeva per ottenere “leghe”.
Gli Egizi, ad esempio, erano bravissimi a lavorare l’oro e l’argento; inoltre, utilizzavano una pietra molto dura, la diorite, per scolpire statue imponenti.
Eppure non sapevano ancora cosa fosse la “materia”, anzi, forse, nessuno se lo era mai chiesto.
Nel 400 a.C., pero, Democrito di Abdera ( 460- 370 a.C) parla già di “atomi” dandone una sua interpretazione filosofica oltre che scientifica. Leggiamo il suo pensiero:
“Il principio fondamentale è ‘l’essere è’, e l’osservazione sensibile suggerisce che : ‘l’essere è il pieno, il non essere è il vuoto’. Ma il pieno non è tutto compatto, è formato da un numero infinito di elementi che sono indivisibili. Se questi elementi fossero ulteriormente divisibili si dissolverebbero nel vuoto; devono quindi essere indivisibili e perciò sono detti atomi”.
Democrito intuì e affermò, quindi, che la materia è costituita da particelle piccolissime diverse fra loro per forma e dimensioni e in eterno m movimento; egli chiamo queste particelle atomi.
La teoria di Democrito, così straordinariamente moderna, non ebbe molto credito ai suoi tempi e per duemila anni nessuno la prese più in considerazione.
Ebbe invece il sopravvento la teoria di Aristotele (384-322 a.C), secondo la quale la materia è formata da quattro elementi: aria, acqua, terra e fuoco. Aristotele partiva dall’idea che esistesse una “materia originale” priva di caratteristiche sulla quale agivano quattro “qualità”: caldo, freddo, secco e umido. Le diverse combinazioni di queste “qualità” conferivano caratteristiche ben precise alla materia originale, da cui si formavano i quattro elementi fondamentali: terra, acqua, aria, fuoco.
Partendo da questa ipotesi, sembrò logico pensare che un qualsiasi tipo di materia potesse essere trasformato in un altro; sarebbe bastato aggiungere, togliere o sostituire una o più qualità.
Da questa idea, nacque l’alchimia, una scienza che, come ultimo obiettivo, si proponeva di trasformare i metalli in oro.
Per fare ciò si rendeva necessaria la pietra filosofale, alla cui ricerca si dedicarono vari alchimisti per intere generazioni; ovviamente senza risultati: nessuno infatti trovò mai la pietra filosofale.
Nei prossimi post, continueremo con la rassegna "Dentro la storia", che ha preso il via con i due personaggi di cui ci siamo interessati oggi, per trattare altri interessanti approfondimenti storici.
A presto!
(Bibliografia essenziale: La materia e la natura, Gilda Flaccavento e Nunzio Romano)
martedì 21 agosto 2007
Esploriamo il prato
Si conclude con questa risorsa la pubblicazione delle unità di apprendimento per l'anno scolastico 2006/07. Riprenderò a pubblicare le nuove in settembre.
Mediante l'unità di apprendimento in oggetto, si vuole guidare l’alunno a comprendere, attraverso l’indagine su un ecosistema molto semplice, qual è il prato, che cos’è un ambiente, da cosa è composto, quali relazioni intercorrono tra i suoi abitanti, di cosa questi hanno bisogno per vivere e cosa accadrebbe al suo delicato equilibrio se mutassero i diversi fattori ambientali, quali l’acqua, la luce o l’aria.
All'interno, sono descritte varie attività: la realizzazione di un erbario, l'osservazione degli animaletti del prato, l'analisi del terreno, l'analisi dei fattori ambientali.
Sono, inoltre, fornite indicazioni riguardo ad alcune risorse da leggere, vedere e navigare online.
Come al solito, l'unità di apprendimento è già stata pubblicata in supporto cartaceo sulla rivista "Scuola e Didattica"- Editrice La Scuola, Brescia, con cui collaboro.
Scaricare l'UA "Esploriamo il prato".
Buona consultazione
Mediante l'unità di apprendimento in oggetto, si vuole guidare l’alunno a comprendere, attraverso l’indagine su un ecosistema molto semplice, qual è il prato, che cos’è un ambiente, da cosa è composto, quali relazioni intercorrono tra i suoi abitanti, di cosa questi hanno bisogno per vivere e cosa accadrebbe al suo delicato equilibrio se mutassero i diversi fattori ambientali, quali l’acqua, la luce o l’aria.
