كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا ( متجدد )
مرحبا بكم اخوتي واخواتي اعضاء منتدانا الغاليين على قلوبنا ( هذه فكرة ارجو ان تنال استحسانكم ) و هي كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طالباتنا :
لنبدأ : ساقوم بطرح افكاري في تدريس الديناميكا و اطلب من اخوتي واخواتي مدرسين المادة طرح افكارهم ايضا في هذا الموضوع و طرح الاستفسارات ليصبح لدينا موسوعة في طرق تدريس الديناميكا الحرارية .
و ما رايكم بحذف كل مشاركة لا تحتوي على فكرة او سؤال او استفسار حتى لا نغرق موضوعنا بكلمة ( مشكور ) .
ساقوم بطرح افكاري عن تدريس الديناميكا الحرارية يوم بيوم و درس بدرس ( اللهم اعني على اتمام الامر انك سميع مجيب الدعاء ) :
اولا : اليكم الصفة الاولى من مذكرة الكافي في التطبيقات الفيزيائية ( المرجع الاول لي في شرح الباب الثالث )
الحصة الاولى في الديناميكا الحرارية :
اولا يجب ان يصل الى طلابنا و طالباتنا ما هو علم الديناميكا الحرارية ( حتى يعرفوا ما يدرسون و لماذا يدرسون الديناميكا الحرارية )
بداية الحصة :
نسألأ : عرف علم الديناميكا الحرارية :
نسمع الاجابة : علم يهتم بدراسة العلاقة بين الحرارة والشغل .
المعلم : و ماذا سنستفيد من دراسة هذا العلم برأيكم :
يسمع المعلم الاجابات و يعززها و يبدأ بمناقشة اهمية الديناميكا الحرارية في حياتنا باسئلة سابرة ( هل نستطيع العيش بدون سيارات ؟ او كهرباء او مكيفات او تدفئة مركزية )
المعلم : تعالوا بنا ندرس العلم الذي اوجد لنا من الحرارة حركة ( نعم هذا هو علم الديناميكا الحرارية الذي ولد لنا حركة ميكانيكية من الحرارة ) واوجد لنا من الحركة حرارة ننعم بها شتاءا في التدفئة و ننقلها من الغرفة صيفا لننعم بجو بارد .
ما هذا العلم يا استاذ : هل تتحرك السيارة بهذا العلم ( الطالب يقول : انا اعلم ان السيارات تحتاج الى البنزين لتسير على الطريق )
المعلم : نعم يا بني فالمحرك في السيارة عبارة عن آلة حرارية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية المتولدة من احتراق البنزين الى شغل ميكانيكي ( حركة ) و يتم نقل الحركة الى عجلات السيارة و تسير السيارة عبر دورة ديناميكية مشهورة تدعى ( دورة كارنو الانعكاسية )
الطالب : لحظة يا استاذ : قلت دورة ديناميكية حرارية ماذا تعني بذلك ؟
المعلم : الدورة الديناميكية الحرارية : يتم النظام دورة إذا مر بعدة إجراءات ( تحولات ) بحيث
تتطابق بداية ونهاية الإجراءات .
الطالب : لقد شوقتنا يا استاذنا فانت تقول كلام في صميم حياتنا ولكن ما هو النظام و الاجراء و المسار :
المعلم : يا ابنائي الاعزاء اريد منكم ان تقرأو تعريف كل من النظام و الاجراء و المسار من المذكرة ( الكتاب ) و لنتناقش بمفهوم كل واحد على حدى لاننا ان اردنا ان نفهم هذا العلم وجب علينا ان نستوعب اساسياتة و تعريفاته المهمة .
الطلاب : هيا بنا نعرف النظام : عبارة عن كمية محدودة و موصوفة من مادة تكون محاطة بغلاف حقيقي أو تخيلي ، و تسمى المنطقة المحيطة بالنظام ، محيط النظام .
نعم فكل مادة موصوفة هي نظام بالمفهوم الديناميكي و لكن ليس كل نظام يولد حركة من الحرارة فالنأخذ مثال الطعام في القدر ينطبق عليه مفهوم و تعريف النظام في الديناميكا الحرارية ولكنة لا يولد لنا حركة من الحرارة وانما يعطينا طعام ناضجا ( ههههه ) و الان لناخذ مثالا اخر على نظام حراري ( الاسطوانة و المكبس ) يخرج المعلم نموذج لمكبس واسطوانة ( حقنة الطبية بدون الابرة ) و يوضح لطلاب ان هذا افضل الغاز الموجود في المكبي و الاسطوانة افضل انواع الانظمة الحرارية في توليد الحركة من الحرارة .
