კომპლექსური დავალება: იდეალური აირი და ჩასუნთქვა-ამოსუნთქვა

 

საქართველოში საბუნებისმეტყველო დისციპლინების სწავლებაში პრობლემები რომ არსებობს, ამას სახელმწიფო და საერთაშორისო კვლევებიც ადასტურებს. მოსწავლეები ერთმანეთს ვერ უკავშირებენ საკითხებს, ვერ ახდენენ ტრანსფერს. მაგალითად, ვერ ხსნიან, რატომ განსხვავდება ერთმანეთისგან მთისა და ქალაქის ველოსიპედის ბორბლების რადიუსი, თუმცა ფიზიკიდან კარგად იციან, როგორ გამოითვლება ბრუნვის სიხშირე, ცენტრისკენული აჩქარება. ქიმიის გაკვეთილზე შეუძლიათ, გამოთვალონ ნივთიერებაში ელემენტის ჟანგვის რიცხვი, მაგრამ ბიოლოგიის გაკვეთილზე ვერ ხსნიან წყლის ფოტოლიზის განტოლებას. ჩემი აზრით, საინტერესო იქნება ერთი საკითხის განხილვა სხვადასხვა  კუთხით. მაგალითად, თუ მოსწავლე გაეცნობა ენერგიის მუდმივობის კანონს ქიმიაში, ფიზიკასა და ბიოლოგიაში, მის გონებაში საკითხი გამთლიანდება და ტრანსფერული უნარების განვითარებაც გაადვილდება.

პანდემიამ აშკარა გახადა, რომ მეცნიერების განვითარება ნებისმიერი ქვეყნისთვის აუცილებელია. ახალი სკოლის მოდელის ფარგლებში შესასრულებელი კომპლექსური დავალებები მოსწავლეებს მაღალი სააზროვნო უნარების განვითარებაში და მიღებული გამოცდილების პრაქტიკაში გამოყენებაში დაეხმარება.

გთავაზობთ კომპლექსურ დავალებას, რომელიც სასიცოცხლოდ აუცილებელ პროცესს, სუნთქვას, ფიზიკის ჭრილში დაანახებს მოსწავლეს. ის მიხვდება, რომ „უბრალო“ ჩასუნთქვა და ამოსუნთქვაც კი არ ხდება ფიზიკის კანონებისგან დამოუკიდებლად.

 

სამიზნე ცნება: მატერია, კვლევა

შედეგები: ფიზიკა საბ: 1; 2; 3; 5; 6; 7

საკითხი: თერმოდინამიკა

კომპლექსური დავალების პირობა:

1. Cache-nez ფრანგული სიტყვაა და სიტყვასიტყვით ცხვირის დამალვას ნიშნავს. კაშნეს სიცივეში ვიხვევთ, თუმცა მას ყველა არ ხმარობს. ბევრიც პირით სუნთქავს, რასაც ხშირად ყელში უსიამოვნო შეგრძნების გაჩენა მოსდევს. ბიოლოგიის სახელმძღვანელოდან და დამატებითი საკითხავი მასალიდან გაიხსენე სუნთქვის ორგანოთა სისტემის აგებულება და ფუნქცია, ფიზიკაში გაეცანი იდეალურ აირს და შესაბამის კანონებს. წარმოადგინე ნამუშევარი, რომელშიც პასუხს გასცემ შემდეგ კითხვებს:

* რატომ გვტკივა ყელი პირით სუნთქვის დროს?

* რა მნიშვნელობა აქვს ცხვირით სუნთქვას?

* რა კავშირია იდეალური აირის კანონებსა და სუნთქვით მოძრაობებს შორის?

ნაშრომში წარმოადგინე შემდეგი ამოცანების ამოხსნის გზებიც:

1. გარემოში ჰაერის ტემპერატურა 10⁰C-ია, ფილტვებში არსებული ჰაერის ტემპერატურა კი 37⁰C-ს უტოლდება. რა წნევას ავითარებს ამოსუნთქული ჰაერი, თუ ჩავთვლით, რომ პროცესი იზოქორულია?
2. ფილტვში საშუალოდ 2400 მლ ჰაერი ეტევა. გამოთვალე საბოლოო წნევა, თუ ადამიანი ჩაისუნთქავს 500 მლ ჰაერს (პროცესი ჩათვალე იზოთერმულად).

 

კომპლექსური დავალების შესასრულებლად გასავლელი ეტაპები:

I ეტაპი: გააცანით მოსწავლეებს კომპლექსური დავალების პირობა; რას მოითხოვთ მისგან; რა ევალება მის მოსამზადებლად; როგორ შეფასდება.

გთავაზობთ იმ აქტივობების სავარაუდო თანმიმდევრობას, რომლებიც მოსწავლემ უნდა შეასრულოს:

აქტივობა 1. გააცანით მოსწავლეებს ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა და დიფუზია. დიფუზიის ასახსნელად შეიძლება გამოიყენოთ სიმულაცია, რომელსაც ნახავთ ქვემოთ მოცემულ ბმულზე:

https://phet.colorado.edu/en/simulation/diffusion

არსებობს ამ სიმულაციის ქართული ვერსიაც, რომელზეც შეგიძლიათ გადახვიდეთ Translation ღილაკზე დაწკაპებით და ქართული ენის არჩევით.

