בחלק הראשון של המאמר סקרתי שלוש תופעות המסייעות להוכיח את נכונותו של המודל החלקיקי של החומר על פני המודל הרציף של החומר.
התופעות הן: 1. ניתן לדחוס גז, 2. המסת סוכר במים לא משנה את נפחם 3. פעפוע.
בחלק השני סקרתי את תופעה רביעית - לחץ בדגש על לחץ האוויר.
עכשיו נמשיך לחלק השלישי:
או במילים אחרות: בין חלקיקי הנוזל והגז יש כוחות משיכה ואילו בין חלקיקי הגז אין כוחות משיכה.
הטענה שמעלה המודל החלקיקי היא שקיום כוחות המשיכה הללו הוא שמגביל את הנפח של הנוזל והמוצק. במוצק כוחות המשיכה חזקים מידי כדי לנוכל להדגימם בניסוי אך עבור נוזלים קיימות כמה הדגמות יפות:
בועות סבון - במעבדות רבות יש צורות שונות ליצירת צורות יפות מסבון נוזלי. למשל קוביה וטטראדר:
הדגמה יפה מתקבלת כאשר נושפים בצורות אלו להפקת בועות סבון. אם נשאל את התלמידים רבים יחשבו שהבועות ייצאו בצורת משולש או ריבוע. בפועל תמיד מתקבלת צורת כדור. כאן אפשר להסביר על היות הכדור הצורה בעלת היחס שטח פנים לנפח הקטן ביותר. עקב כך, הקושי שמופעל על כוחות המשיכה בין החלקיקים קטן יותר.
מבנה החלקיקים בצורת כדור:
עוד הדגמה יפה עם סבון נוזלי היא יצירת טבעת מתכת אשר לאורכה נקשר חוט. ניתן למשוך את החוט ולהגדיל את הבועה.
אחת ההדגמות החביבות עלי היא הצפה של סיכת תפירה על פני מים.
המודל החלקיקי לתופעה נראה כך:
כוחות המשיכה שבין חלקיקי המים חזקים מספיק בכדי להציף את הסיכה. הצפת הסיכה עצמה דורשת מעט מיומנות. דווקא הנסיונות הכושלים מוכיחים לתלמידים שזה אינו מובן מאליו שהסיכה מצליחה לצוף. אחת הדרכים להקל על הצפת הסיכה היא להעזר בנייר סינון. מניחים את הסיכה על פני נייר הסינון וטובלים אותם באיטיות במים כך שהנייר צף ומעליו הסיכה. בהמשך משקעים בעדינות את הנייר והסיכה ממשיכה לצוף.
הדגמות נוספות לכוחות המשיכה בין חלקיקי המים:
"כוס קידוש" - מילוי כוס עד מעל לשפה כפי שנהוג בקידוש של יום שישי. המים (אפשר כמובן לצבוע בצבע אדום לשם האפקט ה"קידושי") יוצרים גבעה מעל לשפת הכוס. יש לוודא כי שפת הכוס חלקה. כוס כימית עם פיה לא תתאים להדגמה זו אך כוס חד פעמית תעבוד מצויין (או כמובן, כוס קידוש).
"הדבקת" שתי זכוכיות נושא בעזרת טיפת מים.
סרטונים של חרקים העומדים על המים - ניתן לרוב לראות את השקע שיוצר משקל הגוף של החרק במים.
העשרה - כיצד פועל דבק
מתחילים בפעילות מיון של מוצקים מחומרים שונים לפי קריטריונים: האם החומר זורם? האם אלסטי? האם בעל צורה קבועה (ללא הפעלת כוח)? האם נפחו קבוע? האם קשה או רך?
לתלמידים קל לקבל כי מוצק הוא בעל צורה קבועה ונפח קבוע. הם גם יסכימו שמוצק לא זורם, עד שנשאל על אבקה. האם אבקה היא מוצק? ניתן להדגים עם עדשים, אורז, סוכר או חול שכאשר נשפוך אבקה לכלי, היא תקבל את צורת הכלי. תכונה השייכת לנוזלים. אבקה אינה נוזל מאחר והיא מורכבת מחלקיקים מוצקים. היא גם אינה זורמת - אנו יכולים ליצור ערמה או ליצור חור במרכז הערמה והם יישארו כך, בניגוד לנוזל בו לאחר שניצור חור, החור מייד יתמלא.
