Brojni su primjeri toplinskog širenja tijela iz svakodnevnice. Pred učenike iznesite bočicu soka iz trgovine. Upitajte ih: Zbog čega nije napunjena do vrha? Zbog čega se žice dalekovoda ne smiju zategnuti pri postavljanju? Zašto se na spoju željezničkih ili tramvajskih tračnica ostavlja razmak? Zbog čega cisterne koje prevoze tekućine ne smiju biti napunjene do vrha? O čemu ovisi koliki razmak treba ostaviti između tračnica ili koliko prostora treba ostaviti tekućini u cisterni za širenje?

Zatražite od učenika pretpostavke o čemu ovisi promjena obujma tijela uslijed promjene temperature.

 Pokus 1: O čemu ovisi promjena obujma tekućine koju zagrijavamo?

U dvije tikvice stavite različito obojene tekućine, npr. alkohol i vodu. Tikvice zatvorite čepom kroz koji je provučena cjevčica.

Neka početni obujam tekućina bude jednak. Tikvice uronite u posudu sa zagrijanom vodom. Nakon uspostavljanja ravnoteže izmjerite temperaturu vode. Odredite obujam tekućina mjereći razinu do koje su se tekućine podigle. Mjerenje ponovite nekoliko puta, ali s različitom temperaturom vode u posudi u kojoj su tikvice uronjene. Zatim ponovite pokus, ali tako da početni obujam tekućina bude različit od onoga u prvome dijelu.

Raspravite s njima o ovisnosti povećanja obujma o vrsti tvari, promjeni temperature i početnom obujmu.

Rezultate mjerenja neka učenici unose u tablicu i na temelju njih crtaju graf ovisnosti obujma o temperaturi u programu Excel Online te mu odrede koeficijent smjera, koji je onda koeficijent volumnog rastezanja za tekućinu koju promatramo. Učenici neka usporede rezultate te obrazlože i iznesu zaključke o tome ovisi li obujam tekućine o početnom obujmu i vrsti tvari.

Uputite učenike na kalkulator. Unoseći početnu duljinu (initial length), razliku temperature (temperature difference) i koeficijente linearnog (linear), plošnog (area) i volumnog (volume) rastezanja, možete izračunati promjenu duljine (linear expansion), ploštine plohe (area expansion) i obujma (volume expansion). Iskoristite i koeficijente volumnog rastezanja koje ste dobili u prvom dijelu aktivnosti.

Primijenite kalkulator da porazgovarate o još nekim primjerima iz života, npr. koji se metal upotrebljava u izradi armiranog betona i kako toplinsko širenje utječe na njegov izbor ili što čini vatrostalno staklo otpornijim na pucanje pri zagrijavanju od običnog stakla, zašto poklopac lakše skidamo sa staklenke nakon što ga polijevamo toplom vodom itd.

Razgovarajte i o drugim primjerima povezanim s toplinskim širenjem tijela, a potaknite učenike neka se i sami prisjete primjera. Razgovarajte i o tome zašto je manja vjerojatnost da vatrostalno staklo pukne pri zagrijavanju od običnog stakla te hoće li pri zagrijavanju lakše puknuti posuda od tanjeg ili debljeg stakla.

Iskoristite priliku i da porazgovarate o potrebi odvajanja staklenog i ostalog otpada, o recikliranju te o tome što učenici mogu učiniti da u svojoj okolini podignu svijest o tome.

Postupci potpore

Kod učenika sa specifičnim teškoćama poučavanja dobro je češće provjeravati upisuje li učenik ispravno podatke u kalkulator. U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnosti rasprave, praktičnog rada i uporabe digitalnih alata.

Prikažite učenicima videozapis o ledolomcu koji razbija led na Dunavu u trajanju od 1:38 min. i porazgovarajte o njemu. Raspravite zbog čega ledolomac mora razbijati led te što učenici znaju o razlogu zbog kojeg se led skuplja na površini rijeke, a ne pada na dno. Razgovarajte i o drugim primjerima, npr. pucanju stijena ili betona zbog smrznute vode u pukotinama.

Pitajte učenike: Kako se gustoća alkohola i gustoća vode mijenjaju s promjenom temperature? Kako biste detaljnije istražili anomaliju vode, izvedite s učenicima pokus.

 Pokus 2: Ovisnost obujma i gustoće tekućine o temperaturi

Donesite dvije tikvice na kojima je čep s cjevčicom. U jednu ulijte vodu, a u drugu alkohol. Zabilježite razinu vode i alkohola u cjevčici. To učinite za nekoliko vrijednosti temperature počevši od 1 °C, a obavezno 4 °C. Neka učenici uz pomoć programa Excel Online grafički prikažu ovisnost obujma i gustoće o temperaturi za obje tekućine.

Raspravite s učenicima o rezultatima. Razgovarajte kako objasniti anomaliju vode te kakvo je značenje te pojave za život na Zemlji. Bi li život u rijekama i jezerima kakav poznajemo zimi bio moguć bez anomalije vode?

Isto tako, s učenicima porazgovarajte i o tome kako čovjek svojom djelatnošću ugrožava život u rijekama, jezerima i morima, koje su moguće posljedice toga te što učiniti da se taj život zaštiti. Alternativno, temu o zaštiti okoliša možete provesti s učenicima uz pomoć alata za raspravu TodaysMeet, čime ćete potaknuti skupnu raspravu i razmjenu ideja izvan sata te omogućiti učenicima koji imaju strah od javnog nastupa pred razredom da iznesu svoja stajališta.