მარჯვენა მხარეს მოცემულია ველი, რომელშიც იწერება მოლეკულების რაოდენობა. მოსწავლეები იმსჯელებენ, როგორ მოქმედებს დიფუზიის სიჩქარეზე ტემპერატურა, მოლეკულების მასა, რადიუსი და რაოდენობა.

ამისთვის შესთავაზეთ ოთხი ექსპერიმენტის ჩატარება განსხვავებული პირობებით. პირველ შემთხვევაში უნდა შეცვალონ ტემპერატურა, მეორეში – მოლეკულების რაოდენობა, მესამეში – მასა, მეოთხეში – რადიუსი. მოსწავლეები დააკვირდებიან პროცესს და გამოიტანენ დასკვნას.

აქტივობა 2: მოსწავლეებს გააცანით იდეალური აირის არსი და თვისებები; აუხსენით, რა შემთხვევაში ჩაითვლება აირი იდეალურად. ამ დროს შეიძლება გამოიყენოთ სიმულაცია, რომელსაც ნახავთ შემდეგ ბმულზე:

https://phet.colorado.edu/sims/html/gases-intro/latest/gases-intro_en.html

(დეტალური ინსტრუქცია მოცემულია ბმულზე https://drive.google.com/file/d/1ODQA6CpOkgL-wzZDR-Pzd49opFGF0eQx/view?usp=sharing )

აქტივობა 3: კლაპერონ-მენდელეევის კანონის გასაცნობად მოსწავლეებს შესთავაზეთ GeoGebra-ში დამზადებულია სიმულაცია, რომელსაც ნახავთ შემდეგ ბმულზე:

https://www.geogebra.org/m/YzwWBYP3

(დეტალურ ინსტრუქციას იპოვით ბმულზე https://drive.google.com/file/d/12piyLPw2Qv8UBsE-UJ-3DpkxgAalE-7C/view?usp=sharing)

მონაცემების შეგროვება და წარმოდგენა მოსწავლეს შეუძლია ცხრილის ფორმით. შეუძლია, უბრალოდ დაადგინოს კანონზომიერება სიდიდეებს შორის. ასევე შეიძლება, მოსწავლემ გრაფიკი ააგოს ფურცელზე და საკუთარი შედეგი სიმულაციაზე მოცემულს შეადაროს.

აქტივობა 4: ბოილ მარიოტის, გეი – ლუსაკის და შარლის კანონების გასამეორებლად შეიძლება მოსწავლეებს შევთავაზოთ სხვადასხვა ანიმაცია.

ამ აქტივობათა გავლის შემდეგ მოსწავლეს უკვე აქვს წარმოდგენა იდეალურ აირზე და შეუძლია, გაარჩიოს ამოცანა.

დამატებითი საკითხავი ფიზიკაში: როგორ ხდება ჩასუნთქვა და ამოსუნთქვა? რა აკავშირებს ამ პროცესს იდეალურ აირთან?

ვინაიდან ჰაერის შემადგენელი მოლეკულები არ ურთიერთქმედებს ერთანეთთანდა, ამავე დროს, მათი ზომა ძალიან მცირეა, ჰაერი შეიძლება განვიხილოთ როგორც იდეალური აირი.

პლევრის ღრუ წარმოადგენს ჰერმეტულად დახურულ სივრცეს, რომელშიც მცირე რაოდენობით სითხეა. ის ფილტვებს მექანიკური დაზიანებისგან იცავს.

დალტონის კანონი: აირების ნარევის ჯამური წნევა თითოეული აირის მიერ განვითარებულ წნევათა ჯამის ტოლია. ჰაერი სხვადასხვა აირის ნარევია, რომელთა კონცენტრაციაც განსხვავებულია.

P _{ჯამური} = P ₁ + P ₂ + P ₃ + . . . P _n

P _ატმ = P (N ₂ ) + P (O ₂ ) + P (CO ₂ ) + P (წყლის ორთქლი) + P (ინერტული აირები)

ჰენრის კანონი: ალვეოლებიდან სისხლში გადასული ჟანგბადის კონცენტრაცია პროპორციულია ალვეოლებში არსებული პარციალური წნევისა_. რატომ ხდება გაზთა ცვლა ფილტვებსა და ქსოვილებში? აქ ჰენრის კანონი მოქმედებს. ჟანგბადის პარციალური წნევა ალვეოლებში უფრო მეტია, ვიდრე ვენურ სისხლში, ამიტომ ჟანგბადი „ცდილობს“, გადავიდეს ვენურ სისხლში. ნახშირორჟანგის შემთხვევაში პირიქითაა: მისი პარციალური წნევა უფრო მეტია ვენურ სისხლში და ნაკლებია ალვეოლებში, ამიტომ ის „ცდილობს“,ალვეოლებში გადავიდეს. სისხლის პლაზმაში ნახშირორჟანგის ხსნადობა 22-ჯერ მეტია, ვიდრე ჟანგბადისა. სითხეში აირის ხსნადობა მოცემულ ტემპერატურაზე მოცემული აირის პარციალური წნევის პროპორციულია.

