Undervisningsopplegg

Passer for

  • barnetrinn 5-7

Gasser, væsker og faste stoffer

Dette undervisningsopplegget handler om stoffer i fast-, væske- og gassform. Demonstrasjon av en varmluftsballong egner seg for å skape motivasjon og undring. I de første aktivitetene skal elevene dramatisere gass, væske og fast stoff. Deretter skal de gjøre forsøk med vann i ulike faser.

Vann, is og damp Vann, is og damp

Kort om partikkelmodellen

  • alle stoffer er laget av partikler
  • mellom partiklene er det tomrom
  • alle partiklene er i bevegelse
  • kraftigere partikkelbevegelse betyr høyere temperatur 
  • i fast stoff og væske er avstanden mellom partiklene omtrent like stor
  • i gass er avstanden mellom partiklene omtrent ti ganger større enn i væske

 

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Nettressurser

Forsøk og praktisk arbeid

Varmluftsballongen

Lag en varmluftsballong av en plastpose og en hårføner.

Blås varm luft inn i posen

Få tak i en stor plastpose av den lette plastsorten. Noen steder får man levert tepper og annet tøy fra renserier i slike poser.

Blås posen full av varm luft med en hårføner, og la varmluftsballongen gå til værs. Hårføneren må være på 1500 W eller mer.

Hvis du holder plasten tett rundt munningen på hårføneren mens du blåser, kan plasten lett smelte av den høye temperaturen. Det går lettest om dere er to, sånn at den ene kan holde plasten vekk fra den varme hårfønertuten.

Faglig forklaring

Det er oppdrift i luft akkurat som i vann. Den varme lufta inni ballongen veier mindre enn et like stort volum av den kaldere lufta utafor. Derfor stiger ballongen opp.

Kommentarer/praktiske tips

Seiling med varmluftsballonger en populær sport mange steder i verden.

Et godt alternativ til å bruke føner er brødrister. Varm brødristeren og plasser papp rundt hele brødristeren før du setter posen over.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 2. årstrinn
    • Forskerspiren
      • beskrive, illustrere og samtale om egne observasjoner fra forsøk og fra naturen
    • Teknologi og design
      • lage gjenstander som kan bevege seg ved hjelp av vann eller luft, og samtale om hvordan de virker
  • Etter 4. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • utforske fenomener knyttet til luft og lyd, beskrive observasjonene og foreslå forklaringer
  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

  • Stor, lett plastpose
  • Hårføner, 1500 watt
Forsøk og praktisk arbeid

Dramatisering av gass

I denne aktiviteten skal elevene dramatisere partikkelmodellen for gasser.

Engangssprøyte

  1. Ta en engangssprøyte og finn ut hva du kan bruke den til. Bruk bare luft i sprøyta.
  2. Hold tett for åpningen på sprøyta og test ut hvor mye du kan presse lufta sammen med stempelet (figur 1).

Figur 1. Engangssprøyte som er tettet med en finger Figur 1. Engangssprøyte som er tettet med en finger

Dramatisering av gasspartikler

    1. Plasser pultene i klasserommet slik at de danner en stor beholder som vist på figur 2. Beholderen skal fungere som en modell av sprøyta. Legg en stokk oppe på pultene i den enden som er åpen. Stokken representerer stempelet i sprøyta.

Elevene er symbolisert med sirkler og pultene med kvadrater. Sammen utgjør de en modell av sprøyta. Elevene er symbolisert med sirkler og pultene med kvadrater. Sammen utgjør de en modell av sprøyta.
  1. Elevene representerer partiklene inne i sprøyta. De skal bevege seg i rette linjer med armene langs kroppen. Når de kolliderer med hverandre eller veggen, skal de reflektere som baller som blir kastet mot en vegg (elastiske støt). For å kontrollere farten kan de bevege seg i takt med musikk med langsomt tempo.
  2. Læreren skyver stokken langs pultrekkene. Hva skjer med elevene når stokken skyves slik at beholderen blir mindre? Vil elevene kollidere oftere eller sjeldere med veggen og stokken? Diskuter likheten med sprøyta. Hva skjer med trykket, volumet og temperaturen i sprøyta når stempelet presses inn?
  3. Øk tempoet i musikken. Elevene skal følge takten og bevege seg raskere. Hva skjer med antall kollisjoner og kraften mellom elevene når tempoet øker? Diskuter likheten med sprøyta.