All'interno, sono descritte varie attività: la realizzazione di un erbario, l'osservazione degli animaletti del prato, l'analisi del terreno, l'analisi dei fattori ambientali.
Sono, inoltre, fornite indicazioni riguardo ad alcune risorse da leggere, vedere e navigare online.
Come al solito, l'unità di apprendimento è già stata pubblicata in supporto cartaceo sulla rivista "Scuola e Didattica"- Editrice La Scuola, Brescia, con cui collaboro.
Scaricare l'UA "Esploriamo il prato".
Buona consultazione
venerdì 10 agosto 2007
Temperatura E Calore: ipotesi del modello particellare della materia
Nel post del 26 luglio scorso, eravamo rimasti all'intervista alla classe, mediante la quale i ragazzi avevano espresso la propria idea estemporanea circa il modello particellare della materia. Successivamente le varie idee erano state socializzate e raccolte in una specie di "summa" riguardante una possibile ipotesi del modello, che è descritto di seguito così come è stato elaborato dagli alunni.
(Conclusioni alle quali è giunta la classe, dopo il confronto e la discussione collettiva)
LE PARTICELLE:
1. SONO SUBMICROSCOPICHE( termine coniato dai ragazzi)
2. SONO LEGATE: i legami sono forti nello stato solido, sono meno forti nello stato liquido, quasi inesistenti negli aeriformi.
3. SI MUOVONO: la velocità è minima nei solidi (vibrazione su posizioni fisse); aumenta nei liquidi; aumenta ancora negli aeriformi.
4. LA VELOCITÁ DELLE PARTICELLE È IN RELAZIONE ALLA LORO ENERGIA TERMICA
5. HANNO TUTTE LE STESSE DIMENSIONI( almeno per quanto riguarda la stessa sostanza).
6. NON SONO CONTINUE NELLA LORO DISTRIBUZIONE
7. CIRCA LA LORO FORMA, NON RIUSCIAMO A GIUNGERE AD UNA CONCLUSIONE CONDIVISA, MA UNA BUONA PARTE DI NOI LE IMMAGINA DI FORMA PRESSOCHE’ SFERICA.
Abbiamo discusso molto per arrivare a queste conclusioni e la prof. ci ha aiutato a fare ordine nei ragionamenti.
PERCHE' SIAMO GIUNTI A QUESTE CONCLUSIONI?
• Il primo punto è evidente: se non riusciamo ad osservarle con i microscopi a disposizione, le particelle devono essere veramente molto piccole.
• Per il secondo punto, abbiamo riflettuto sugli stati della materia e le conclusioni ci sono sembrate le più plausibili con quanto si osserva sul loro comportamento.
• Anche per il terzo punto, ci siamo riferiti al comportamento della materia nei tre stati. Infatti, se pensiamo ad un odore, questo si avverte anche molto lontano dalla fonte.
• Deve per forza esserci una relazione fra la loro velocità e il calore fornito, basta pensare ai passaggi di stato dell’acqua, che abbiamo già studiato.
• Abbiamo pensato che, almeno per uno stesso tipo di sostanza, le particelle dovrebbero avere le stesse dimensioni altrimenti cambierebbe la sostanza. Naturalmente potrebbe essere diversamente, ma siamo orientati a pensare in questo modo, non avendo prove.
• Questo lo abbiamo ipotizzato riferendoci alla diffusione di un liquido colorato nell’acqua o alla dissoluzione del sale e dello zucchero nell’acqua, tutti fenomeni che abbiamo già studiato.
• Questo punto ci ha fatto discutere molto e non siamo giunti ad una ipotesi condivisa. Un compagno sostiene che le particelle devono avere una forma sferica o similare perché con questa forma la materia si distribuisce in maniera omogenea e poi così occupa meno spazio. Una buona parte di noi ha accettato la sua ipotesi ma altri sono scettici, anche se non hanno saputo offrire un’ipotesi alternativa.
Adesso disponiamo di un'ipotesi condivisa alla quale ci riferiremo, come a un possibile modello della struttura particellare della materia.
Proveremo a vedere se e come funziona negli esperimenti, che faremo, o se, invece, dovremo apportare delle correzioni a tale modello.
