چشمه آب گرم
توضیح اولیه
چشمه های آب گرم طبیعی وقتی به وجود می آیند که گودال های زیرزمینی پر از آب شده و در اثر گرمای زمین بسیار بسیار داغ می شوند. وقتی آب خیلی گرم شود و به نقطه جوش برسد، چشمه ها فوران می کنندو محتویات موجود در آن ها به بالا پرتاب می شود و این چرخه هم چنان ادامه دارد. در این طرح درس دانش آموزان با انجام یک آزمایش، این مراحل را عیناً مشاهده می کنند.
اهداف
- در این درس دانش آموزان با علت فوران آب در چشمه های آب گرم آشنا شده و تأثیر عامل فشار را در این مورد بررسی می کنند.
وسایل لازم
- پایه
- حلقه فلزی
- ظرف آب گرم و یا هر منبع گرمازای دیگر
- ظرف پلاستیکی غذا
- ارلن
- چوب پنبه پلاستیکی
- بتونه
- کرونومتر یا ساعت
طرح درس
در این جا ابتدا باید مفهوم فشار را به دانش آموزان توضیح دهید. آن ها در طول درس با ارتباط فشار با طول آشنامی شوند. برای شروع دانش آموزان را به چند گروه تقسیم کنید و از آن ها بخواهید تا طبق روش زیر وسایل آزمایش را سرهم کنند:
روش کار:
1- در وسط ظرف پلاستیکی یک سوراخ ایجاد کنید. از تیغ و چاقو برای ایجاد سوراخ بزرگ تر استفاده کنید. سوراخ باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا لوله شیشه ای به راحتی در آن جا بگیرد.
2- منبع گرمایی را نزدیک پایه حلقه ای قرار دهید و ارلن را که با آب پر شده است را روی دستگاه حرارتی قرار دهید.
3- چوب پنبه را روی ارلن قرار داده و محکم کنید.
4- یک سر لوله شیشه ای یا پلاستیکی را روی سوراخ چوب پنبه قرار دهید.
5- حلقه فلزی را روی پایه و درست بالای لوله شیشه ای قراردهید(هنوز نیاز نیست زیاد آن را محکم کنید.)
6- ظرف پلاستیکی غذا را روی حلقه قرار دهید و مطمئن شوید که محکم شده. این حلقه از وزن ظرف و آب محافظت می کند.
7- طرف دیگر لوله شیشه ای (یا پلاستیکی) را در ظرف غذا قرار دهید. لوله شیشه ای باید جوری قرار گیرد که چند سانتی متر در داخل ظرف غذا باشد. محل اتصال لوله و ظرف را با بتونه محکم کنید.
8- آب سرد را درون ظرف پلاستیکی بریزید. آب باید به میزانی باشد که یک یا دو سانتی متر از لوله شیشه ای زیر سطح آب باشد.
9- منبع گرمائی را روشن کنید و عقب بایستید.
10- بعد از اینکه چشمه فوران کرد، خودش را آرام آرام با مکیدن آب سرد از ظرف پلاستیکی به فلاسک آماده فوران بعدی می کند. قبل از اینکه آب ظرف پلاستیکی خیلی داغ شود و اختلاف دمای آن با آب درون فلاسک کم شود، چندین فوران حسابی رخ می دهد. بعد از آن دیگر سیستم دوباره پر نمی شود. وقتی این اتفاق افتاد، وسیله گرمازا را از برق بکشید و منتظر بمانید آب ظرف پلاستیکی سرد شود.
از بچه ها بخواهید در فاصله مناسب بایستند و آنچه برای آب گرم در حال جوش اتفاق می افتد تماشا کنند.
از آن ها بپرسید چند چیز را در این چشمه آب گرم کشف کردید؟ بچه ها باید توسط کرونومتر زمان و تعداد فوران هائی را که مشاهده می کنند ثبت کنند.
چه اتفاقی رخ می دهد؟
بعد از انجام آزمایش به صورت زیر به آن ها توضیح دهید که در واقع چه اتفاقی افتاده است:
در چرخه چشمه آب گرم سه مرحله مهم وجود دارد. گرما، فوران و دوباره پر شدن.
زمان گرم شدن لازم برای فوران به دو عامل اصلی بستگی دارد: انرژی منبع گرمایی و طول لوله شیشه ای.اگر لوله بلندتر باشد فشار بیشتری روی آب ارلن می آید. فشار بیشتر باعث می شود، عمل جوش آمدن آب سریع تر انجام شود و فوران چشمه بلندتر باشد.
بخار آب می تواند نسبت 1500 برابر حجم خودش منبسط شود و آب را به بیرون چشمه پرتاب کند. زمانی که مایع از لوله بالا می آید، باعث کاهش فشار در ظرف زیرینش می شود و نقطه جوش آب را کاهش می دهد و به همین دلیل تبدیل آب به بخار سریع تر اتفاق می افتد.
در مرحله پر شدن، تا وقتی که فوران آرام شود، مقدار کمی آب خنک از ظرف بالایی به سمت ارلن سرازیر می شود و باعث می شود بخار موجود در لوله و ارلن متراکم شود. این امر باعث کاهش فشار درون دستگاه می شود و به جو بیرونی اجازه می دهد آب بیشتری را روانه ارلن بکند.
می دانستید؟
پارک یلواستون نزدیک به 400 چشمه از 700 چشمه طبیعی در جهان را در خودش جای داده است و بزرگ ترین فوران های چشمه های آب گرم در آن ها مشاهده می شود که طول بیشترین آن ها نزدیک به 105 متر بوده است!
مترجم: دنیا گرایلی
تنظیم: نسرین صادقی