המוצקים מתחלקים לשניים:
1. מוצקים גבישיים - בהם לחלקיקים יש מבנה מסודר ואופייני.
כאן ניתן להוסיף העשרה על קוואזיגבישים ולהתייחס לפרס הנובל שקיבל דן שכטמן מהטכניון על גילויים.
2. מוצקים שאינם גבישיים - בהם לחלקיקים אין מבנה וסדר אופייני.
כאן אני נתקלת בהתלבטות, במיוחד עבור תלמידים מתקשים. השאלות שמציג משרד החינוך (במיצ"ב, במפמ"רים, בערכות הלה) מתייחסות רק למוצקים גבישיים ולכן מבנה מסודר מוגדר כאחת מתכונות המוצק. מה חשוב יותר עבור תלמיד מתקשה, שסביר שלא ימשיך ללימודי מדעים ברמות גבוהות (אפילו לא בתיכון), לשמוע את האמת המלאה או רק את החלק שיאפשר לו לעבור בקלות יותר את המבחן?
קיימים מספר חומרים המתגבשים במהירות ואשר ניתן לעקוב אחרי היווצרותם במיקרוסקופ במעבדה. אני משתמשת בחומרים: נתרן תיוסולפט, סודיום אצטט, אשלגן יודי ונחושת כלורית. היתרון של רבעייה זו היא שצורת הגביש של כל חומר שונה. ניתן לצפות באופן כיתתי בעזרת מצלמה על הלוח. זה מאפשר למורה הכוונה ברורה יותר. אני מעדיפה להציב עמדות מיקרוסקופ ולאפשר לתלמידים לעבור בניהן. התלמידים מתבקשים לצייר במחברת את הגבישים שראו. ציור מתצפית זו מיומנות קשה עבור רוב התלמידים ודווקא גבישים הם יחסית קלים לציור.
התופעות הן: 1. ניתן לדחוס גז, 2. המסת סוכר במים לא משנה את נפחם 3. פעפוע.
בחלק השני סקרתי את תופעה רביעית - לחץ בדגש על לחץ האוויר.
עכשיו נמשיך לחלק השלישי:
תופעה חמישית: גז ממלא את כל נפח הכלי ואילו נוזל ומוצק לא.
או במילים אחרות: בין חלקיקי הנוזל והגז יש כוחות משיכה ואילו בין חלקיקי הגז אין כוחות משיכה.הטענה שמעלה המודל החלקיקי היא שקיום כוחות המשיכה הללו הוא שמגביל את הנפח של הנוזל והמוצק. במוצק כוחות המשיכה חזקים מידי כדי לנוכל להדגימם בניסוי אך עבור נוזלים קיימות כמה הדגמות יפות:
בועות סבון - במעבדות רבות יש צורות שונות ליצירת צורות יפות מסבון נוזלי. למשל קוביה וטטראדר:
מבנה החלקיקים בצורת כדור:
עוד הדגמה יפה עם סבון נוזלי היא יצירת טבעת מתכת אשר לאורכה נקשר חוט. ניתן למשוך את החוט ולהגדיל את הבועה.
אחת ההדגמות החביבות עלי היא הצפה של סיכת תפירה על פני מים.
המודל החלקיקי לתופעה נראה כך:
כוחות המשיכה שבין חלקיקי המים חזקים מספיק בכדי להציף את הסיכה. הצפת הסיכה עצמה דורשת מעט מיומנות. דווקא הנסיונות הכושלים מוכיחים לתלמידים שזה אינו מובן מאליו שהסיכה מצליחה לצוף. אחת הדרכים להקל על הצפת הסיכה היא להעזר בנייר סינון. מניחים את הסיכה על פני נייר הסינון וטובלים אותם באיטיות במים כך שהנייר צף ומעליו הסיכה. בהמשך משקעים בעדינות את הנייר והסיכה ממשיכה לצוף.