Faglig forklaring

Mange tror at lufta og andre gasser er noe kontinuerlig og tenker ikke på at lufta består av partikler. Ved å presse sammen lufta i en engangsspøyte får elevene oppleve at lufta kan presses sammen og at den er elastisk.

Antall partikkelkollisjoner handler om trykket, og farten til partiklene handler om temperaturen. I punkt 3 er det trykket som øker og i punkt 4 er det temperaturen som øker.

Dette skjer i punkt 3: Når stempelet i sprøyta skyves slik at beholderen blir mindre, kolliderer partiklene oftere med veggen, stempelet og med hverandre. Dermed blir det større trykk mot veggene og stempelet.

Dette skjer i punkt 4: Temperatur i gassen er knyttet til farten til partiklene eller mer presist bevegelsesenergien til partiklene. Det er takten i musikken som illustrerer hvor høy temperaturen er. Når farten til partiklene øker, blir temperaturen høyere. Elevene opplever at kollisjonene blir kraftigere både med veggen og med stokken, altså øker også trykket i sprøyta.

Kommentarer/praktiske tips

I samtaler mellom elevene og læreren er det lett for at vi "hopper" fra den makroskopiske elevnivået  til partikkelnivået i gassen og tilbake igjen uten å presisere at vi gjør det. Det kan være vanskelig for elevene å være med på "reisen". De blir stående igjen i det ene eller andre nivået og misforstår. Det er derfor viktig at læreren gjør det klart for elevene når en krysser grensene mellom de to nivåene! Dette kan læreren tydeliggjøre ved for eksempel å ta på seg en lue eller en hatt når han/hun snakker om partikkelnivået.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

  • engangssprøyte uten spiss
  • rom med pulter
  • stiv stokk
Forsøk og praktisk arbeid

Dramatisering av væske

I denne aktiviteten skal elevene dramatisere partikkelmodellen for en væske.

For å lage en modell av væske, må læreren skyve stokken slik at elevene står så tett at de støter mot hverandre og mot vegg og stokken hele tida (figur 3). Elevene må ikke stå så tett at de ikke kan røre seg, fordi de fortsatt skal bevege seg i takt med musikken som illusterer temperaturen. Diskuter likheten med vannet i en sprøyte. Hvorfor er elevene nå en modell av en væske? Vi skal tenke oss at vi varmer opp væska i sprøyta. Da vil partiklene bevege seg kraftigere, men ikke ta noe særlig større plass. Kan dere dramatisere dette? Etterpå kan dere vise hva som skjer når vi avkjøler væska.

Figur 3. Elevene er tegnet som sirkler og pultene som kvadrater. Sammen utgjør de en modell av ei sprøyte som inneholder væske. Figur 3. Elevene er tegnet som sirkler og pultene som kvadrater. Sammen utgjør de en modell av ei sprøyte som inneholder væske.

Faglig forklaring

I en væske tenker vi oss at partiklene ikke har ”faste plasser” slik vi tenker oss i fast stoff. Det betyr at en væske kan forandre form, noe vi lett ser når vi heller vann fra et glass over i en dyp tallerken. Væsker former seg etter det karet som de helles opp i. Partiklene beveger seg hit og dit helt usystematisk, men de ligger tett inntil hverandre pga kreftene mellom partiklene. Det er derfor vanskelig å endre volumet til en væske. Når temperaturen øker i væska, øker partiklenes bevegelse, akkurat som i gass.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

  • rom med pulter
  • stiv stokk
Forsøk og praktisk arbeid

Dramatisering av fast stoff

I denne aktiviteten skal elevene dramatisere partikler i fast stoff.

Elevene skal stille seg på flere rekker og ha høyre hånd på høyre skulder til eleven foran seg og venstre hånd på høyre skulder til eleven ved siden av seg. Armene skal være bøyd slik at elevene kan bevege seg (vibrere) på et lite område (som vist på figuren). Lag en dramatisering av at temperaturen øker i det faste stoffet, og etterpå kan dere dramatisere at stoffet avkjøles. Hvordan vil dere gjøre det?

Fast stoff: Elevene har høgre hand på høgre skulderen til eleven framfor seg og venstre hånd på høgre skulderen til eleven ved siden av. Armene må være bøyde. Fast stoff: Elevene har høgre hand på høgre skulderen til eleven framfor seg og venstre hånd på høgre skulderen til eleven ved siden av. Armene må være bøyde.