يسال الطالب : يا استاذ هل قارورة الماء التي بيدي هي نظام ديناميكي
المعلم هل تحقق التعريف : عبارة عن كمية محدودة و موصوفة من مادة تكون محاطة بغلاف حقيقي أو تخيلي ، و تسمى المنطقة المحيطة بالنظام ، محيط النظام .
الطالب : نعم
المعلم : هي نظام حراري .
الطالب : ماذا نعني بتخيلي :
المعلم : غير حقيقي ( مثل كمية الغاز في هذا المكان و يشير بيدية في الهواء ( كمية غاز محاطة بغلاف و همي و ليس حقيقي )
المعلم : ما هو الاجراء :
الطلاب : عبارة عن تغير في حالة النظام من حالة إلى أخرى
والسبب إضافة أو سحب حرارة أو شغل لهذا النظام .
المعلم : اذا تمدد النظام نقول انه حدث اجراء .
سؤال يا طلابي الاعزاء : لو تقلص النظام هل يحدث اجراء ؟
لو زادت درجة حرارة النظام هل يحدث اجراء او قلت درجة الرحارة
لو زاد الضغط على النظام او زاد ضغط النظام هل يحدث اجراء .
يسمع المعلم الاجابات و يبين ان جميع ما سبق يحدث اجراء في النظام .
المعلم : قف يا احمد : كيف حضرت اليوم الى المدرسة
احمد : بسيارة والدي يا استاذ .
ما هو المسار التذ اتبعتموه لبلوغ المدرسة :
احمد : من خلال طريق الملك فهد ثم الدائري الشمالي يا استاذ الى مخرج 7 ثم المدرسة
اها يا احمد هذا مسارك وانت قادم للمدرسة .
و كذلك المسار في الديناميكا الحرارية ( هو عبارة عن الحالات التي تمر بها خواص النظام ) فالمسار هنا : كيف انتقل النظام من حالة الى اخرى ( كيف حدث الاجراء )
المعلم : اريد منكم ان تستوعبوا هذه التعاريف جيدا لانها مفتاح فهم الديناميكا الحرارية
و في نهاية الحصة يحل المعلم مع الطلاب سؤال التفكير و س2 من مذكرة الكافي صفحة 2
و اهم شيء تعزيز الطلاب المشاركين في النقاش و استخدام الاسئلة السابرة ( القصيرة ذات الاجابة القصيرة ) في النقاش و الشرح .
و دمتم
ارجو ان اسمع ارائكم و غدا نكمل الحصة الثانية : ( انواع الانظمة ) و انواع الاجراءات
الحصة الثانية : انواع الانظمة و الاجراءات .
اليكم صورة رقم 2 من مذكرة الكافي :
في بداية الحصة يسال المعلم السؤال التالي : كيف نحفظ القهوة ساخنة ؟ و يسمع الاجابات . ( التيرموس يا استاذ ، الزمزمية يا معلمي ، .... )
المعلم : اذا الزمزمية تحفظ القهوة ساخنة لانها نظام معزول .
المعلم : ما رايكم هل يتم تبادل الطاقة في هذا النظام او المادة ( القهوة ) ؟ يسمع الاجابات و يعزز الصحيحة منها .
المعلم : اذا هناك نظام يدعى معزول لا يسمح بتبادل المادة والطاقة ( الحرارة ) .
طيب يا ابنائي : ما رايكم لو ان طالبا اشترى قارورة ماء حجم 0.5 لتر في الفسحة باردة و احضرها الى الفصل و لم يفتحها كيف تصبح حرارتها في نهاية الحصة السابعة :
الطلاب : تحتر يا استاذ . ( ترتفع درجة حرارتها ) .
المعلم : هل نقص او زاد حجم الماء ( تذكروا انه لم يفتح القارورة ) ؟
الطلاب : لا يا استاذ .
المعلم : هل دخلت الحرارة الى ماء القارورة عبر جدار القارورة البلاستيكي ؟ و ضح ذلك ؟
الطلاب : نعم ، لان درجة حرارة الماء في القارورة ارتفعت .
