Čestičnu građu tvari, unutarnju energiju, utjecaj zagrijavanja tijela na gibanje njegovih molekula te toplinsku ravnotežu učenicima možete objasniti odgovarajući na problemsko pitanje: Kako ledom ohladimo napitak?

Poznato je da u napitak koji želimo brzo ohladiti stavimo kockice leda. Logika nam govori da je led ohladio napitak. No, je li to baš tako?

Postavite učenicima nekoliko jednostavnih uvodnih pitanja povezanih s problemskim pitanjem, a kojima ćete ih voditi kroz domenu Unutarnja energija i toplina:

Zašto je led hladniji od vode od koje je nastao?

Kamo je nestao led u napitku?

Zašto je ledom ohlađeni napitak pri vrhu hladniji nego pri dnu?

Za objašnjenje unutarnje energije napravite kratku prezentaciju u alatu za izradu interaktivnih prezentacija Prezi. Prezentaciju možete izraditi uz pomoć sljedećih pitanja ili tvrdnji:

Od čega su građene tvari? / Tvari su građene od čestica.

Čestice imaju svoju kinetičku i potencijalnu energiju.

Zbroj kinetičke i potencijalne energije daje unutarnju energiju.

U toplim tijelima čestice se kreću brže, a u hladnima sporije.

Zagrijavanjem tijela njegova se unutarnja energija povećava, a hlađenjem smanjuje.

Hlađenjem vode dobivamo led koji ima manju unutarnju energiju od vode.

Toplina je unutarnja energija koja prelazi s toplijeg tijela na hladnije.

Potaknite učenike na izvođenje zaključaka.

Postupci potpore

Pri objašnjenju pitanja ili tvrdnji navedenih u aktivnosti upotrebljavajte što više vizualnih predložaka (fotografija, slika i crteža) i demonstracija kako bi učenicima bilo lakše razumjeti ključne pojmove.

Kako biste učenicima s teškoćama objasnili gibanja čestica, možete izvesti kratki pokus miješanja tekućina sa šalicom tople i šalicom hladne vode te tintom. Kapnite tintu u hladnu, a zatim i u toplu vodu. Neka učenici podijele svoje dojmove i zaključe gdje se tinta brže pomiješala s vodom i zašto. Učenicima možete zadati da snime pokus.

Vrlo je važno učenicima s teškoćama na kraju izvođenja aktivnosti podijeliti kratke sažetke koji opisuju što su radili i što trebaju upamtiti.

Razgovarajte s učenicima o topljenju leda na polovima i Grenlandu te o uzrocima toga procesa. Je li uzrok klimatskim promjenama ljudski čimbenik? Kako možemo smanjiti stakleničke plinove i očuvati okoliš?

 Pokus 1: Zagrijavanje kocke leda

Najjednostavniji pokus kojim možete objasniti promjene koje se događaju pri zagrijavanju odnosno hlađenju tijela jest zagrijavanje kocke leda na izvoru topline, pri čemu led prelazi u vodu, a voda u vodenu paru. Za pokus vam je potrebna posuda s ledom, koju stavljate na izvor topline. Učenici promatraju kako se pod utjecajem topline led pretvara u vodu, a voda zagrijavanjem u vodenu paru. S obzirom na to da je trajanje pokusa kratko (jedna kocka leda), netko od učenika može izraditi videozapis pokusa za školsku mrežnu stranicu u alatu za izradu videomaterijala/animacija Animoto.

Neka učenici s pomoću čestične građe tvari opišu što se događalo s molekulama vode tijekom izvođenja pokusa.

Postupci potpore

Nakon provedbe praktičnoga rada učenicima s teškoćama ponudite pitanja u vezi s praktičnim radom na koja će odgovoriti, a koja će predstavljati sažetak praktičnog rada/pokusa. Pitanja postavite uz ponuđene odgovore, od kojih je jedan točan. Nakon rješavanja provjerite točnost riješenih zadataka kako bi ih učenici mogli zalijepiti u bilježnicu.

Ako tijelo obavlja rad ili se na tijelu obavlja rad, mijenja se njegova unutarnja energija. Tijelu koje obavlja rad smanjuje se unutarnja energija, a tijelu nad kojim se obavlja rad unutarnja se energija povećava.

