Metodický pokyn = učitel

 

Tematické zařazení experimentu

• teplo přijaté nebo odevzdané tělesem
• tepelné vodiče a izolanty
• jednota organismů s prostředím, přizpůsobivost organismů prostředí

 

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je zkoumání izolačních vlastností různých látek.

 

Poznámky k realizaci experimentu

• Izolační vlastnosti látek lze zkoumat pomocí teplotních senzorů. Zkumavky s teplou vodou téže počáteční teploty izolujeme různými látkami a necháme ochlazovat. Během ochlazování zaznamenáváme závislost teploty na čase - křivku ochlazování. Měření je vhodné dělat kolem 10 minut. Teplotní rozdíly vidíme již dříve a už během experimentu lze o nich se žáky diskutovat. Pokud máme k dispozici pouze jeden teplotní senzor a izolační látky testujeme postupně, musíme zajistit, aby
• počáteční podmínky byly v případě každé zkumavky stejné.
• Tato aktivita je vhodná i pro žáky, kteří ještě neznají základy kinetické teorie látek. Vysvětlení mechanismu vedení tepla není v takovém případě nutné.

 

Návod na zpracování dat

• Analýza vyžaduje srovnání získaných dat pro různé izolační látky. Pokud jsou tato data uložena v samostatných souborech, je vhodné je nejprve všechny přenést do tabulkového programu (např. Excel), vytvořit jednu tabulku se všemi daty a zobrazit všechny příslušející křivky na jednom obrázku. To umožní podnítit širší diskusi s žáky a porovnat navzájem všechny dvojice zkoumaných látek.

 

Závěry z experimentu

• Příklad ukazuje, že kůže s dlouhou bílou vlnou má lepší izolační vlastnosti než hliníková fólie.

 

Žákovské aktivity

• Porovnávání naměřených závislostí teplota-čas.
• Individuální nebo skupinový projekt na téma přizpůsobení živočichů extrémně nízkým teplotám.

 

Trochu teorie

• Pokud chceme z nějaké látky vyrobit výrobek, jehož úkolem je chránit naše tělo, případně naše jídlo či náš dům, před ochlazováním, musíme počítat s tepelnou vodivostí dané látky. Tato charakteristická vlastnost všech látek závisí na jejich částicové stavbě. Látky, jejichž stavba umožňuje pouze pomalou tepelnou výměnu vedením, nazýváme tepelné izolanty.

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí

• Teplokrevní živočichové (ptáci nebo savci) potřebují mít tělo tepelně izolované, aby se teplo v jejich tělech účinněji zadrželo a aby si živočich udržel stálou tělesnou teplotu. Živočichové, kteří žijí v nehostinných místech naší planety, musí být vybaveny nejlepší tepelnou izolací. Například pandě, která ve svých domovech v Číně žije v dlouhých studených měsících, poskytuje izolaci hustá kožešina. Mořští živočichové, jako např. tuleni nebo velryby, mají hrubou kůži s vrstvou izolačního podkožního tuku. Tučňáci jsou zase pokryté krátkým tvrdým peřím pospojovaným tak, že může zachytit mnoho vzduchu (= viz. potápěčský oblek).
• Každý vláknitý materiál je špatný vodič tepla (= Ve vláknech je tzv. mrtvý vzduch. Je to místo ve kterém se vzduch nepohybuje (= zabraňuje vedení i proudění tepla) Místa s "mrtvým vzduchem" zajišťují izolaci např. v dvojsklech oken, v rukavicích, ve věcech naplněných chmýřím). Chmýří pochází z dolní části vodních ptáků, jako jsou kachny, husy a labutě. Od jiného peří se odlišuje tím, že je lehčí a mnohem více načechrané. Gram nejlepšího chmýří obsahuje okolo 70 000 měkoučkých vlákének, které se překrývají a spojují, čímž vytvářejí ochrannou vrstvu mrtvého vzduchu zabraňující prostupu tepla. Chmýří je proto vynikajícím izolantem a používá se tam, kde je potřebná ochrana před extrémním chladem - v horolezeckých spacích pytlích, v lyžařských vestách a bundách a podobně. Jsou to materiály na zpomalení rychlosti, kterou se tepelná energie šíří z jednoho místa na druhé.
• Izolování domů a ostatních budov je důležitý způsob, jak pomoci zachovat mnoho cenné energie. Vhodná izolace pomáhá udržet teplo uvnitř během zimy a naopak udržet teplo venku, když je léto. Stavbaři proto používají zejména na stěnách a stropech materiály, které kladou velký odpor vedení tepla. Hodnota odporu závisí na druhu a tloušťce látky, ze které je izolační materiál vyroben.