گرما و مادّه

سارا پیشانی‌اش را گرم حس می‌کند و مادر می‌گوید به نظرم تب داری؛ خود سارا می‌گوید تب ندارد. بدون دماسنج چطور با اطمینان بگوییم کدام درست می‌گوید؟ این اختلاف حس، شروع فصل ۵ علوم چهارم با عنوان «گرما و مادّه» است. در نردبون چند مدرس همین فصل را با آزمایش لیوان و دماسنج توضیح می‌دهند تا بتوانی مدرسی را انتخاب کنی که اندازه‌گیری دما را برایت ملموس کند.

سه لیوان سرد، نیم‌گرم و گرم

سه لیوان را شماره‌گذاری کن؛ به ترتیب آب سرد، آب نیم‌گرم و آب گرم بریز. دو انگشت دست راست را در آب گرم و دو انگشت دست چپ را در آب سرد بگذار و تا بیست بشمار. همان انگشت‌ها را درون لیوان آب نیم‌گرم ببر؛ چه احساسی داری و یادداشت کن. حس لامسه فریب‌نده است؛ برای همین کتاب می‌پرسد آیا سارا واقعاً تب داشت و چگونه با اطمینان می‌توان گفت.

دماسنج؛ ابزار اطمینان

با حس لامسه نمی‌توان با دقت مشخص کرد یک جسم نسبت به دیگری سردتر است یا گرم‌تر. دماسنج این کار را می‌کند. در تصویرهای صفحهٔ ۳۹ دماسنج‌های گوناگون را می‌بینی: رقمی (دیجیتالی)، پزشکی، دیواری، نواری (تب‌سنج)، تابشی و آزمایشگاهی (الکلی). روش درست خواندن دما را با شکل‌های درست و نادرست کتاب مقایسه کن؛ دمای صفر، بالای صفر و زیر صفر درجهٔ سلسیوس را بشناس. اگر دماسنج دمای بدن سارا را حدود ۳۷ نشان دهد تب ندارد؛ اگر ۳۸ یا ۳۹ نشان دهد تب دارد.

گرما می‌تواند منتقل شود

امین لیوان شیر داغ و ملیکا لیوان شیر سرد دارد؛ اگر لیوان‌ها را مدتی کنار هم بگذارند چه اتفاقی می‌افتد؟ در لیوان فلزی تا نیمه آب سرد بریز، با دماسنج الکلی دما را اندازه بگیر، لیوان را روی بخاری بگذار و ببین آب گرم‌تر شده یا سردتر و انرژی لازم از کجا آمده است.

برای درست کردن چای ابتدا به آب کتری گرما می‌دهیم. پیش‌بینی کن دمای آب چه تغییری می‌کند. فعالیت صفحهٔ ۴۱: کمی آب و یخ در لیوان فلزی، ظرف شیشه‌ای تا نیمه آب داغ، اندازه‌گیری دما در زمان‌های ۰، ۵، ۱۰ و ۱۵ دقیقه، رسم نمودار، و کشیدن پیکان مسیر انتقال گرما بین آب سرد و داغ. گرما معمولاً از جسم گرم‌تر به سردتر منتقل می‌شود و می‌تواند موجب افزایش دما شود.

گفت‌وگوی تصویر و قاشق چوبی آش

در تصویر صفحهٔ ۴۲ چه چیزهایی گرم‌ترند و گرما از کدام جسم به کدام منتقل می‌شود؟ مریم دید مادر برای هم زدن آش از قاشق چوبی استفاده می‌کند و پرسید چرا. فعالیت پاکت شیر پاسخ می‌دهد: تا نیمه آب داغ در پاکت، سه شکاف به عرض خط‌کش، تکه‌های مساوی شکلات روی خط‌کش چوبی، فلزی و پلاستیکی در ارتفاع یکسان، سر خط‌کش‌ها در آب داغ. پیش‌بینی کن شکلات روی کدام خط‌کش زودتر می‌افتد.

هشدار: هنگام بریدن پاکت و استفاده از آب داغ از بزرگ‌ترها کمک بگیر. گرمای آب از خط‌کش فلزی به شکلات می‌رسد اما از خط‌کش چوبی و پلاستیکی به‌خوبی عبور نمی‌کند. برای پختن غذا معمولاً از ظرف‌های فلزی مثل قابلمهٔ مسی و چدنی استفاده می‌شود چون فلزها گرما را بهتر و سریع‌تر عبور می‌دهند. مردم کشور ما از گذشته از ظرف‌های سفالی، سنگی و فلزی هم استفاده می‌کردند.