 Pokus 2: Promjena unutarnje energije

Kao dokaz za te tvrdnje učenicima podijelite bakrenu žicu te od njih zatražite da je brzo savijaju između prstiju. Učenici će primijetiti kako se bakrena žica na mjestu savijanja zagrijala. Tijelu nad kojim je obavljen rad povećala se unutarnja energija.

Pitajte učenike: Zašto zimi ruke zagrijemo tako da ih trljamo jednu o drugu? Što se događa s gumama pri kočenju automobila? Što se događa pri obradi materijala alatom i alatnim strojevima (bušenje, rezanje, glodanje, tokarenje i dr.)?

Neka učenici zapišu svoje pretpostavke te objasne zašto se povećala temperatura. Što je temperatura? Tko je obavljao rad? Na čemu (kome) je obavljen rad?

Postupci potpore

Kako biste učenicima s teškoćama približili promjenu unutarnje energije tijela, možete ih podsjetiti na jednostavno iskustvo grijanja ruku trljanjem, koje su vjerojatno mnogi iskusili zimi kad je jako hladno. Neka učenici pokušaju protrljati ruke i iznesu svoje dojmove te donesu zaključke.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći kako učenike s teškoćama uključiti u praktičan rad.

Pokus 3: Toplinska ravnoteža

Za pokus kojim ćete objasniti toplinsku ravnotežu potrebno je jednu metalnu kocku držati u hladnjaku (prethodno kocku stavite u hladnjak), a drugu zagrijati na izvoru topline. Ohlađenu i zagrijanu kocku zatim prislonite jednu uz drugu. Nakon nekog vremena zatražite od učenika da ispitaju dodirom ima li razlike u zagrijanosti tih dvaju tijela, tj. jesu li tijela jednake temperature. Učenici tijekom pokusa mogu dodirom na spoju dviju kocki osjetiti kako se hladna kocka grije, a vruća hladi.

 Pokus 4: Toplinska ravnoteža

Izvedite s učenicima i pokus o toplinskoj ravnoteži prikazan u videozapisu Toplinska ravnoteža (engl. Thermal Equilibrium), u trajanju od 1:29 min., te raspravite s njima o tome što su uočili tijekom izvođenja pokusa.

Objašnjenje pokusa prevedeno s engleskoga jezika:

Uzmite veću posudu s toplom vodom i manju s hladnom. U svaku posudu stavite termometar, a zatim pažljivo manju posudu stavite u veću. Nakon 5 minuta uviđamo da temperatura tople vode pada, a hladne raste. Nakon određenog vremena temperatura u obje posude će se izjednačiti. To je toplinska ravnoteža.

Toplinsku ravnotežu možete objasniti učenicima i Phet interaktivnom simulacijom zagrijavanjem ili hlađenjem tijela.

Kako biste usustavili naučeni sadržaj, organizirajte kviz znanja na temu unutarnje energije i topline u alatu za izradu kviza Kahoot.

Postupci potpore

Svi ključni pojmovi koje upotrebljavate u kvizu znanja trebaju biti usustavljeni tako da budu prikazani uz kratak, jasan i zoran tekst. Pri provođenju kviza znanja dobro je napraviti početno „probno pitanje“ na koje će učenici odgovoriti kako biste bili sigurni da svi učenici s teškoćama znaju postupak i razumiju upute.

U okviru ovoga scenarija poučavanja učenicima s teškoćama možete naglasiti i ekološki moment u vezi s pravilnim i nepravilnim upravljanjem resursima povezanima s održavanjem topline.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći kako učenike uključiti u praktičan rad.

Za učenike koji žele znati više

Još od davnih vremena ljudi su pokušavali izgraditi stroj koji će obavljati rad, a da mu pritom ne moramo dodavati energiju. Takav je stroj nazvan perpetuum mobile (lat. ‘neprestano pokretljivo’). Je li moguće izgraditi takav stroj? Koje bi zakone fizike izum toga stroja doveo u pitanje? Jesu li strojevi prikazani u videozapisu Top 10 Perpetual Motion Machines for 2013, u trajanju od 00:58 min., primjeri za perpetuum mobile?