הצעה לפעילות חקר בנושא אנרגיית השמש

1. הצעה לפעילות חקר בנושא אנרגיית השמש בסרטון הבא מוצגת תופעה פיזיקאלית המנוצלת לרווחת התושבים הכנה ועיצוב מצגת: יוסי זיוון, בית הספר המשותף חוף הכרמל תשע"ב

2. מתופעה לשאלות חקר – תאורה באמצעות בקבוק נצפה יחד בסרטון... היבטים חברתיים עלולים להיות מלכודת לשאלות חברתיות תארו את התופעה העלו שאלות הקשורות בתופעה

3. הסבר מדעי לתופעה • הכנסת חלק מבקבוק המים לתוך גג המבנה החשוך גורמת לתאורת חלל המבנה. • תהליך זה מתרחש עקב תופעת השבירה של האור במעבר מהמים לאוויר שבחלל החדר. במצב זה האור שיוצא מהמים משנה את כוונו בצורה שמתוארת באיור הבא: • שבירת אור מפזרת את האור לכל הכיוונים המבנה ומספקת תאורה טבעית . הערה: באיור מוצגת רק קרן אור אחת, במציאות יש מספר רב של קרני אור שנשברות בכיוונים שונים, כך שחלל החדר מואר כולו. אנימציה לשבירת אור-בעזרת מד עוצמת האור )מכשיר ירוק(אפשר לראות את הקשר בין זווית הפגיעה לעוצמת האור(intesity).יש לצאת מהמים. בנוסף כאשר הזווית הפגיעה מאוד שטוחה, נוצרת החזרה גמורה, כך שהאור לא יוצא בכלל מהמים. גג המבנה שמואר מים בבקבוק האוויר בחדר

4. ב. גורמים אותם ניתן לבדוק/ למדוד – גורמים מושפעים א. גורמים במערכת אותם ניתן לשנות ולהשפיע בכך על התופעה או על הביטוי של הגורמים הנבדקים – גורמיםמשפיעים משך זמן חשיפה עוצמה מומסים נפח עכירות צורה סוג צפיפות סוג כמות אקונומיקה מים אור השמש בקבוק טמפרטורה אורך גל עוצמת אור תדר צבע לוקס קנדילה אחידות שינוי חלק הבקבוק שבתוך הגג עובי ג. לאלו מן הרכיבים תיתכן השפעה על הביטוי של התופעה המוצגת בסרט? וכיצד ניתן לשנות אותם? מאפיינים של רכיבי המערכת מכונים גורמים משפיעים ואילו מאפיינים של ביטויי התופעה נקראים גורמים מושפעים. ה. אלו מאפיינים בביטוי התופעה יכולים להשתנות? כיצד נמדוד את ערכם? ד. מהם המאפיינים של כל רכיב שיכולים לגרום להשפעה על ביטוי התופעה? ב. פרקו את המערכת המופיעה בסרט לרכיבים. חישבו גם על רכיבים שמשפיעים על התופעה ואינן חלק פיזי מהמערכת.

5. חשבו על קשרים בין שתי הקבוצות • העכירות של המים משפיע על עוצמת התאורה ועל טמפרטרות החדר. • משך זמן החשיפה לשמש משפיע על הטמפרטורה של החדר. • החלק של הבקבוק שבתוך הגג משפיע על התאורה. • עוצמת הקרינה (השעה ביום) משפיעה על הטמפרטורה ועל התאורה. • צורתו הגיאומטרית של הבקבוק משפיע על התאורה. • החומר שממנו עשוי הבקבוק משפיע על התאורה. • הצבע של הבקבוק (אורך הגל של הקרינה) משפיע על התאורה.