Nei prossimi post,saranno illustrati alcuni esperimenti, che sono stati interpretati dai ragazzi alla luce dell'ipotesi particellare, da essi formulata.
Attraverso tali esperimenti si è cercato di trovare conferma circa "la bontà" di tale ipotesi, confrontando il modello particellare con i dati sperimentali ottenuti e valutandone la coerenza con quello.
I problemi affrontati sono:
1. Osservare l'ebollizione dell'acqua e interpretare il fenomeno alla luce dell'ipotesi particellare.
2. A parità di altre condizioni( quantità di calore fornito, tempo di esposizione al calore), la quantità di acqua evaporata dipende dalla superficie di evaporazione?
3. A parità di altre condizioni( due becker uguali, volume iniziale d'acqua, tempo di esposizione alla fiamma) la quantità di acqua evaporata dipende dal calore fornito?
S i riporta qui il primo di tali esperimenti: L'EBOLLIZIONE DELL'ACQUA
MATERIALE
• 1 fornelletto a gas
• 1 treppiedi metallico
• 1 reticella frangifiamma
• 1 termometro a mercurio
• 1 molletta di legno
• 1 piastrella x supporto al fornello
• 1 beuta
• 250 ml di acqua
PROCEDIMENTO
- Abbiamo sistemato il fornelletto a gas sulla piastrella di ceramica per isolarlo dal fondo del tavolo da lavoro.
- Abbiamo posizionato il treppiede in modo che sormontasse il fornelletto.
- Abbiamo posto sul treppiede la reticella frangifiamma.
- Abbiamo sistemato la beuta sopra la reticella.
- Abbiamo acceso il fornello.
- Con il termometro, abbiamo misurato la temperatura iniziale e quindi abbiamo proseguito con il rilevamento ogni due minuti fino a raggiungere la temperatura di ebollizione dell’acqua, compilando la seguente tabella e realizzando il grafico relativo.
- Alle 12.08 abbiamo effettuato l’ultimo rilevamento e poi spento il fornelletto.
OSSERVAZIONI
- La temperatura sale progressivamente al passare del tempo man mano che si fornisce calore.
- A 65°C circa, notiamo che il livello dell’acqua nella beuta è superiore a 250 ml nonostante l’evaporazione ‘porti via’ un certo quantitativo di sostanza.
- A 75°C , il vetro si appanna e scendono delle goccioline dal bordo lungo le pareti della beuta.
- A 90°C , il livello dell’acqua è ancora superiore a 250 ml nonostante la massiccia evaporazione.
- A 100°C l’acqua bolle e si osservano movimenti tumultuosi dell’intera massa, la superficie è interessata da una evaporazione al ‘top’.
- Per altri quattro rilevamenti, osserviamo che la temperatura rimane ferma a 100 °C; nonostante si continui a fornire calore alla beuta, c’è come una sosta nella temperatura(sappiamo già, perché lo abbiamo sperimentato, che la temperatura rimane con un pianerottolo a 100°C finchè l’acqua non è evaporata del tutto).
- Abbiamo rilevato il livello dell’acqua, a pomeriggio, quando tutto il sistema si era raffreddato a circa 21°C, ed abbiamo osservato che era sceso a circa 210 ml.
• Il fatto che, fra 65 °C e 90°C, il volume dell’acqua sia aumentato ci sembra in accordo con l’ipotesi particellare: infatti il calore assorbito dall’acqua serve a fare diventare più veloci le sue particelle, che, acquistando energia, allentano i propri legami distanziandosi e quindi il volume complessivo aumenta.
• Il fatto che la temperatura rimanga a 100°C fino a quando l’acqua bolle e non si è trasformata completamente in vapore acqueo, si spiega con il fatto che il calore fornito serve alle particelle per rompere i legami e per passare allo stato aeriforme; anche questo sembra in accordo con l’ipotesi particellare.
• Anche il diminuito volume dell’acqua, a raffreddamento avvenuto, interrotta l’ebollizione, conferma che circa 40 ml di acqua si sono trasformati in vapore acqueo abbandonando lo stato solido, grazie al calore fornito.
