חומרים למורים ולתלמידים > השקיית הכדור הצמא

פרק 2. מאיפה המים מגיעים?

שיעור 2.2 באיזה אופן המים נעים בכדור הארץ?

חומרים: שקופיות 14-34

בשיעור נלמד על מצבי צבירה ועל מודל החלקיקים, על הקשר בין מצבי הצבירה ברמת המאקרו לסידור החלקיקים (המיקרו), ועל הקשר בין שינוי מצבי צבירה למחזור המים.  
 
שקופיות 14-16 : מצבי צבירה – מאקרו 
שקופית 14: המים נמצאים בכדור הארץ בשלושת מצבי הצבירה 
גז (אדי מים), נוזל (נהר, אוקיינוס, אגם, מי תהום, גשם), ומוצק (קרחונים, שלג).  
 
שקופית 15: מים בשלושת מצבי הצבירה – מאקרו. ניתן להדגים בכיתה את שלושת מצבי הצבירה באמצעות הבאה לכיתה של קומקום מים רותחים, כוס מים מהברז וקוביית קרח. אבל ניתן גם לוותר על ההדגמה עצמה ורק לערוך דיון עם התלמידים.  

  1. גז – נסו לגעת באדי מים – האם אתם מרגישים משהו? האם ניתן להזיז את האדים? תשובה: אדי מים יזוזו ברגע שניגע בהם, ולא ניתן לחוש בהם (אולי רק בטמפ' הגבוהה של אדי מים של מים שבושלו או חוממו זה עתה) – חשוב להסביר שיש אדי מים באוויר כל הזמן (לעיתים לחות גבוהה יותר ולעיתים נמוכה יותר)
  2. נוזל – נסו להכניס אצבע לתוך כוס מים – האם זה אפשרי? מה קורה למים? תשובה: מים ישנו את צורתם ברגע שנכניס אצבע או כפית.
  3. מוצק -נסו להכניס אצבע לתוך מים מוצקים (קרח) – האם זה אפשרי? תשובה:  לא ניתן להכניס אצבע לתוך מוצק. 

כדאי לסכם על תכונות מצבי הצבירה – אם יש צורך, ניתן להרחיב (אפשר מספר הלימוד). 
 
שקופית 16: מה עושה את ההבדל בין שלושת מצבי הצבירה?  
בקשו מהתלמידים לצייר במחברת את החלקיקים (כל חלקיק יצויר ככדור קטן) בתוך קוביית קרח, כוס עם מים ואדי מים שיצאו מסיר.  
רמז: החלקיקים זהים בגודלם ובצורתם. נסו להבין מה בכל זאת ההבדל בין מצבי הצבירה?  
תשובה: קרח, מים ואדי מים הם שלושה מצבי צבירה של אותו החומר – מים. לכן הם כולם עשויים מחלקיקי מים, הזהים אחד לשני. 
אז מה עושה את ההבדל בין שלושת מצבי הצבירה? 
אם היו לנו "משקפי קסם" שמאפשרות לנו לראות את החלקיקים, היינו יכולים להבין למה כל זה קורה.  
 
שקופיות 17-21: מים בשלושת מצבי הצבירה – מיקרו- מודל החלקיקים 
התכונות המשותפות לחומרים במצבי הצבירה השונים (לפי תכנית הלימודים תשפ"ד): 
מוצק – גופים מוצקים הם בעלי נפח קבוע בטמפרטורה נתונה. צורתם קבועה כאשר לא מופעל עליהם כוח חיצוני, והם אינם זורמים.  
נוזל – בעל נפח קבוע (גם כאשר מופעל עליהם לחץ חיצוני גדול) בטמפרטורה נתונה, זורם. 
גז –  בעל מסה; מתפשט וניתן לדחיסה; נפחו כנפח הכלי שבו הוא נמצא; מוליך חום גרוע; חלק מהגזים חסרי צבע וריח.   
 
שקופית 17: קישור בין התכונות המאקרוסקופיות של החומר לתכונות המיקרוסקופיות. בקשו מהתלמידים לשייך כל כוס בשקופית למצב הצבירה הנכון ולהוסיף נימוק. לאחר מכן ניתן להעלות לדיון/הצבעה עם נימוק וסיכום של המורה. 
 
