Transcript הצעה לפעילות חקר בנושא אנרגיית השמש

‫הצעה לפעילות חקר‬
‫בנושא אנרגיית השמש‬
‫בסרטון הבא מוצגת תופעה פיזיקאלית‬
‫המנוצלת לרווחת התושבים‬
‫הכנה ועיצוב מצגת‪ :‬יוסי זיוון‪ ,‬בית הספר המשותף חוף הכרמל תשע"ב‬
‫מתופעה לשאלות חקר – תאורה באמצעות בקבוק‬
‫נצפה יחד בסרטון‪...‬‬
‫תארו את התופעה‬
‫העלו שאלות הקשורות בתופעה‬
‫היבטים חברתיים עלולים להיות מלכודת‬
‫לשאלות חברתיות‬
‫הסבר מדעי לתופעה‬
‫• הכנסת חלק מבקבוק המים לתוך גג המבנה החשוך גורמת‬
‫לתאורת חלל המבנה‪.‬‬
‫• תהליך זה מתרחש עקב תופעת השבירה של האור במעבר מהמים‬
‫לאוויר שבחלל החדר‪.‬‬
‫במצב זה האור שיוצא מהמים משנה את כוונו בצורה שמתוארת‬
‫באיור הבא‪:‬‬
‫• שבירת אור מפזרת את האור לכל הכיוונים המבנה ומספקת‬
‫תאורה טבעית ‪.‬‬
‫הערה‪ :‬באיור מוצגת רק קרן אור אחת‪,‬‬
‫במציאות יש מספר רב של קרני אור שנשברות‬
‫גג המבנה שמואר‬
‫בכיוונים שונים‪ ,‬כך שחלל החדר מואר כולו‪.‬‬
‫אנימציה לשבירת אור ‪-‬בעזרת מד עוצמת האור‬
‫מים‬
‫בבקבוק‬
‫) מכשיר ירוק(אפשר לראות את הקשר בין זווית‬
‫האוויר בחדר‬
‫הפגיעה לעוצמת האור(‪.)intesity‬יש לצאת מהמים‪.‬‬
‫בנוסף כאשר הזווית הפגיעה מאוד שטוחה‪ ,‬נוצרת‬
‫החזרה גמורה‪ ,‬כך שהאור לא יוצא בכלל מהמים‪.‬‬
‫א‪ .‬גורמים‬
‫במערכת‬
‫אותם ניתן‬
‫לשנות‬
‫ולהשפיע בכך‬
‫על התופעה‬
‫או על הביטוי‬
‫של הגורמים‬
‫הנבדקים –‬
‫גורמים‬
‫משפיעים‬
‫סוג‬
‫כמות‬
‫טמפרטורה‬
‫מומסים‬
‫שינוי‬
‫עכירות‬
‫מים‬
‫תדר‬
‫צפיפות‬
‫אורך גל‬
‫צבע‬
‫אור‬
‫השמש‬
‫משך זמן‬
‫חשיפה‬
‫עוצמה‬
‫אקונומיקה‬
‫ב‪ .‬גורמים‬
‫אותם ניתן‬
‫לבדוק‪ /‬למדוד‬
‫– גורמים‬
‫מושפעים‬
‫נפח‬
‫בקבוק‬
‫צורה‬
‫סוג‬
‫עוצמת‬
‫אור‬
‫עובי‬
‫חלק הבקבוק‬
‫שבתוך הגג‬
‫לוקס‬
‫קנדילה‬
‫אחידות‬
‫ניתן‬
‫בסרט? וכיצד‬
‫התופעה‬
‫הביטוי של‬
‫המערכת על‬
‫תיתכן השפעה‬
‫הרכיבים‬
‫ג‪ .‬לאלו מן‬
‫של‬
‫מאפיינים‬
‫המוצגתואילו‬
‫משפיעים‬
‫גורמים‬
‫מכונים‬
‫רכיבי‬
‫מאפיינים של‬
‫אותם?‬
‫לשנות‬
‫שמשפיעים על‬
‫התופעה??‬
‫ערכם‬
‫רכיבים‬
‫את‬
‫ביטוי‬
‫נמדוד‬
‫על‬
‫גםעל‬
‫כיצד‬
‫להשפעה‬
‫חישבו‬
‫להשתנות?‬
‫לגרום‪.‬‬
‫לרכיבים‬
‫שיכולים‬
‫יכולים‬
‫התופעהבסרט‬
‫רכיב‬
‫המופיעה‬
‫בביטויכל‬
‫של‬
‫המערכת‬
‫המאפיינים‬
‫מאפיינים‬
‫פרקו את‬
‫מהם‬
‫ה‪ .‬אלו‬
‫ב‬
‫ד‬
‫מושפעים‪.‬‬