رسانای گرما و عایق گرمایی

به موادی مانند فلزها که گرما را سریع منتقل می‌کنند رسانای گرما می‌گویند. به موادی مانند چوب و پلاستیک که گرما را به‌کُندی منتقل می‌کنند نارسانای گرما یا عایق گرمایی می‌گویند. فکر کنید: برای دستهٔ قابلمه چوب بهتر است، فلز یا پلاستیک؟ اگر در چهار لیوان کاغذی، شیشه‌ای، پلاستیکی و فلزی تا نیمه آب داغ بریزیم، پس از چند دقیقه در کدام لیوان آب سردتر شده است؟ چگونه می‌توان دمای آب را مدتی ثابت نگه داشت؟

بطری‌های پوشش‌دار؛ ساختن وسیله‌ای شبیه فلاسک

در سه بطری کوچک مقدار مساوی آب یخ بریز، دما را یادداشت کن، در یکی را با چند لایه پارچه و دیگری را با چند لایه کاغذ بپیچ (ضخامت لایه‌ها تقریباً برابر باشد). قسمت بالای سه بطری بزرگ را ببر، بطری‌های کوچک را درون آن‌ها بگذار و بچسبان. پس از یک ساعت دمای آب را در جدول بنویس: بطری با روزنامه، با پارچه، بدون پوشش. آب در کدام ظرف سردتر مانده است؟

فکر کنید: اگر به جای آب سرد از آب گرم استفاده کنی چه می‌شود؟ وسیله‌ای که ساختی مانند فلاسک عمل می‌کند؛ فلاسک مایع‌ها را مدت طولانی گرم یا سرد نگه می‌دارد. اطلاعات جمع‌آوری کن: در تابستان چه وسایلی از ورود گرما به خانه و در زمستان از خروج گرما جلوگیری می‌کنند؟

چرا حس دست برای تب کافی نیست؟

آزمایش سه لیوان نشان می‌دهد انگشت‌هایی که刚才 در آب گرم بوده‌اند، آب نیم‌گرم را سرد حس می‌کنند و برعکس. مادر و سارا هر دو ممکن است صادق باشند و در عین حال هر دو اشتباه کنند؛ چون مرجع حس‌شان فرق داشته است. دماسنج مرجع مشترک می‌سازد. خواندن درست دماسنج الکلی هم مهارت است: چشم باید هم‌تراز سطح مایع باشد؛ شکل‌های درست و نادرست صفحهٔ ۳۹ همین را یاد می‌دهد.

مسیر گرما را با پیکان بکش

وقتی لیوان آب و یخ را داخل آب داغ می‌گذاری و هر پنج دقیقه دما می‌نویسی، داری منحنی گرم شدن را می‌سازی. رسم پیکان از آب داغ به آب سرد روی شکل کتاب، زبان تصویری انتقال گرماست. در آشپزخانه هم همین منطق برقرار است: قاشق فلزی زود داغ می‌شود، دستهٔ چوبی دیرتر؛ برای همین مادر مریم قاشق چوبی برمی‌دارد. آزمایش شکلات روی سه خط‌کش همان صحنه را آزمایشگاهی می‌کند.

فلاسک و بطری‌های پوشش‌دار صفحهٔ ۴۴ و ۴۵ کاربرد عایق را نشان می‌دهند. پارچه و کاغذ اگر لایه‌لایه پیچیده شوند، انتقال گرما را کند می‌کنند؛ فرقی نمی‌کند بخواهی یخ دیر آب شود یا چای دیر سرد. در خانه هم پردهٔ ضخیم، درزگیر و نبستن پنجره وقتی بخاری روشن است، همان ایدهٔ عایق در مقیاس ساختمان است.

سهم تو در حفاظت از انرژی گرمایی

در زمستان خانه‌ها را با روش‌های گوناگون گرم می‌کنیم و مصالح ساخت خانه در مصرف انرژی اثر دارند. گرما می‌تواند از درز در و پنجره بیرون برود. با مواد نارسانا می‌توان از هدر رفتن گرما در زمستان و ورود گرما در تابستان جلوگیری کرد. پیشنهاد کتاب: وقتی بخاری روشن است پنجره‌ها را باز نگذار؛ از درزگیر استفاده کن؛ در روزهای سرد از پرده‌های ضخیم بهره ببر.

قدم بعدی در علوم چهارم، دنیای سخت و رنگارنگ سنگ‌هاست: فصل ۶؛ سنگ‌ها.