ניסוי שניתן לבצע: 
תכונה: דחיסה של גזים (ולא של נוזל או מוצק)- לתת לתלמידים לדחוס אוויר במזרק (אפשר לנסות לדחוס מוצק כמו סוכר, ולנסות לדחוס נוזל כמו מים) 
שקופית 18: מודל החלקיקים – תשובה לשקופית הקודמת 
 
התופעות הבאות ניתנות להסבר באמצעות מודל החלקיקים: 
א. חבילת מגבונים לחים שנשארה ברכב סגור והתייבשה. 
ב. מדוע הריח של מרק חם ממלא את הבית אך כשהמרק מתקרר מריחים אותו הרבה פחות? 
ג. מדוע נפתחים גרגרי התירס בחימום והופכים לפופקורן? 
ד. מדוע מתמוססת אבקת השוקו טוב יותר בחלב חם מאשר בחלב קר? 
ה. מדוע נוצרים טיפות מים על דפנות פחית שתיה כשמוציאים אותה מהמקרר? 
ו. מדוע מתפזר עשן של סיגריה באוויר החדר "ונעלם"? 
ז. מדוע אם מכניסים בלון לתוך בקבוק ומנסים לנפח את הבלון לא מצליחים, אך אם נעשה חור בבקבוק יהיה ניתן לנפח את הבלון? 
מתוך משימת הערכה 2 – כיתה ז' מבנה החומר: מודל החלקיקים 
 
שקופית 19: מודל החלקיקים – עקרונות בסיסיים (בקשו מהתלמידים להעתיק למחברות): 

  • המים, כמו כל שאר החומרים, בנויים מחלקיקים זעירים וביניהם ריק
  • החלקיקים נמצאים בתנועה מתמדת
  • בין החלקיקים פועלים כוחות משיכה
  • האופן שבו החלקיקים צבורים הוא מצב הצבירה 

מקור: מדעי החומר ז'- כותר – עמ' 139 
 
שקופיות 20-21: המבנה של חלקיקי החומר במצבי הצבירה השונים –  
מצבי צבירה נקבעים לפי המרחק ביניהם, אופן סידור החלקיקים, אופי תנועתם וכוחות המשיכה הפועלים ביניהם. 
אפשר לתת לתלמידים למלא את הטבלה לפי המידע בספר הלימוד 
הטבלה המלאה מתוך תכנית הלימודים, תשפ"ד (מופיעה בשבקופית 21) 
ניתן להרחיב עוד שיעור או שניים על מודל החלקיקים של כל אחד ממצבי הצבירה, לפי הניסיון שלכםן. 
המאפיינים החשובים ליחידה זו: 
פעפוע – רלוונטי ליחידה השנייה "הפעלת הכדור המתחמם" 
לחץ גז – לא רלוונטי לנלמד השנה (לשיקול שלכםן אם ללמד) 
 
שקופיות 22-34: שינויים ומעברים בין מצבי צבירה 
 
שקופית 22: שינויים במצבי הצבירה  
חשוב להדגיש כי ישנם חומרים שעוברים המראה/ריבוץ (שיקוע), אבל אין זה מתאים לכל חומר, כמו מים. 
להדגיש כי יש חומרים שלא נמצאים בכל מצבי הצבירה על פני כדוה"א, כמו למשל הפחמן הדו-חמצני, שהוא רק במצב צבירה גז בטבע. 
תכנית הלימודים תשפ"ד – עמ' 28 – קיימות התנסויות של היתוך וקיפאון, התאדות ורתיחה + קיימת התנסות של המראה ושיקוע/ריבוץ עם "פטיש" זכוכית ובתוכו יוד 

  • המראה – תהליך בו חומר עובר ממצב צבירה מוצק ישירות למצב צבירה גזי.
  • רִיבּוּץ /שיקוע –  תהליך בו חומר עובר ממצב צבירה גז ישירות למצב צבירה מוצק. 
     

שקופית 23: מעבר בין מצבי צבירה- התכה  
כדאי לכתוב במחברת הגדרה של התכה / היתוך, נקודת היתוך (נקודת קיפאון) 
לשיקול המורה אם ללמד על גרף מעברי מצב צבירה (חום כמוס) 
תהליך התכת קרחונים: 

  • טמפרטורת הסביבה עולה
  • החלקיקים מקבלים אנרגיית חום ונעים מהר יותר
  • בטמפ' ההיתוך מהירות החלקיקים נשארת קבועה
  • החלקיקים מתרחקים ועוברים למצב פחות מסודר של נוזל 

