Kostki lodu

Poprawna odpowiedź

A - 3

B - 1

Wymaganie ogólne

2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Wymaganie szczegółowe

2.10. Energia. Uczeń posługuje się pojęciem ciepła właściwego, ciepła topnienia i ciepła parowania

Komentarz

Zadanie sprawdza umiejętność przewidywania przebiegu eksperymentu oraz jego graficznej interpretacji. Dotyczy problematyki transferu ciepła pomiędzy substancjami o różnych temperaturach. Zawsze w przyrodzie ciepło przechodzi od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze. Proces ten trwa do momentu wyrównania się temperatur obu ciał.

W obu przedstawionych doświadczeniach lód ma temperaturę niższą od otaczającego go powietrza. Zatem ciepło będzie przechodzić od otoczenia do lodu. W pierwszym przypadku, dla miseczki A umieszczonej na podwórku, gdzie temperatura jest niższa od temperatury topnienia lodu, lód podnosi swoją temperaturę w sposób ciągły aż do uzyskania temperatury otoczenia równej -10°C i pozostaje na tym poziomie do końca doświadczenia, niezależnie od jego czasu. W drugim przypadku, dla miseczki B, umieszczonej w pokoju o temperaturze +20°C, również przekaz ciepła będzie się odbywał do momentu, aż temperatury obu, i lodu i powietrza, wyrównają się. Jednak w tym przypadku pomiędzy temperaturami -18°C i +20°C lód przechodzi przez temperaturę 0°C, w której zachodzi jego topnienie. Na początku doświadczenia mieliśmy do czynienia z lodem, a po doświadczeniu otrzymujemy wodę, w stanie ciekłym. W międzyczasie zaszła zmiana stanu skupienia. W trakcie topnienia temperatura utrzymuje się na tym samym poziomie, 0°C, aż do całkowitego stopienia się lodu. Przedstawia to poprawnie wykres 1. Należy dodać, że nie osiągnięto tutaj jeszcze wyrównania temperatury między obu ciałami, ale widać wyraźną tendencję. Można przypuszczać, że gdyby wydłużyć czas doświadczenia jeszcze o 30-40 min, to temperatury wody (powstałej z lodu) i otaczającego powietrza wyrównałyby się.

Ostatni  wykres, nr 4, przedstawia ciągły, bardzo szybki wzrost temperatury od -18°C do +20°C, tak jakby w trakcie nie dochodziło do zmiany stanu skupienia (topnienia), czyli etapu stałej temperatury przy 0°C, kiedy lód się topi.

Spośród wszystkich uczniów klasy pierwszej liceów biorących udział w badaniu całość zadania poprawnie rozwiązało zaledwie 11%.  Większość uczniów (68%) prawidłowo interpretowała wykres 3 jako ilustrację doświadczenia z lodem na podwórku (podpunkt A). Z jednej strony to dużo, ale świadomość, że aż 1/3 badanych nie potrafi wskazać poprawnego wykresu, pokazuje, jak trudne jest przejście od teorii do praktyki.

Natomiast drugi eksperyment, z lodem w pokoju, sprawił uczniom dużo więcej problemów. W tej części zadania (podpunkt B), jedynie 14% spośród wszystkich badanych uczniów wybrało poprawnie wykres 1. Najczęstszym błędem popełnianym przez uczniów był wybór wykresu 4 jako graficznej interpretacji tego doświadczenia. Aż 55% badanych osób błędnie wskazało właśnie tę odpowiedź. Przypuszczalnie, uczniowie podeszli schematycznie do problemu. Przeanalizowali problem A z miseczką umieszczoną na podwórku, gdzie lód podgrzewa się od -18°C  do -10°C i najprawdopodobniej analogicznie potraktowali miseczkę B. Bez głębszej analizy wywnioskowali, że również tutaj temperatura lodu w sposób ciągły podnosi się od -18°C do +20°C, zapominając o tym, że w temperaturze +20°C nie ma już lodu. Dodatkowym czynnikiem utrudniającym prawidłowy wybór było zapewne urwanie wykresu poprawnego poniżej temperatury otoczenia.   

Można również doszukiwać się innych przyczyn błędnych interpretacji, a mianowicie:

1. Uczniowie nie rozumieją procesu topnienia (zmiany stanu skupienia).            

2. Uczniowie nie pamiętają, że przy topnieniu temperatura utrzymuje się na stałym poziomie.

3. Uczniowie nie potrafią analizować wykresów. Wiedzą że temperatura przy topnieniu pozostaje stała, ale nie umieją odczytać tego z wykresu.

Słowa kluczowe