Gli stati della materia e i passaggi di stato

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1 Gli stati della materia e i passaggi di stato Una proposta di lavoro per la secondaria di I grado e il biennio di quella di II grado: spunti, riflessioni e suggerimenti per un percorso sperimentale

2 Gli stati della materia intorno a noi Partiamo dall evidenza della presenza attorno a noi di categorie di oggetti che chiamiamo solidi, liquidi, aeriformi (gas e vapori) Le loro proprietà (forma e volume) sono diverse e possono essere facilmente esplorate anche con mezzi semplici prove su volume e forma di gas e liquidi

3 Una sostanza in 3 stati: l acqual L acqua è una sostanza che nelle condizioni esistenti sulla Terra più facilmente può esistere nei tre stati solido, liquido e aeriforme Essa può passare dall uno all altro altro come avviene nel ciclo dell acqua Esistono quindi i passaggi di stato

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9 Si apre il sipario per Uno sguardo sulla materia - Premesse Dove collocare il segmento di percorso Cosa apprendere I problemi

10 Dove collocare il segmento di percorso In una sviluppo di argomenti legati alla fisica (termologia: calore, temperatura, scale termometriche ecc.) In un sviluppo di argomenti legati alla Terra come pianeta (meteorologia, biologia, ecologia: ciclo dell acqua, caratteristiche di abitabilità del pianeta, ruolo dell acqua per la vita ecc.) Come parte di un percorso sulla struttura della materia (modello particellare) e sulle sue trasformazioni

11 Cosa apprendere conoscenza degli stati fisici della materia, comprensione del ruolo del calore (energia) nei passaggi da uno all altro altro stato fisico, interpretazione in chiave microscopica, capacità quindi di leggere a vari livelli i fenomeni

12 I problemi Lessicali: es. sciogliere/liquefare/fondere usati come sinonimi Difficoltà di ordine sperimentale (non costanza delle temperature nei passaggi di stato, riscaldamento in genere troppo rapido, rischi legati all uso di fonti di calore ) Necessità di connettere due livelli, il macro che osserviamo e il micro che ipotizziamo Quindi il problema di introdurre il modello particellare in modo adeguato

13 Prerequisiti Conoscenza anche approssimativa - del concetto di temperatura Conoscenza anche approssimativa - del concetto di calore Padronanza teorica e operativa dei grafici in coordinate cartesiane

14 La curva di riscaldamento dell acqua T E M P E R A T U R A RISCALDAMENTO EBOLLIZIONE TEMPO t

15 Le domande guida «Finché le osservazioni non servono a rispondere a una domanda posta con chiarezza è possibile che i ragazzi non registrino accuratamente quello che vedono» (Rosalind Diver, L allievo come scienziato) di quante parti si compone il grafico? che cosa accade nella prima parte? che cosa accade nella seconda parte? come varia la temperatura nella prima parte? come varia la temperatura nella seconda parte? nella seconda parte della prova continua il riscaldamento? dove va a a finire il calore che continuiamo a fornire all acqua? acqua?

16 Punto di fuga Qui si potrebbe inserire uno sviluppo sulla relazione tra variazione di temperatura durante il riscaldamento e massa d acqua usata ( capacità termica, calore specifico ecc.)

17 La curva di raffreddamento T E M P E R A T U R A del tiosolfato di sodio cristalli 50 C TEMPO

18 Le domande guida di quante parti si compone il grafico? cosa accade nella prima parte? cosa accade nella seconda? Cosa accade nella terza parte? come varia la temperatura nella prima parte? come varia la temperatura nella seconda parte? come varia la temperatura nella terza parte? perché la temperatura rimane costante durante la seconda parte del grafico?

19 Che cosa succede se Indaghiamo che cosa avviene durante la solidificazione Verifichiamo due ipotesi Scopriamo il calore latente

20 La curva di raffreddamento del tiosolfato di sodio T E M P E R A T U R A cristalli T amb. TEMPO

21 Si chiude il sipario Con il modello particellare A questo punto si può completare il modello particellare della materia, come ipotesi interpretativa di quanto osservato. Questo non emerge però semplicemente dall osservazione, richiede immaginazione, inventiva È un percorso che parte dal dato Lega teoria e pratica