‫גורמים‬
‫נקראים‬
‫התופעה‬
‫ביטויי‬
‫התופעה ואינן חלק פיזי מהמערכת‪.‬‬
‫חשבו על קשרים בין שתי הקבוצות‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫העכירות של המים משפיע על עוצמת התאורה ועל‬
‫טמפרטרות החדר‪.‬‬
‫משך זמן החשיפה לשמש משפיע על הטמפרטורה של‬
‫החדר‪.‬‬
‫החלק של הבקבוק שבתוך הגג משפיע על התאורה‪.‬‬
‫עוצמת הקרינה (השעה ביום) משפיעה על הטמפרטורה ועל‬
‫התאורה‪.‬‬
‫צורתו הגיאומטרית של הבקבוק משפיע על התאורה‪.‬‬
‫החומר שממנו עשוי הבקבוק משפיע על התאורה‪.‬‬
‫הצבע של הבקבוק (אורך הגל של הקרינה) משפיע על‬
‫התאורה‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫אלו קשרים‪ ,‬אתם משערים‪ ,‬שקיימים בין הגורמים של שתי הקבוצות?‬
‫דוגמא‪ -‬עוצמת הקרינה של השמש משפיעה על עוצמת "התאורה" בבית‪.‬‬
‫נסחו ‪ 3‬שאלות חקר המתייחסות לקשרים אלו‪.‬‬
‫דוגמאות‪ -‬כיצד צבע הבקבוק (אורך גל ) משפיע על טמפרטורת החדר?‬
‫כיצד משפיע החלק היחסי של הבקבוק שנמצא בתוך הגג על "התאורה"?‬
‫כיצד משפיעה הזווית שבה האור פוגע בבקבוק על "התאורה"?‬
‫בחרו את אחת משאלות החקר‪ ,‬העריכו אותה ושפרו במידת הצורך‪.‬‬
‫שיפור‪-‬כיצד זווית הפגיעה של האור ביחס למשיק משפיעה על "התאורה"‬
‫נסחו לשאלה שבחרתם השערה שמתארת כיוון אפשרי לקשר בין‬
‫הגורמים‪ ,‬למשל ‪ :‬ככל ש‪ /‬אם ‪ ......‬יגדל ‪ ....... ,‬יגדל‪ /‬יקטן‪.‬‬
‫השערה ‪ :‬ככל שזווית הפגיעה ביחס למשיק יותר קטנה ‪,‬התאורה תתחלש‬
‫הסבירו על מה ביססתם את השערתכם‪.‬‬
‫הסבר לדוגמא‪ :‬ככל שהזווית יותר גדולה ביחס למשיק ‪ ,‬אנרגיית השמש שפוגעת בבקבוק‬
‫מתפרסת על שטח יותר קטן ולכן הקרינה יותר חזקה ויותר מרוכזת‪ .‬בזווית קטנה ביחס‬
‫למשיק‪ ,‬האנרגיה לא מרוכזת‬
‫מכיוון שמתפרסת על שטח גדול‪( .‬בעמוד הבא יש איור שמסביר ההשערה)‬
‫איור שממחיש את השפעת זווית הפגיעה של קרני השמש‬
‫בכדו"הא‪-‬הקטנת זווית הפגיעה ביחס למשיק (‪,)B‬‬
‫מגדילה את השטח שהקרינה מתפרסת עליו ‪,‬בהשוואה ל‪.A-‬‬
‫שלבי תכנון הניסוי‬
‫• שלב א'‪ -‬בידוד גורמים משפיעים (בידוד משתנים)‬
‫גורם משפיע קבוע‬
‫גורם משפיע משתנה‬
‫גורם מושפע שנמדד‬
‫מרחק מקור אור‬
‫בקבוק קבוע‬
‫צורת ההתקנה של‬
‫הבקבוק קבועה‬
‫תמיסת קבועה‬
‫בהרכבה ובריכוזה‬
‫משך זמן החשיפה‬
‫לקרינה אחיד‬
‫מקור הקרינה (עוצמת‬