Faglig forklaring

Et fast stoff kan vanligvis verken endre form eller volum. Vi tenker oss at partiklene ligger i et mønster, og at partiklene har faste posisjoner som de kan bevege seg noe i forhold til (”vibrere”). Når temperaturen øker i det faste stoffet, øker partiklenes bevegelser omkring det faste punktet. Når temperaturen synker, avtar partiklenes bevegelse.

Kommentarer/praktiske tips

Denne aktiviteten kan utvides på mange måter. Fenomener som er greie å dramatisere, er for eksempel varmeledning, smelting og varmeutviding.

Varmeledning: La elevene dramatisere partikler i fast stoff (Figur 4). Læreren gir de elevene som står på en av de ytterste rekkene raskere bevegelse ved å skubbe på dem kraftig fram og tilbake en stund. Dette medfører en ”kjedereaksjon” slik at de andre elevene etter hvert kommer i raskere bevegelse som brer seg igjennom de andre rekkene. Den økte bevegelsen læreren påfører elevene skal illustere at partiklene blir tilført varmeenergi.

Smelting:  Læreren gir de nærmeste elevene så stor bevegelse fram og tilbake at de slipper taket på skulderen til medelevene. Vi får da noen elever som er bundet fast i hverandre, mens andre har mistet taket. Elevene som mister taket skal illustere partikler som er tilført så mye energi at de går over i væskefase.

Utviding ved varme: La alle elevene dramatisere en stav ved å stå på to rekker med bøyde armer og hendene på skuldrene til hverandre (som på figur 4). Her må elevene i den ene enden av rekka stå inntil en vegg, slik at de har et fast utgangspunkt. Merk så av med kritt på golvet der den frie enden av staven står når elevene har relativt liten bevegelse. Så tilfører vi varmeenergi til hele staven ved å øke takten de skal bevege seg etter. Ved raskere vibrering av alle elevene ser vi at hele staven blir lengre.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen
Forsøk og praktisk arbeid

Varm opp en vannsøyle

Her skal dere observere hva som skjer med vann når det får høyere temperatur.

  1. Et glassrør med kaldt vann i et glass med varmt vann Sett et glassrør gjennom korken og ned i reagensrøret. Fyll reagensrøret med så kaldt vann som mulig. Vannet skal fylle reagensrøret  og nå et stykke opp i glassrøret. Marker med en tusjstrek hvor høyt vannsøylen når.
  2. Sett reagensrøret ned i et glass med vann. Vannet skal ha romtemperatur.
  3. Observer hva som skjer med vannsøylen. Prøv å forklar hva som skjer.

Faglig forklaring

Vann har minst volum ved 4 ºC. Det vil si at vannmolekylene ligger tettest i vann ved 4 ºC sammenlignet med is eller vann med høyere temperatur. Derfor avtar søylen når vannet varmes opp fra 1 ºC til 4 ºC. Deretter stiger søylen igjen når vannet varmes opp fra 4 ºC til romtemperatur. 

 

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

  • glass
  • reagensrør
  • kork med hull
  • glassrør
  • tusj
  • vann

Tema

Nettressurser

(no.frederiksen.eu)
Varm etanol i en kolbe med hendene og få den til å koke.
Forsøk og praktisk arbeid

Hva skjer når vann fryser?

Her skal dere observere overgangen mellom væske og fast stoff.

  1. Fyll en plastflaske, glassflaske eller et glass med lokk helt fullt med farget vann og skru på korken/lokket. Legg det i en boks med pose over, for å unngå søl i fryseren. Ta fram flaska eller glasset etter 1-2 døgn. En alternativ framgangsmåte er å fylle en flaske 3/4 full med vann og markere med strek hvor vannnivået er før og etter frysing.
  2. Prøv også forsøket motsatt vei. Tin en flaske med frosset vann og se hva som skjer med vannivået før og etter tining.
  3. Prøv å forklare hva som har skjedd.

Boks med cola før og etter at den er frosset. I boksen til høyre har innholdet frosset og utvidet seg, slik at boksen er sprengt ut og åpningsmekanismen sprengt opp. Boks med cola før og etter at den er frosset. I boksen til høyre har innholdet frosset og utvidet seg, slik at boksen er sprengt ut og åpningsmekanismen sprengt opp.

