Siirry sisältöön

Lämpöoppi

Yläkoululaisille suunnatussa lampöopin tehtäväkokonaisuudessa käsitellään eri olomuodossa olevien aineiden jäähtymistä ja faasimuutoksia. Tehtäväkokonaisuus koostuu kolmesta tehtävästä:

  • Veden jäähtyminen
  • Veden jäätyminen
  • Jäiden kalastelua

Tehtävät löytyvät sivulta ja tulostettavina sivun alalaidasta työohjeina.

Tehtävien kuvaukset ja niiden tavoitteet

Veden jäähtymistehtävässä oppilaat tulkitsevat veden jäähtymiskuvaajaa ja tarkastelevat lämpöenergian siirtymistä jäähtymisprosessin aikana. Tehtävän tavoitteena on vahvistaa oppilaiden tietämystä lämpöopin perusteista, kuten lämpötasapainosta.

Veden jäätymistehtävässä oppilaat valitsevat kuvaajan, joka heistä parhaiten kuvaa lämpötilan muutosta, kun huoneenlämpöinen (23 celsius-asteinen) vesi jäähtyy -18 celsius-asteeseen. Lisäksi oppilaat miettivät miten tehtävässä annetut faktat aineen eri olomuodoista tukevat kuvaajan valintaa.

Tehtävän tavoitteena on syventää oppilaiden ymmärrystä faasimuutoksista ja niitä selittävistä lainalaisuuksista ja malleista. Lisäksi tehtävällä pyritään tukemaan oppilaiden perustelutaitoja ohjaamalla heitä miettimään miten annetut faktat aineen olomuodoista tukevat kuvaajan valintaa.

Jäiden kalastelua -tehtävässä oppilaille näytetään demonstraatiovideo, jossa vedessä kelluvat jääpalat tarttuvat lankaan suolan avulla. Oppilaita pyydetään selittämään millaisia faasimuutoksia ilmiössä tapahtuu. Tehtävän tavoitteena vahvistaa oppilaiden ymmärrästä faasimuutoksista.


Jäähtymistehtävät

Keitinlasiin laitetaan 80 celsius-asteista vettä. Veden annetaan jäähtyä luokkahuoneessa. Veden lämpötila mitataan useita kertoja jäähtymisen aikana. Mittaustuloksista muodostuu alla oleva kuvaaja.

 

Mikä on luokkahuoneen lämpötila? Perustele vastauksesi

Arvioi ovatko seuraavat väittämät 1-3 tosia vai epätosia.

1) Luokkahuone luovuttaa lämpöenergiaa keitinlasiin.

  1. Väite on tosi
  2. Väite on epätosi
  3. En tiedä

Jos väite on mielestäsi epätosi, kerro miten se on ristiriidassa lämpöopin lainalaisuuksien kanssa.

2) Luokkahuone vastaanottaa lämpöenergiaa keitinlasista.

  1. Väite on tosi
  2. Väite on epätosi
  3. En tiedä

Jos väite on mielestäsi epätosi, kerro miten se on ristiriidassa lämpöopin lainalaisuuksien kanssa.

3) Luokkahuone ei luovuta eikä vastaanota lämpöenergiaa keitinlasista.

  1. Väite on tosi
  2. Väite on epätosi
  3. En tiedä

Jos väite on mielestäsi epätosi, kerro miten se on ristiriidassa lämpöopin lainalaisuuksien kanssa.

 


Ominaislämpökapasiteetti

Tehtävä 1

Alumiinin ominaislämpökapasiteetti on noin kaksi kertaa suurempi kuin kuparin ominaislämpökapasiteetti.

Saman massaiset kupari- ja alumiinikappaleet siirretään kuumasta vedestä kylmään veteen samanaikaisesti. Tämän jälkeen odotetaan, että kylmässä vedessä olevat kappaleet ovat saavuttaneet lämpötasapainon.

Lopuksi

  1. alumiinilla on suurempi lämpötila kuin kuparilla.
  2. kuparilla on suurempi lämpötila kuin alumiinilla.
  3. alumiinilla ja kuparilla on sama lämpötila.
  4. alumiinin ja kuparin välinen lämpötilaero riippuu kylmän veden määrästä.
  5. alumiinin ja kuparin välinen lämpötilaero riippuu kuuman veden määrästä.

Perustele vastauksesi.

Tehtävä 2

Kun 200 g vettä lämmitetään, sen lämpötila muuttuu alla olevan kuvaajan mukaisesti.

Sama mittaus toistetaan siten, että veden massa on kaksi kertaa suurempi (400 g). Mikä seuraavista kuvaajista parhaiten kuvaa lämpötilan muutosta?

  1. Kuvaaja A
  2. Kuvaaja B
  3. Kuvaaja C
  4. Kuvaaja D
  5. Kuvaaja E

Perustele vastauksesi.

Tehtävä 3a

100 oC kuparitanko siirrettiin 10 oC veteen, jonka lämpötilaa seurattiin lämpömittarilla. Alla olevassa kuvassa on esitetty vedessä havaittu lämpötilan muutos.

Tarkastele kuvaajaa. Arvioi millä ajanhetkellä kuparitanko on laitettu veteen. Miten ajanhetki näkyy kuvaajassa?

Milloin kuparitanko on lämpötasapainossa veden kanssa?

Miten se näkyy lämpötilan kuvaajassa?

Tehtävä 3b

Seuraavaksi kaksi kertaa suurempi kuparitanko laitetaan 10 oC veteen, jonka lämpötilan muutosta seurataan lämpömittarilla. Veden lämpötilan muutos piirretään samaan kuvaajaan alkuperäisen kokeen kanssa.

Mikä alla olevista kuvista havainnollistaa suuremman tangon lämpötilan muutosta?

Kuva A
Kuva B
Kuva C
  1. Kuva A
  2. Kuva B
  3. Kuva C

Perustele valintasi.

 


Jäätymistehtävä

Yksi desilitra huoneenlämpöistä (23oC) vettä laitetaan pakastimeen, jonka sisälämpötila on -18oC. Vesi on pakastimessa niin kauan, kunnes sen lämpötila on sama kuin pakastimen sisälämpötila.

Mikä yllä olevista kuvaajista (1-4) vastaa parhaiten lämpötilan muutosta ajan kuluessa?

  1. Kuvaaja 1
  2. Kuvaaja 2
  3. Kuvaaja 3
  4. Kuvaaja 4

Tukevatko seuraavat faktat kuvaajan valintaa?

Fakta Tukee Ei tue En tiedä
Nesteen jäähtyessä lämpöenergia siirtyy nesteestä ympäristöön.
Vesi jäätyy 0 celsius-asteessa.
Kiinteässä olomuodossa aineen rakenneosaset ovat säännöllisessä järjestyksessä, ja ne eivät pääse liikkumaan toistensa ohitse. Nestemäisessä olomuodossa rakenneosaset pääsevät liikkumaan toistensa ohitse ja ne eivät ole säännöllisessä järjestyksessä.
Kun rakenneosaset asettuvat säännölliseen järjestykseen, aineesta vapautuu energiaa ja sen lämpötila ei tällöin muutu.
Matalassa lämpötilassa kiinteän aineen rakenneosaset värähtelevät vähemmän kuin korkeassa lämpötilassa.

Jos tukee, kerro miten.

 


Jäiden kalastelua

Katso oheinen video.

Millaisia aineen olomuodon muutoksia ilmiössä tapahtuu?

 


Työohjeet (pdf-tiedosto) | (docx-tiedosto)