المعلم : اذا هناك النظام الذي لا يسمح بتبادل المادة و يسمح بتبادل الطاقة ( الحرارة ) و يسمى : نظام مغلق .
و الان يا احبائي : لو فتح الطالب قارورة الماء و شرب منها هل تبقى نظام مغلق ام تصبح نظام : ......... .
الطالب : تصبح نظام مفتوح يا استاذ .
المعلم : من يعرف لي النظام المفتوح :
احمد : انا يا استاذ :
هو نظام يسمح بتبادل المادة والطاقة ( الحرارة ) .
احسنت يا احمد و احسنتم جميعا يا احبتي .
يكمل المعلم رسم النظام المفتوح و يبين انه يتم تبادل المادة والطاقة ( الحرارية )
ما رايكم ان نكمل الرسم في المذكرة لكل من النظام المغلق و المعزول .
بعد ان يعطي المعلم فرصة لطلابة في رسم الانظمة يرسم الرسم التالي على السبورة :
شوط الانفجار في محرك السيارة يعتبر نظام معزول ( لانه يتم بسرعة و كل اجراء يتم بسرعة يكون معزول لذلك النظام في هذه الحالة نظام معزل )
الثلاجة معزولة بفعل مادة عازلة و لكن هذا الامر لا يفيدنا في الديناميكا الحرارية
المهم في الديناميكا الحرارية هو انتاج الشغل من الحرارة و العكس و هذا يقوم به نظام غازي غلافة مكبس واسطوانة .
اما ان تشعب في الانظمة و نشتت انفسنا فانا ارى ان التركيز على هذف الديناميكا الحرارية ( انتاج الشغل من الحرارة و العكس ) هو افضل لطلاب .
اعذروني على الانقطاع عنكم خلال 4 ايام الماضية فقد كنت في وعكة صحية
نتابع الحصة الثالثة :
الشغل و الاجراءات :
الإجراءات : اقرأ مذكرة الكافي صفحة ( 3 ) عن حساب الشغل والطاقة :
يعرض المعلم لطلابه الفلاش التالي و بعد مشاهدة الفلاش يجري المعلم النقاش التالي على شكل أسئلة سابرة :
اولا : اجراء تحت حجم ثابت :
يعرض المعلم الصور التالية باتتابع و يناقش الطلاب بما كتب عليها :
يركز المعلم و المعلمة اثناء النقاش على بداية و نهاية الاجراء و ما هو التغير الذي حدث لنظام اثناء الاجراء ثم ينتقل الى الرسم البياني لستخراج الشغل من المساحة تحت المنحنى :
نلاحظ ان الشغل في هذا الاجراء = صفر .
بعد نهاية النقاش يعيد المعلم عرض الاجراء على الطلاب لتأكد من المعلومة و نثبيتها لدى الطالب .
اجراء تحت ضغط ثابت :
يعرض المعلم الصور التالية باتتابع و يناقش الطلاب بما كتب عليها :
يركز المعلم و المعلمة اثناء النقاش على بداية و نهاية الاجراء و ما هو التغير الذي حدث لنظام اثناء الاجراء ثم ينتقل الى الرسم البياني لستخراج الشغل من المساحة تحت المنحنى :
الشغل = الغضط × ( الحجم النهائي - الحجم الابتدائي )
بعد نهاية النقاش يعيد المعلم عرض الاجراء على الطلاب لتأكد من المعلومة و نثبيتها لدى الطالب .
اجراء تحت درجة حرارة ثابتة
يعرض المعلم الصور التالية باتتابع و يناقش الطلاب بما كتب عليها :
يركز المعلم و المعلمة اثناء النقاش على بداية و نهاية الاجراء و ما هو التغير الذي حدث لنظام اثناء الاجراء ثم ينتقل الى الرسم البياني لستخراج الشغل من المساحة تحت المنحنى :
الشغل = ض1 × ح1 لو e ( ح2 / ح1 )
يسال المعلم هل العلاقة عكسية ام طردية بين الحجم و الضغط ( يسمع الاجابة : عكسية يا استاذ ) اذا يا ابنائي يمكننا ان نكتب العلاقة السابقة لحساب الشغل في التحول الايزوثيرمي على النحو التالي :
الشغل = ض1 × ح1 لو e ( ض1 / ض2 )
اذا سال الطلاب كيف تم حساب المساحة تحت المنحنى يكون الجواب : من علم التكامل في الرياضيات حيث ( ستدرسون هذا العلم في الفصل الدراسي الثاني و تحسبون المساحات تحت المنحنيات من مادة الرياضيات )
بعد نهاية النقاش يعيد المعلم عرض الاجراء على الطلاب لتأكد من المعلومة و نثبيتها لدى الطالب .