Faglig forklaring

Ei glassflaske knuses og ei plastflaske buler ut hvis vi fryser vannet til is. Årsaken er at vannet øker omtrent 10 % i volum når det blir til is fordi det blir større avstand mellom vannmolekylene.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 2. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • gjøre forsøk med vann og lys og samtale om observasjonene
  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

  • glassflaske eller plastflaske
  • boks
  • fryser
  • vann
  • konditorfarge eller saft
Forsøk og praktisk arbeid

Fra vanndamp til vanndråper

Opplev hvordan vanndamp i lufta kan omdannes til flytende vann.

Fyll et glass med vann og isbiter. Kan dere se at det kommer vann utenpå glasset? Bruk grubletegningen og diskuter hvor dette vannet kommer fra. Hvem tror dere har rett?

Grubletegning: glass

Foreslå hvordan dere kan teste ut hvilket forslag som er riktig.

Her er noen forslag:

Vanndamp i et glass

  1. Tørk av duggen på utsiden av glasset med tørkepapir, og dekk til toppen av glasset med plastfilm. Kommer det fortsatt dugg på glasset? I så fall kan det ikke være vann som sniker seg over kanten.
  2. Ta et tomt og kaldt glass ut av fryseren. La det stå litt i romtemperatur. Kommer det fortsatt dugg på glasset? I så fall er det ikke nødvendig med is eller vann i glasset for at det skal komme vanndråper på utsiden. Vann som lekker ut av glasset er derfor ikke riktig forklaring.
  3. Hell varmt vann i et nytt glass. Kommer det fortsatt vanndråper på glasset? Hvis ikke er det temperaturen som er viktig  for at kondensering skal skje.
  4. Foreslå andre tilfeller der du har sett at kondensering skjer.
     

Faglig forklaring

Selv om kondensiering er et vanlig fenomen, så er det ikke opplagt hvor vannet kommer fra. Vanndamp er mer eller mindre tilstedeti lufta, men er ikke synlig. Varm luft kan holde på mer vanndamp enn kald luft. Når temperaturen synker, gir derfor lufta fra seg noe av vannet som vanndråper. Dette kan vi observere når det dannes tåke, som er vanndråper i lufta, riktignok meget små vanndråper. Et glass som inneholder is er normalt kald nok til at vanndamp i lufta blir omdannet til vanndråper på utsiden av glasset.

Det kan også være interessant å legge plastfolie oppå et glass med varmt vann og studere dråpene som nå samler seg på undersiden av folien. Ha gjerne forstørrelsesglass tilgjengelig for å studere fenomenet nærmere. Folien hindrer vannet i å fordampe ut i lufta, lufta i glasset kan ikke ta mot mer vanndamp og derfor samler det seg dråper på plastfolien. Det kondenserer.

 

Kommentarer/praktiske tips

Dere trenger ikke å prøve ut alle forslagene. Hvis dere ikke har fryser lett tilgjengelig, kan dere bare gjøre punkt 1 og 3. Elevene har kanskje andre forslag som kan prøves ut også.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 2. årstrinn
    • Forskerspiren
      • beskrive, illustrere og samtale om egne observasjoner fra forsøk og fra naturen
    • Fenomener og stoffer
      • gjøre forsøk med vann og lys og samtale om observasjonene
  • Etter 7. årstrinn
    • Forskerspiren
      • formulere naturfaglige spørsmål om noe eleven lurer på, foreslå mulige forklaringer, lage en plan og gjennomføre undersøkelser
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

Til hver gruppe

  • isbiter
  • tre glass
  • kaldt og varmt vann fra springen
  • plastfolie
  • tørkepapir
  • eventuelt fryser
Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • Kondensering
Forsøk og praktisk arbeid

Grantre med snø

Ved å sette et treformet pappstykke i en saltløsning kan man få fine saltkrystaller til å vokse ut fra "treets" overflate.

  1. Klipp ut et grantre i porøs papp. Trekkpapir eller kaffefilter går også bra.
  2. Lag en mettet saltløsning. Det gjør du ved å varme opp en kjele med vann. Rør rundt i kjelen mens du heller salt oppi. Først vil du se at saltet løser seg opp i vannet. Heller du mer salt i kjelen, vil du etter en stund se at det ligger salt igjen på bunnen av kjelen selv om du rører rundt. Da har du fått en mettet saltløsning.
  3. Hell den mettede saltløsningen i et åpent kar. Sett grantreet ditt oppi karet slik at det blir vått på den nederste centimeteren. Finn på noe lurt slik at treet står støtt, eller se om du kan henge det opp slik at det likevel har den nederste delen i saltvannet.
  4. La treet stå i vinduskarmen og se på det hver dag. Etter en stund vil du se at det får ”snø” på seg. Saltvannet trekker oppover i det porøse papiret, og vannet fordamper. Saltet blir sittende igjen på greinene og ser ut som snø.

