Temat

Przewodnictwo elektryczne i cieplne ciał stałych

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości. Uczeń:

3) rozróżnia pojęcia: obserwacja, pomiar, doświadczenie; przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów;

4) opisuje przebieg doświadczenia lub pokazu; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyjaśnianie właściwości elektrycznych i cieplnych ciał stałych.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie przewodników i izolatorów prądu elektrycznego.

2. Rozpoznawanie przewodników i izolatorów cieplnych.

3. Określanie różnic w budowie wewnętrznej przewodników i izolatorów ciepła i prądu.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje przewodniki i izolatory prądu i ciepła,

- określa różnice w budowie przewodników i izolatorów prądu i ciepła.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Uczenie przez eksperymentowanie.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie 1

Odpowiedz na pytania:

a) Jak dzielimy ciała stałe ze względu na ich właściwości fizyczne?
b) Jak ułożone są cząsteczki w ciałach o budowie krystalicznej a jak w ciałach o budowie amorficznej?

Odpowiedź:

a) Wśród ciał stałych wyróżniamy ciała o budowie krystalicznej i ciała o budowie amorficznej. Ciała krystaliczne mogą występować w formie monokryształów i ciał polikrystalicznych.
b) Cząsteczki w ciałach o budowie krystalicznej ułożone są w sposób uporządkowany. Cząsteczki w ciałach o budowie amorficznej ułożone są w sposób nieuporządkowany.

Polecenie 2

Obejrzyj galerię zdjęć i odpowiedz na pytania:

a) Które z ciał przedstawionych na zdjęciach według ciebie mogą przewodzić prąd elektryczny?
b) Które z ciał przedstawionych na zdjęciach według ciebie mogą dobrze przewodzić ciepło?

[Ilustracja 1]

Odpowiedź:

a) Ciała dobrze przewodzące prąd elektryczny to sztabka złota przedstawiona na zdjęciu 1 oraz miedź przedstawiona na zdjęciu 2.
b) Ciała dobrze przewodzące ciepło to sztabka złota przedstawiona na zdjęciu 1 oraz miedź przedstawiona na zdjęciu 2.

Wniosek:

Ciała dobrze przewodzące prąd elektryczny również przewodzą dobrze ciepło.

Realizacja lekcji

Doświadczenie 1

Własności elektryczne ciał stałych.

Problem badawczy:

Wykazanie zdolności ciał stałych do przewodnictwa prądu.

Hipoteza badawcza:

Ciała stałe mogą przewodzić prąd elektryczny.

Co będzie potrzebne?

a) ogniwo 1,5 V lub bateria 4,5 V;
b) trzy przewody z zaciskami;
c) żarówka 1,5 V lub 4,5 V w oprawce;
d) przedmioty poddawane testom na przewodnictwo elektryczne (plastikowa łyżeczka, nóż metalowy, kartka papieru, moneta itp.).

Instrukcja:

a) Poproś o pomoc osobę dorosłą w domu i przy jej pomocy połącz wszystkie elementy obwodu elektrycznego zgodnie z poniższym rysunkiem.

[Ilustracja 2]

b) W miejsce noża umieszczaj kolejno pozostałe przedmioty. Zanotuj w tabeli wynik pomiaru.

[Tabela 1]

Obserwacja:

Jeżeli pomiędzy zaciskami przewodu znajduje się metal to żarówka świeci. Jeżeli pomiędzy zaciskami przewodu znajduje się tworzywo sztuczne to żarówka nie świeci.

Wniosek:

a) Metale przewodzą prąd a tworzywa sztuczne nie przewodzą prądu.
b) Ze względu na właściwości elektryczne ciała stałe możemy podzielić na dwie grupy: przewodniki i izolatory prądu elektrycznego.

Polecenie 3

Obejrzyj aplet geogebry „Przewodnictwo cieplne różnych materiałów”.

[Geogebra aplet]

Polecenie 4

Korzystając z powyższego apletu wpisz do podanej tabeli brakujące wartości przewodnictwa cieplnego.

[Tabela 2]

Polecenie 5

Przyjmując, że izolatorem cieplnym jest materiał o wartości przewodnictwa cieplnego $\lambda <10\frac{W}{(m·K)}$
(Uwaga: literę grecką $\lambda$ - czytamy jako „lambda”), podziel materiały z tabeli na przewodniki ciepła i izolatory cieplne.

Odpowiedź:

Przewodniki ciepła to: glin, miedź, cyna.
Izolatory ciepła to: pleksiglas, szkło zwykłe, drewno.

Wniosek:

a) Dobre przewodniki ciepła są dobrymi przewodnikami prądu.
b) Izolatory ciepła są również izolatorami elektrycznymi.

Polecenie 6

Określ budowę cząsteczkową substancji będącej dobrym przewodnikiem prądu. Uzasadnij swój wybór.

Odpowiedź:

Substancje będące dobrymi przewodnikami prądu mają wewnętrzną budowę uporządkowaną, są substancjami krystalicznymi (kryształy lub polikryształy).

Dla dobrego przewodzenia potrzebny jest dobry kontakt pomiędzy cząsteczkami. Ciała krystaliczne ze względu na dużą gęstość cząsteczek spełniają ten warunek.

Podsumowanie lekcji

- Ze względu na właściwości elektryczne ciała stałe możemy podzielić na dwie grupy: przewodniki i izolatory prądu elektrycznego.
- Zwykle dobre przewodniki elektryczności są dobrymi przewodnikami ciepła (np. metale).
- Przewodniki prądu posiadają budowę krystaliczną.