الاجراء الكظمي :
يعرض المعلم الصور التالية باتتابع و يناقش الطلاب بما كتب عليها :
يركز المعلم و المعلمة اثناء النقاش على بداية و نهاية الاجراء و ما هو التغير الذي حدث لنظام اثناء الاجراء ثم ينتقل الى الرسم البياني لستخراج الشغل من المساحة تحت المنحنى :
الشغل = - التغير في الطاقة الداخلية
سيسأل الطلاب من اين جاء هذا القانون يا استاذ : الجواب عندما ناخذ القانون الاول في الديناميكا الحرارية سيكون النقاش بهذا الموضوع اسهل بكثير ، لذلك يوجل النقاش بهذا القانون الى نهاية شرح القانون الاول في الديناميكا الحراية .
بعد نهاية النقاش يعيد المعلم عرض الاجراء على الطلاب لتأكد من المعلومة و نثبيتها لدى الطالب .
يطلب من المعلم من الطلاب قرأة جدول الشغل والاجراءات و التأكد التام من فهم الموضوع و فهم كيف تم حساب الشغل بيانيا و حفظ مفتاح الحل لكل اجراء في كيفية حساب الشغل لدية :
نهاية الحصة الثالثة .
الحصة الرابعة : تمارين على حساب الشغل يذكر المعلم الطلاب بالجدول السابق في كيفية حساب الشغل
ثم يحسب الشغل في التمارين من مذكرة الكافي في التطبيقات الفيزيائية و اليكم صورة من الحل ( يستخدم المعلم اسلوب النقاش و الاسئلة السابرة في اخراج المعطيات من كل سؤال و اختيار القانون المناسب من الجدول لك سؤال )
بعد حل التمارين يناقش المعلم الطلاب في احتمالات قيمة الشغل ( + ، 0 ، - ) و كيف نخمن اشارة الاجابة قبل البدء بالحل :
فيسال المعلم اذا بَذل النظام الغازي شغلا فهل يتمدد ام يتقلص ( يسمع اجابات الطلاب و يعزز الصحيحة منها : الجواب : يتمدد الغاز يعني الشغل هنا يكون موجبا و العكس يا طلابي الاعزاء ان ( بُذل على النظام شغلا فانة يتقلص و يكون ناتج الشغل سالبا .
يسال طالب وان لم يتمدد او يتقلص يا استاذ :
يجيب طالب اخر : يكون الشغل = صفرا يا استاذ لان الاجراء تحت حجم ثابت و لم يتغير المكبس .
بعد ان يسال المعلم على هذه المعلومات المهمة في حساب الشغل واشارة الشغل يرسم لهم المخطط التالي و يطلب منهم نقله الى جانب صفحة 4 من مذكرة الكافي .
اليكم المخطط لاشارات الشغل :
و الان يا اعزائي لنشاهد هذا الفلاش و نتناقش في الاجراءات و الشغل وارجو ان تكونوا الان اكثر فهما للموضوع حيث ساعرض عليكم فلاش فيه الاربع اجراءات و يمكنكم مشاهدة قيمة الشغل في كل اجراء فلنشاهد معا :
اليكم صورة مترجمة عن الفلاش :
و هذا الفلاش ( ما عليك الى الضغط على الاجراء الذي تريد و يقوم الفلاش بتمثيل الاجراء بيانيا و من خلال المكبس و الاسطوانة ويقوم بحساب الشغل و اعطاء الجواب ) كل اجراء هو سؤال بحد ذاته يمكنك ان تستخدم المعطيات و تحسب الجواب و تتأكد من حساباتك من خلال مقارنتها بالجواب للشغل في الفلاش .
في نهاية الحصة يعزز المعلم / المعلمة : الطلاب و مشاركاتهم / الطالبات و مشاركاتهن .