Postupci potpore

Učenicima s teškoćama (npr. učenicima sa specifičnim teškoćama poučavanja, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) može biti potrebno dodatno objasniti pojam anomalije i izvježbati ga u drugim kontekstima kako bi učenik uistinu razumio o kakvoj pojavi se radi.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnost rasprave, praktičnog rada, gledanja videozapisa te uporabe digitalnih alata.

Razgovarajte s učenicima o tome na koji se način na primjer u bojleru ili električnoj grijalici prekida strujni krug kad se postigne željena temperatura.

Pred učenike iznesite uređaj koji koristi bimetal, npr. termostat iz glačala ili tostera. Pitajte ih kako taj uređaj radi. Razgovarajte o tome kako postižemo da se promjenom temperature vodiča zatvara ili otvara strujni krug, koja je uloga bimetalne vrpce pri tome te na kojem načelu radi bimetal. Zatražite od učenika da objasne kako bi iskoristili bimetal, npr. u osiguraču termostatu ili termometru. Razgovarajte i o važnosti racionalne uporabe električne energije te kako nam uređaji koji automatski prekidaju strujni krug kod određene temperature protom pomažu.

Podijelite učenike u skupine koje će izraditi model termostata. U videoisječku od 4:16 min. do kraja, tj. do7:58 min. prikazano je kako će to napraviti.

Napomena: U videozapisu možete prvo vidjeti kako napraviti traku koja će se saviti poput bimetalne. Tvrđi se papir namaže ljepilom i na njega se zalijepi traka aluminijske folije te je potrebno pričekati da se osuši. Pri demonstraciji sa svijećom vidi se kako se traka zagrijavanjem savija.

Zatim je demonstriran model termostata. Složeni su strujni krugovi izvora 6 V s pogodnom žaruljicom, no umjesto da se strujni krug zatvori bakrenom žicom, zatvora se izrađenom trakom kao što je prikazano. Iznad žaruljice aluminijska se traka oboji crnim flomasterom kako bi se lakše zagrijala. Na demonstraciji se vidi kako se strujni krug naizmjenično prekida i zatvara kad se traka savije zbog zagrijavanja te izravna zbog hlađenja. Upravo je to načelo na kojem radi termostat.

Svaka skupina neka fotografira svoj rad te izradi plakat u online grafičkom uredniku za izradu prezentacija, infografika i plakata Canva.

Postupci potpore

Objasnite učenicima s teškoćama (specifične teškoće poučavanja, poremećaj pažnje i hiperaktivnosti) što je bimetal i način na koji pokazuje rastezljivost pri zagrijavanju kroz kratki predložak u kojem ćete upotrijebiti vizualne predloške povezujući to s demonstracijom tijekom izvođenja aktivnosti. Pri sastavljanju predloška umjesto natuknica upotrijebite jasne i sažete te učeniku razumljive rečenice.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnost uporabe digitalnih alata.

Pred učenike iznesite nekoliko vrsta termometra, npr. alkoholni, živin i bimetalni.

Razgovarajte o tome koji je pogodan za uporabu u određenoj situaciji (npr. za mjerenje tjelesne temperature, temperature zraka u krajevima s jakim zimama i slično).

Raspravite o načelu na kojem rade, o rasponu temperatura koje mogu mjeriti te prednostima i nedostatcima svakoga od njih. Raspravite i o tome što bi nam trebalo da napravimo jednostavan termometar te kako bismo takav uređaj baždarili i ispitali.

Učenike podijelite u skupine koje će do sljedećeg sata prikupiti potreban materijal kako bi mogli izrađivati i baždariti (svaka svoj) termometar. Neka usporede svoj termometar s kupovnim. Svaka skupina može fotografirati izrađene termometre te fotografije prikazati na plakatu zajedno s opisom načela rada termometra u online grafičkom uredniku za izradu prezentacija, infografika i plakata Canva.

Raspravite i o potrebi za pažljivim rukovanjem pri uporabi termometra. Zbog čega u ljekarnama više ne možete kupiti živin termometar?

Postupci potpore

Za rad u skupinama u kojima učenici trebaju izrađivati i baždariti svoj termometar učenicima unaprijed pripremite pitanja na koja će tijekom rada u skupini trebati odgovoriti. To će nekim učenicima s teškoćama (npr. učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) pomoći u izlaganju sažetka svojeg rada.

Prije rada u skupini učeniku s teškoćama precizno odredite ulogu u skupini kako bi mogao aktivno sudjelovati u radu.

Učenicima možete dati zadatak da svoj izrađeni termometar pokušaju pretvoriti u inačicu taktilnog termometra na kojem se vrijednosti temperature mogu pročitati na Brailleovu pismu. Isto tako, možete ih upoznati s izgledom i načinom rada govornog termometra, kojim se koriste osobe s oštećenjem vida.

Za učenike koji žele znati više

Netko od učenika zainteresiranih za temu neka kod kuće kao samostalni učenički rad izradi termički prekidač. Uputite ih na poveznicu gdje mogu naći primjer izrade, ali po želji neka naprave drukčiji prekidač ili poboljšaju predloženi.

Neka u alatu Canva izrade plakat na kojem će izložiti uputstvo za izradu i moguću uporabu prekidača. U uputstvo mogu priložiti i fotografije ili skice tijeka izrade. Plakat neka objave na mrežnoj stranici škole.

Ako nekog od učenika zanima daljnje istraživanje, uputite ga da samostalno izradi plakat u alazu za izradu prezentacija, infografika i plakata Canva na temu širenja (vazodilatacija) i skupljanja krvnih žila uslijed promjene temperature te o posljedicama za zdravlje.