6. אלו קשרים, אתם משערים, שקיימים בין הגורמים של שתי הקבוצות? • דוגמא- עוצמת הקרינה של השמש משפיעה על עוצמת "התאורה" בבית. • נסחו 3 שאלות חקר המתייחסות לקשרים אלו. • דוגמאות- כיצד צבע הבקבוק (אורך גל ) משפיע על טמפרטורת החדר? • כיצד משפיע החלק היחסי של הבקבוק שנמצא בתוך הגג על "התאורה"? • כיצד משפיעה הזווית שבה האור פוגע בבקבוק על "התאורה"? • בחרו את אחת משאלות החקר, העריכו אותה ושפרו במידת הצורך. • שיפור-כיצד זווית הפגיעה של האור ביחס למשיק משפיעה על "התאורה" • נסחו לשאלה שבחרתם השערה שמתארת כיוון אפשרי לקשר בין הגורמים, למשל : ככל ש/ אם ...... יגדל , ....... יגדל/ יקטן. • השערה : ככל שזווית הפגיעה ביחס למשיק יותר קטנה ,התאורה תתחלש הסבירו על מה ביססתם את השערתכם. הסבר לדוגמא: ככל שהזווית יותר גדולה ביחס למשיק , אנרגיית השמש שפוגעת בבקבוק מתפרסת על שטח יותר קטן ולכן הקרינה יותר חזקה ויותר מרוכזת. בזווית קטנה ביחס למשיק, האנרגיה לא מרוכזת מכיוון שמתפרסת על שטח גדול. (בעמוד הבא יש איור שמסביר ההשערה)

7. איור שממחיש את השפעת זווית הפגיעה של קרני השמש בכדו"הא-הקטנת זווית הפגיעה ביחס למשיק (B),מגדילה את השטח שהקרינה מתפרסת עליו ,בהשוואה ל-A.

8. שלבי תכנון הניסוי • שלב א'- בידוד גורמים משפיעים (בידוד משתנים)

9. שלב ב'- תכנון המערכת של הניסוי • 1. תכנון המערכת הפיזית של הניסוי. • ארגז קרטון של טלביזיה או מקרר, מצופה מבפנים בנייר שחור, יהווה מודל של הפחונים החשוכים. • מנורת שולחן תייצג את קרינת השמש,כאשר שינוי הזווית שבה האור פוגע בארגז תייצג את זווית הקרינה של השמש בשעות היום השונות. • קידוח חור והצבת בקבוק של 1.5 ליטר בתוך הארגז. • הצבת מד אור בתוך הארגז כך שהגלאי מוכנס לקופסא, והצג של המכשיר נמצא בחוץ. דרך נוספת למדידה היא ע"י לוח סולארי כך שהזרם החשמלי שהלוח יפיק מייצג את עוצמת התאורה.

10. 2.אמצעי מדידה של הגורם המשפיע המשתנה ושל הגורם המושפע • הגורם המשפיע – הזווית בין האור לבין הדופן העליונה של הארגז.המדידה תעשה בעזרת מד זווית ע"י מתיחת חוט מהנורה אל הבקבוק ומדידת הזווית בין החוט לדופן העליון –הגג של הארגז. • הגורם המושפע- עוצמת האור. הגורם יבדק ע"י מד אור. במידה ואין מד אור, נמדוד בעזרת מד אור את הזרם שהלוח מפיק. הלוח הסולארי יוצב בתוך הארגז, ומד הזרם יחובר ללוח הסולארי ויוצב מחוץ לארגז.

11. ביצוע הניסוי ורישום התוצאות נבצע מספר חזרות של הזוויות שבחרנו במטרה לקבל ממוצע של כל המדידות בזווית מסויימת.

12. עיבוד גרפי של הנתונים • מכינים גרף של עוצמת הזרם כפונקציה של זוויות הפגיעה, או גרף של עוצמת האור כתלות בזווית.

13. מסקנות • תוצאות הניסוי מאמתות את ההשערה לפיה ככל שזווית הפגיעה של הקרינה ביחס לגג הארגז גדולה יותר, כך חלל החדר יואר בתאורה חזקה יותר. • המסקנה היא שהתאורה בבית בשעות הצהרים, כאשר הקרינה היא אנכית, תהיה יותר חזקה יחסית לתאורה בשעות אחה"צ –בשעות אלו זווית הפגיעה ביחס למישור הארגז קטנה יותר.

14. דיון ורפלקציה • האם יש בסרטון רעיון מזמן לחקר? • האם הייתם מציעים אותו לחקר כיתתי / אישי פתוח או מודרך? האם רצוי שכל הכיתה תבצע ניסוי חקר אחיד וכך נקבל הרבה חזרות ,או לחילופין נעדיף שכל קבוצה תבצע ניסוי חקר אחר שקשור לתופעה, ולאחר מכן להציגו לכיתה