Tre av porøs kartong som står i en mettet saltløsning.

Faglig forklaring

Vann fordamper fra hele overflaten av treet, og det gjør at det stadig blir trukket mer saltvann opp. Saltet fordamper ikke, det blir igjen på overflaten. Hvis grantreet får stå helt i ro, kan det vokse fine saltkrystaller ut fra overflaten.

I et glass eller et tynt glassrør kan du se at vannet trekker seg oppover langs veggen. Når røret blir tynt som et hår, kan vannet trekke seg ganske langt oppover. Denne effekten kaller vi hårrørseffekten, og det er blant annet den som gjør at vannet trekker seg opp i grantreet.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 4. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • gjennomføre forsøk som viser at stoffer og stoffblandinger kan endre karakter når de blir utsatt for ulike påvirkninger
  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

  • Porøs papp, trekkpapir eller kaffefilter
  • Saks
  • Salt
  • Vann
  • Kjele og komfyr
Forsøk og praktisk arbeid

Setninger i rekkefølge – faseoverganger

Denne aktiviteten er et godt utgangspunkt for å anvende begrepene for faseoverganger. Ideen kan brukes på mange andre tema.

 

Faseoverganger - colourbox Illustrasjonsfoto: Colourbox.no Setninger i rekkefølge - vannets faseoverganger

Del ut setningslappene til to og to elever. La elevene lese gjennom dem. 

Be elevene snakke sammen to og to og bli enige om hvilken rekkefølge dere vil legge setningene i.

Oppsummer i plenum. 

Faglig forklaring

Rekkefølgen på setningene er (men starten kan være hvor som helst):

  1.        Is varmes opp
  2.        Is smelter
  3.        Vann varmes opp
  4.        Vann fordamper
  5.        Vanndamp kjøles ned
  6.        Vanndamp kondenserer
  7.        Vann kjøles ned
  8.        Vann fryser

Temperaturen til isen stiger når is varmes opp. Når isen kommer til smeltepunktet (0 oC), stopper temperaturen å stige, fordi all energien som tilføres, går med til å smelte isen. Når all isen har smeltet, stiger temperaturen i vannet. Det fordamper vann hele tiden fra en væskeflate, men det kondenseres damp også, slik at det er likevekt når temperaturen er konstant. Det fordamper mer når temperaturen stiger, og når vanndampen avkjøles, kondenserer damp til vann. Temperaturen synker helt til null når vann avkjøles. Her holder temperaturen seg konstant til vannet har frosset til is.

Kommentarer/praktiske tips

Kopier setningsarket på ark med forskjellige farger, én farge per gruppe (2-3 elever). Hvis en lapp kommer på avveie, er det da lett å finne bunken den hører hjemme i. Det er et poeng å si til elevene at de skal legge lappene i rekkefølge, og la de selv oppdage at de kan legge lappene i sirkel, som et kretsløp. Det er ingen start eller slutt.

Aktiviteten fungerer fint som en oppsummering, der dere har snakket om begreper som fordampe, kondensere, fryse/størkne, smelte. I aktiviteten må elevene anvende kunnskapen for å løse oppgaven. Når de arbeider i smågrupper, trener de samtidig på muntlig ferdighet. De må kommunisere og fortelle hverandre sin oppfatning. Aktiviteten fungerer også som vurdering av hva elevene har lært, både som informasjon til læreren og som egenvurdering.

Aktiviteten kan brukes i mange ulike tema. Eksempler er rekkefølge på det som skjer i fordøyelsen, "lysets vei" når vi ser, "lydens vei" når vi hører, livssyklus til planter og dyr og karbonets kretsløp. 

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen

Materialer og utstyr

Setningsark (pdf)

Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • fordampe
    å gå fra flytende form til gassform når det varmes opp
  • fryse
    å gå fra flytende form til fast form når vann kjøles ned
  • kondensere
    å gå fra gassform til flytende form når det kjøles ned
  • smelte
    å gå fra fast form til flytende form når det varmes opp