שקופית 24: התמצקות /קיפאון – שלג/ברד 
קיפאון / התמצקות – מעבר מצב צבירה של חומר מנוזל למוצק 
הכוונה להסביר כאן רק איך נוצר פתית שלג, כי בתהליך יש קיפאון / התמצקות (כל השאר זו הרחבה לבחירת המורה) 
ההבדל בין שלג לברד – כתבה של מכון דוידסון,  ובה שני סרטונים המסבירים היווצרות שלג (אפשר להראות את הסרטון כולו או רק מדקה 0:25 עד 1:00 בערך) ושל היווצרות ברד (סרטון ארוך יותר) 
היווצרות פתית שלג מאדי מים: טיפת מים נתפסת על גרגיר אבק בענן, קופאת (מצב צבירה מוצק) ואז יש תהליך של התגבשות בצורה סימטרית ונוצר פתית שלג – הפתית עובר התמצקות איטית וכך נוצר פתית שלג עם מבנה מסויים (המבנה תלוי בקצב ההתמצקות – תלוי בלחות, טמפ', רוחות) 
 
שקופיות 25-26: הרחבה – האנומליה של המים. מים הם החומר היחיד אשר נפחו גדל יותר במצב צבירה מוצק מאשר במצב צבירה נוזל 
ניסוי הרחבה (לשיקול המורה)  
הערה:  את קוביות הקרח ממים ומשמן רצוי להכין עם התלמידים בשיעור הקודם. במידה ולא הספקתם, תוכלו להכין קרחוניות עם שמן ומים לכל הכיתה ולבקש מהתלמידים לחזור על התנסות זו בבית כדי לראות שאכן נפח המים גדל בהקפאה לעומת נפח השמן.  
חשיבות האנומליה של המים: שכבת הקרח שנוצרת באוקיינוסים בחורף היא שכבת בידוד אשר מונעת משאר המים לקפוא ובכך מאפשרים חיים בגוף המים ועל הקרקעית של יונקים, דגים ואצות. 
לקרחונים יש תפקיד חשוב ביצירת מערכת זרמים באוקיינוסים ובוויסות טמפרטורת כדור הארץ. 
לקרחונים יש תפקיד בספיגת הפחמן הדו-חמצני מהאוויר אל האוקיינוסים*.  
הרחבה למורה מתוך אתר דוידסון קרח מרחף בתוך מים, מדוע בעצם המים גדלים בנפחם כאשר הם קופאים?  
 
שקופית 27: מעבר בין מצבי צבירה- רתיחה / התאדות 
רתיחה – תהליך של חימום מים עד לנקודת הרתיחה, ושינוי מצב צבירה מנוזל לגז 
התאדות של מים בטמפ' החדר – בבית, ייבוש כביסה, מים עיליים כמו כנרת וים  
 
שקופית 28: מצב צבירה גז-לחות 
שאלו את התלמידים: 

  • כאשר אתם מסתכלים על תחזית מזג האוויר: איזה נתונים אתם מחפשים? מה אתם מבינים מתוך הנתונים?
  • בדקו מה תחזית מזג האוויר באזור שלכם מחר: האם מצויינים אחוזי הלחות? מה הם? האם לדעתכם יש לאחוזי לחות השפעה? 

חיבור אדי המים באוויר לתחזית מזג האוויר 
בנוגע להשפעה – ניתן לדבר עם התלמידים על ימים או מקומות בהם אנו מאוד מזיעים (כמו ליד הים), כי יש לחות גבוהה, או מזג אוויר עם לחות מאוד נמוכה, כמו שיש בחורף, ואנו מרגישים יותר צמאים או נוצר לנו יובש בשפתיים או בידיים (יש שרגישים לכך יותר ויש פחות). 
אפשר לדבר על חשיבות השתייה כשיש לחות נמוכה באוויר, כאשר פועל מזגן – לחימום או לקירור. 
 
שקופית 29: התאדות של מים בטבע 
דוגמאות נוספות של התאדות בטבע – מכל בעלי החיים (בני האדם), הצמחים, האדמה 
 
שקופית 30: לחות יחסית- הרחבה 
 באתר של מכון דוידסון יש סרטון של 3 דקות המסביר על לחות יובש ועומס חום:  
כמות הלחות שיש באוויר משתנה ממקום למקום – באופן כללי, באזורים קרובים לים יש יותר לחות באוויר מאזורים בעומק היבשה – ומיום ליום – ביום שרב, למשל, האוויר יבש, כלומר הלחות נמוכה יותר מרוב ימות השנה. 
 האחוז היחסי מוסר לנו יותר מידע מאשר אחוז הלחות המוחלט האמיתי  – מצב של 100 אחוז לחות יחסית משמעותו אינה שכל האוויר הוא מים ושאין חמצן לנשימה, רחוק מכך, זה רק אומר שהאוויר כבר מכיל את כל כמות המים שהוא יכול להכיל. 