DOMANDE RIMASTE APERTE:
1. Perché a 90°C, il volume dell’acqua è superiore a quello iniziale nonostante la massiccia evaporazione in atto?
2. La dilatazione del liquido è sufficiente a spiegare l’aumento di volume?
Il modello particellare dovrebbe permetterci di fare delle previsioni in merito. La prof. dice che cercheremo di dare delle risposte il prossimo anno riprendendo la sperimentazione.
Per la fine dell’anno porteremo avanti il percorso ipotizzato per non rischiare di disperderci.
Per oggi si conclude qui! Il seguito al prossimo post.
POSSIBILE IPOTESI DEL MODELLO PARTICELLARE
(Conclusioni alle quali è giunta la classe, dopo il confronto e la discussione collettiva)
LE PARTICELLE:
1. SONO SUBMICROSCOPICHE( termine coniato dai ragazzi)
2. SONO LEGATE: i legami sono forti nello stato solido, sono meno forti nello stato liquido, quasi inesistenti negli aeriformi.
3. SI MUOVONO: la velocità è minima nei solidi (vibrazione su posizioni fisse); aumenta nei liquidi; aumenta ancora negli aeriformi.
4. LA VELOCITÁ DELLE PARTICELLE È IN RELAZIONE ALLA LORO ENERGIA TERMICA
5. HANNO TUTTE LE STESSE DIMENSIONI( almeno per quanto riguarda la stessa sostanza).
6. NON SONO CONTINUE NELLA LORO DISTRIBUZIONE
7. CIRCA LA LORO FORMA, NON RIUSCIAMO A GIUNGERE AD UNA CONCLUSIONE CONDIVISA, MA UNA BUONA PARTE DI NOI LE IMMAGINA DI FORMA PRESSOCHE’ SFERICA.
Abbiamo discusso molto per arrivare a queste conclusioni e la prof. ci ha aiutato a fare ordine nei ragionamenti.
PERCHE' SIAMO GIUNTI A QUESTE CONCLUSIONI?
• Il primo punto è evidente: se non riusciamo ad osservarle con i microscopi a disposizione, le particelle devono essere veramente molto piccole.
• Per il secondo punto, abbiamo riflettuto sugli stati della materia e le conclusioni ci sono sembrate le più plausibili con quanto si osserva sul loro comportamento.
• Anche per il terzo punto, ci siamo riferiti al comportamento della materia nei tre stati. Infatti, se pensiamo ad un odore, questo si avverte anche molto lontano dalla fonte.
• Deve per forza esserci una relazione fra la loro velocità e il calore fornito, basta pensare ai passaggi di stato dell’acqua, che abbiamo già studiato.
• Abbiamo pensato che, almeno per uno stesso tipo di sostanza, le particelle dovrebbero avere le stesse dimensioni altrimenti cambierebbe la sostanza. Naturalmente potrebbe essere diversamente, ma siamo orientati a pensare in questo modo, non avendo prove.
• Questo lo abbiamo ipotizzato riferendoci alla diffusione di un liquido colorato nell’acqua o alla dissoluzione del sale e dello zucchero nell’acqua, tutti fenomeni che abbiamo già studiato.
• Questo punto ci ha fatto discutere molto e non siamo giunti ad una ipotesi condivisa. Un compagno sostiene che le particelle devono avere una forma sferica o similare perché con questa forma la materia si distribuisce in maniera omogenea e poi così occupa meno spazio. Una buona parte di noi ha accettato la sua ipotesi ma altri sono scettici, anche se non hanno saputo offrire un’ipotesi alternativa.
Adesso disponiamo di un'ipotesi condivisa alla quale ci riferiremo, come a un possibile modello della struttura particellare della materia.
Proveremo a vedere se e come funziona negli esperimenti, che faremo, o se, invece, dovremo apportare delle correzioni a tale modello.
*****
Nei prossimi post,saranno illustrati alcuni esperimenti, che sono stati interpretati dai ragazzi alla luce dell'ipotesi particellare, da essi formulata.
Attraverso tali esperimenti si è cercato di trovare conferma circa "la bontà" di tale ipotesi, confrontando il modello particellare con i dati sperimentali ottenuti e valutandone la coerenza con quello.