הדגמות נוספות לכוחות המשיכה בין חלקיקי המים:
"כוס קידוש" - מילוי כוס עד מעל לשפה כפי שנהוג בקידוש של יום שישי. המים (אפשר כמובן לצבוע בצבע אדום לשם האפקט ה"קידושי") יוצרים גבעה מעל לשפת הכוס. יש לוודא כי שפת הכוס חלקה. כוס כימית עם פיה לא תתאים להדגמה זו אך כוס חד פעמית תעבוד מצויין (או כמובן, כוס קידוש).
"הדבקת" שתי זכוכיות נושא בעזרת טיפת מים.
סרטונים של חרקים העומדים על המים - ניתן לרוב לראות את השקע שיוצר משקל הגוף של החרק במים.
העשרה - כיצד פועל דבק
תופעה שישית - צמיגות משתנה בנוזלים שונים
את תופעת הצמיגות התלמידים פוגשים בשלב מוקדם יותר של השנה כאשר לומדים על התכונות המאפיינות נוזל לעומת תכונות הגז והמוצק. יחד עם זאת, רק כעת נוכל להציע הסבר מדוע לנוזלים שונים יש צמיגות שונה - כוחות המשיכה בין החלקיקים שונים בכוחם בנוזלים שונים. כלל שהצמיגות גבוהה יותר כך כוחות המשיכה חזקים יותר.
תופעה שביעית - מוצקים שומרים על צורה קבועה
מתחילים בפעילות מיון של מוצקים מחומרים שונים לפי קריטריונים: האם החומר זורם? האם אלסטי? האם בעל צורה קבועה (ללא הפעלת כוח)? האם נפחו קבוע? האם קשה או רך?
לתלמידים קל לקבל כי מוצק הוא בעל צורה קבועה ונפח קבוע. הם גם יסכימו שמוצק לא זורם, עד שנשאל על אבקה. האם אבקה היא מוצק? ניתן להדגים עם עדשים, אורז, סוכר או חול שכאשר נשפוך אבקה לכלי, היא תקבל את צורת הכלי. תכונה השייכת לנוזלים. אבקה אינה נוזל מאחר והיא מורכבת מחלקיקים מוצקים. היא גם אינה זורמת - אנו יכולים ליצור ערמה או ליצור חור במרכז הערמה והם יישארו כך, בניגוד לנוזל בו לאחר שניצור חור, החור מייד יתמלא.
המוצקים מתחלקים לשניים:
1. מוצקים גבישיים - בהם לחלקיקים יש מבנה מסודר ואופייני.
כאן ניתן להוסיף העשרה על קוואזיגבישים ולהתייחס לפרס הנובל שקיבל דן שכטמן מהטכניון על גילויים.
2. מוצקים שאינם גבישיים - בהם לחלקיקים אין מבנה וסדר אופייני.
כאן אני נתקלת בהתלבטות, במיוחד עבור תלמידים מתקשים. השאלות שמציג משרד החינוך (במיצ"ב, במפמ"רים, בערכות הלה) מתייחסות רק למוצקים גבישיים ולכן מבנה מסודר מוגדר כאחת מתכונות המוצק. מה חשוב יותר עבור תלמיד מתקשה, שסביר שלא ימשיך ללימודי מדעים ברמות גבוהות (אפילו לא בתיכון), לשמוע את האמת המלאה או רק את החלק שיאפשר לו לעבור בקלות יותר את המבחן?
קיימים מספר חומרים המתגבשים במהירות ואשר ניתן לעקוב אחרי היווצרותם במיקרוסקופ במעבדה. אני משתמשת בחומרים: נתרן תיוסולפט, סודיום אצטט, אשלגן יודי ונחושת כלורית. היתרון של רבעייה זו היא שצורת הגביש של כל חומר שונה. ניתן לצפות באופן כיתתי בעזרת מצלמה על הלוח. זה מאפשר למורה הכוונה ברורה יותר. אני מעדיפה להציב עמדות מיקרוסקופ ולאפשר לתלמידים לעבור בניהן. התלמידים מתבקשים לצייר במחברת את הגבישים שראו. ציור מתצפית זו מיומנות קשה עבור רוב התלמידים ודווקא גבישים הם יחסית קלים לציור.