ככל שהלחות היחסית של האוויר גבוהה יותר, ככה מים יתאדו לאט יותר. כלומר, טיפת מים תתאדה לאט יותר באוויר עם 80 אחוזי לחות בהשוואה לאוויר עם 20 אחוזי לחות. 
 
שקופית 31: מעבר בין מצבי צבירה- התעבות 
התעבות – שינוי מצב צבירה מגז לנוזל (קירור) 
 בגובה מסוים האוויר הלח מתחיל להתקרר 
אדי המים מתעבים והופכים לטיפות זעירות של מים 
ענן הוא אוסף עצום של טיפונות מים זעירות המרחפות באוויר, שבנוכחות של חלקיקי אבק מצטברים לענן.  
מקורות אתר NASA, הספריה של מטח 
 
שקופית 32 – הרחבה: זריעת עננים. בעקבות ההבנה שעננים מתעבים טוב יותר סביב מרכז עיבוי או גרעיני התעבות התעורר הרעיון לפזר בחורף באופן מלאכותי חלקיקים קטנים בשמיים כדי לעודד יצירת עננים וירידת הגשם. אחרי ניסויים רבים נמצא שחומר בשם יודיד הכסף מסייע בצורה הטובה ביותר ל"זריעת עננים" (כך נקראת הפעולה). 
למידע נוסף אתר רשות המים 
 
שקופיות 33-34 – סיכום: משימה במחברת: 

  1. רשמו דוגמה לחומר (שאינו מים), שאתם מכירים בכל אחד ממצבי הצבירה: גז, נוזל ומוצק. (תשובות לדוגמה: גז- הליום, נוזל – שמן, מוצק – ברזל)
  2. רשמו  דוגמה של תופעות טבע המתאימות לכל מצבי הצבירה של מים. (תשובות לדוגמה: לחות – מים במצב צבירה גז, מי ים/גשם – נוזל, ברד/שלג/קרחון – מוצק.)

שקופית 34: מומלץ לחזור לאיור על מעברים בין מצבי הצבירה ולבקש מהתלמידים להעתיק למחברת. הדגישו:  
עיבוי: יצירת עננים (מאדי מים לטיפות מים) – קירור 
אידוי: מים מתאדים מהאוקיינוסים – חימום 
התכה: התכת קרחונים / שלג שהופך לגשם כאשר הטמפ' גבוהה יחסית – חימום 
התמצקות: טיפות מים שהופכות לשלג / לברד 

המלצות תזמון:

3 * 45 דקות

העשרה:

*מאקרו – גדול – מה שנראה לעין

*מיקרו – ברמת המיקרוסקופית, שלא ניתן לראות בעין

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

חלק א' –  
ממלאים כוס במים וכוס בשמן זית (ניתן להשתמש גם בשמן קנולה)  
מכניסים למקפיא 
לאחר כמה שעות/למחרת מוציאים ובודקים מה הנפח – נראה כי נפח הכוס עם המים גדל (הקרח יצא מתוך הכוס) 
מסקנה – הנפח של מים גדל בקיפאון – במעבר מנוזל למוצק 
הסבר – תופעת האנומליה של המים – המים הם החומר היחיד אשר נפחו גדל יותר במצב צבירה מוצק מאשר במצב צבירה נוזל 
חלק ב'- 
מקפיאים מראש בתוך תבנית של קוביות קרח – מי ברז ושמן זית 
למחרת מכניסים את הקוביות הקפואות לתוך הכוסות: קוביית קרח בתוך כוס מים, קוביית שמן בתוך כוס שמן  
תצפית: מי צף ומי שוקע? 
לפי הציפה ניתן לדעת באיזה מצב צבירה הצפיפות גבוהה יותר (קרח צף ע"פ המים, לכן הצפיפות שלו קטנה יותר – האנומליה של המים,  קוביית שמן קפוא שוקע, כלומר הצפיפות של שמן נוזלי נמוכה יותר משל שמן קפוא – מתנהג כרוב החומרים בו הצפיפות של מוצק גבוהה משל הצפיפות של הנוזל)