I problemi affrontati sono:
1. Osservare l'ebollizione dell'acqua e interpretare il fenomeno alla luce dell'ipotesi particellare.
2. A parità di altre condizioni( quantità di calore fornito, tempo di esposizione al calore), la quantità di acqua evaporata dipende dalla superficie di evaporazione?
3. A parità di altre condizioni( due becker uguali, volume iniziale d'acqua, tempo di esposizione alla fiamma) la quantità di acqua evaporata dipende dal calore fornito?
S i riporta qui il primo di tali esperimenti: L'EBOLLIZIONE DELL'ACQUA
MATERIALE
• 1 fornelletto a gas
• 1 treppiedi metallico
• 1 reticella frangifiamma
• 1 termometro a mercurio
• 1 molletta di legno
• 1 piastrella x supporto al fornello
• 1 beuta
• 250 ml di acqua
PROCEDIMENTO
- Abbiamo sistemato il fornelletto a gas sulla piastrella di ceramica per isolarlo dal fondo del tavolo da lavoro.
- Abbiamo posizionato il treppiede in modo che sormontasse il fornelletto.
- Abbiamo posto sul treppiede la reticella frangifiamma.
- Abbiamo sistemato la beuta sopra la reticella.
- Abbiamo acceso il fornello.
- Con il termometro, abbiamo misurato la temperatura iniziale e quindi abbiamo proseguito con il rilevamento ogni due minuti fino a raggiungere la temperatura di ebollizione dell’acqua, compilando la seguente tabella e realizzando il grafico relativo.
- Alle 12.08 abbiamo effettuato l’ultimo rilevamento e poi spento il fornelletto.
TABELLA
GRAFICO
OSSERVAZIONI
- La temperatura sale progressivamente al passare del tempo man mano che si fornisce calore.
- A 65°C circa, notiamo che il livello dell’acqua nella beuta è superiore a 250 ml nonostante l’evaporazione ‘porti via’ un certo quantitativo di sostanza.
- A 75°C , il vetro si appanna e scendono delle goccioline dal bordo lungo le pareti della beuta.
- A 90°C , il livello dell’acqua è ancora superiore a 250 ml nonostante la massiccia evaporazione.
- A 100°C l’acqua bolle e si osservano movimenti tumultuosi dell’intera massa, la superficie è interessata da una evaporazione al ‘top’.
- Per altri quattro rilevamenti, osserviamo che la temperatura rimane ferma a 100 °C; nonostante si continui a fornire calore alla beuta, c’è come una sosta nella temperatura(sappiamo già, perché lo abbiamo sperimentato, che la temperatura rimane con un pianerottolo a 100°C finchè l’acqua non è evaporata del tutto).
- Abbiamo rilevato il livello dell’acqua, a pomeriggio, quando tutto il sistema si era raffreddato a circa 21°C, ed abbiamo osservato che era sceso a circa 210 ml.
• Il fatto che, fra 65 °C e 90°C, il volume dell’acqua sia aumentato ci sembra in accordo con l’ipotesi particellare: infatti il calore assorbito dall’acqua serve a fare diventare più veloci le sue particelle, che, acquistando energia, allentano i propri legami distanziandosi e quindi il volume complessivo aumenta.
• Il fatto che la temperatura rimanga a 100°C fino a quando l’acqua bolle e non si è trasformata completamente in vapore acqueo, si spiega con il fatto che il calore fornito serve alle particelle per rompere i legami e per passare allo stato aeriforme; anche questo sembra in accordo con l’ipotesi particellare.
• Anche il diminuito volume dell’acqua, a raffreddamento avvenuto, interrotta l’ebollizione, conferma che circa 40 ml di acqua si sono trasformati in vapore acqueo abbandonando lo stato solido, grazie al calore fornito.
DOMANDE RIMASTE APERTE:
1. Perché a 90°C, il volume dell’acqua è superiore a quello iniziale nonostante la massiccia evaporazione in atto?
2. La dilatazione del liquido è sufficiente a spiegare l’aumento di volume?
Il modello particellare dovrebbe permetterci di fare delle previsioni in merito. La prof. dice che cercheremo di dare delle risposte il prossimo anno riprendendo la sperimentazione.
Per la fine dell’anno porteremo avanti il percorso ipotizzato per non rischiare di disperderci.
Per oggi si conclude qui! Il seguito al prossimo post.