‫קרינה ואורכי גל) אחיד‬
‫הזווית של הקרינה‬
‫ביחס למשיק משתנה‬
‫עוצמת התאורה‬
‫שנמדדה‬
‫שלב ב'‪ -‬תכנון המערכת של הניסוי‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪ .1‬תכנון המערכת הפיזית של הניסוי‪.‬‬
‫ארגז קרטון של טלביזיה או מקרר‪ ,‬מצופה מבפנים‬
‫בנייר שחור‪ ,‬יהווה מודל של הפחונים החשוכים‪.‬‬
‫מנורת שולחן תייצג את קרינת השמש‪,‬כאשר שינוי‬
‫הזווית שבה האור פוגע בארגז תייצג את זווית‬
‫הקרינה של השמש בשעות היום השונות‪.‬‬
‫קידוח חור והצבת בקבוק של ‪ 1.5‬ליטר בתוך הארגז‪.‬‬
‫הצבת מד אור בתוך הארגז כך שהגלאי מוכנס‬
‫לקופסא‪ ,‬והצג של המכשיר נמצא בחוץ‪ .‬דרך נוספת‬
‫למדידה היא ע"י לוח סולארי כך שהזרם החשמלי‬
‫שהלוח יפיק מייצג את עוצמת התאורה‪.‬‬
‫‪.2‬אמצעי מדידה של הגורם המשפיע המשתנה‬
‫ושל הגורם המושפע‬
‫• הגורם המשפיע – הזווית בין האור לבין הדופן‬
‫העליונה של הארגז‪.‬‬
‫המדידה תעשה בעזרת מד זווית ע"י מתיחת חוט‬
‫מהנורה אל הבקבוק ומדידת הזווית בין החוט לדופן‬
‫העליון –הגג של הארגז‪.‬‬
‫• הגורם המושפע‪ -‬עוצמת האור‪ .‬הגורם יבדק ע"י מד‬
‫אור‪ .‬במידה ואין מד אור‪ ,‬נמדוד בעזרת מד אור את‬
‫הזרם שהלוח מפיק‪ .‬הלוח הסולארי יוצב בתוך הארגז‪,‬‬
‫ומד הזרם יחובר ללוח הסולארי ויוצב מחוץ לארגז‪.‬‬
‫ביצוע הניסוי ורישום התוצאות‬
‫זווית הקרינה במעלות‬
‫עוצמת הזרם החשמלי ביחידות אמפר‬
‫נבצע מספר חזרות של הזוויות שבחרנו‬
‫במטרה לקבל ממוצע של כל המדידות‬
‫בזווית מסויימת‪.‬‬
‫עיבוד גרפי של הנתונים‬
‫• מכינים גרף של עוצמת הזרם כפונקציה של זוויות‬
‫הפגיעה‪ ,‬או גרף של עוצמת האור כתלות בזווית‪.‬‬
‫מסקנות‬
‫• תוצאות הניסוי מאמתות את ההשערה לפיה ככל‬
‫שזווית הפגיעה של הקרינה ביחס לגג הארגז‬
‫גדולה יותר‪ ,‬כך חלל החדר יואר בתאורה חזקה‬
‫יותר‪.‬‬
‫• המסקנה היא שהתאורה בבית בשעות הצהרים‪,‬‬
‫כאשר הקרינה היא אנכית‪ ,‬תהיה יותר חזקה‬
‫יחסית לתאורה בשעות אחה"צ –בשעות אלו זווית‬
‫הפגיעה ביחס למישור הארגז קטנה יותר‪.‬‬
‫דיון ורפלקציה‬
‫• האם יש בסרטון רעיון מזמן לחקר?‬
‫– האם הייתם מציעים אותו לחקר כיתתי ‪ /‬אישי פתוח או מודרך?‬
‫האם רצוי שכל הכיתה תבצע ניסוי חקר אחיד וכך נקבל‬
‫הרבה חזרות ‪,‬או לחילופין נעדיף שכל קבוצה תבצע ניסוי‬
‫חקר אחר שקשור לתופעה‪ ,‬ולאחר מכן להציגו לכיתה‬