ლა პლასის კანონი: ΔP = 2T/R, სადაც T აირის აბსოლუტური ტემპერატურაა, R – რადიუსი, ΔP – წნევათა სხვაობა (პლევრის ღრუში არსებულ წნევასა და ალვეოლებში არსებულ წნევას შორის).

 

დამატებითი ინფორმაცია ბიოლოგიაში:

სურათზე გამოსახულია ადამიანის გულმკერდის ღრუ, მისი შემადგენელი სტრუქტურები. როგორც ხედავთ, ფილტვის შიგნით, ალვეოლებში, ჰაერის მიერ განვითარებული წნევა 760 მმ ვწყ სვ-ის ტოლია, პლევრის ღრუში კი – 756 მმ ვწყ სვ-ისა. ფილტვის შიდა და ატმოსფერულ წნევას შორის სხვაობა 0 მმ ვწყ სვ-ია, პლევრის ღრუსა და ატმოსფერულ წნევას შორის სხვაობა კი უარყოფითია და -4 მმ ვწყ სვ-ს უდრის. პლევრის ღრუში უარყოფითი წნევა იწვევს ალვეოლებში წნევის შემცირებას, რასაც გულმკერდის ღრუს გაფართოება მოსდევს და ხდება ჩასუნთქვა.

სურათზე მოცემულია ტერმინი „ტრანსპულმონური წნევა“. ტრანსპულმონური წნევა ფილტვის შიდა და პლევრის ღრუში არსებულ წნევებს შორის სხვაობის ტოლია. წნევებს შორის სხვაობა რამდენიმე (საშუალოდ 4) წამის განმავლობაში ნარჩუნდება, თუმცა ეს დრო საკმარისია ნეკნთაშუა კუნთებისა და დიაფრაგმის ასამუშავებლად.

ამოცანა 1: -ამოხსნა                          

P ₁ = 1 ატმ                            P ₁ / T ₁ = P ₂ / T ₂

T ₁ = 10 + 273 = 283 K                      P ₂ = 1.09 ატმ

T ₂ = 37 + 273 = 310 K

V ₁ = V ₂

 

 

P ₂ = ?

საბოლოო წნევა აღემატება საწყისს, ამიტომ როცა ადამიანი პირით ჩაისუნთქავს დაბალი ტემპერატურის ჰაერს, ეს უკანასკნელი ვერ ასწრებს გათბობას და ყელის ტკივილს იწვევს.

 

ამოცანა 2: -ამოხსნა                          

P ₁ = 760 მმ ვწყ.სვ                           P ₁ X V ₁ = P ₂ X V₂

V ₁ = 2400 მლ = 2,4 ლ                     P ₂ = 629 მმ. ვწყ.სვ

V ₂ = 2900 მლ = 2,9 ლ

T ₁ = T ₂

 

 

P ₂ = ?

წნევებს შორის სხვაობა უარყოფითია და -131 მმ ვწყ სვ-ის ტოლია.

 

სავარაუდო შეფასების რუბრიკა:

	1	2	3	4
რატომ გვტკივა ყელი პირით სუნთქვის დროს?	მოსწავლე ადასტურებს ფაქტს, თუმცა ვერ ხსნის მიზეზს.	მოსწავლე ნაწილობრივ ხსნის მოვლენას.	მოსწავლე ხსნის მოვლენას, თუმცა ვერ იყენებს ამოცანის მონაცემებს.	მოსწავლე ამოცანაში მოცემულ მონაცემებზე დაყრდნობით პასუხობს შეკითხვას.
რა მნიშვნელობა აქვს ცხვირით სუნთქვას?	მოსწავლე ადასტურებს ფაქტს, თუმცა ვერ ხსნის მიზეზს.	მოსწავლე ნაწილობრივ ხსნის მოვლენას.	მოსწავლე ხსნის მოვლენას, თუმცა ვერ იყენებს ამოცანის მონაცემებს.	მოსწავლე ამოცანაში მოცემულ მონაცემებზე დაყრდნობით პასუხობს შეკითხვას.
რა კავშირია იდეალური აირის კანონებსა და სუნთქვით მოძრაობებს შორის?	მოსწავლე ადასტურებს, რომ სუნთქვითი მოძრაობები განპირობებულია იდეალური აირის კანონების მოქმედებით, თუმცა ვერ ხსნის მიზეზს.	მოსწავლე იყენებს ჩამოთვლილი ოთხი კანონიდან მხოლოდ ორს.	მოსწავლე იყენებს ჩამოთვლილი ოთხი კანონიდან მხოლოდ სამს.	მოსწავლე იდეალური აირების კანონების გამოყენებით ზუსტად ხსნის სუნთქვითი მოძრაობების მიზეზს.

 

სასურველია, მასწავლებელმა შეამოწმოს მოსწავლეების პრეზენტაციის უნარი. თუ სამუშაოს ჯგუფებში შეასრულებენ, პრეზენტაციაში ყველა მოსწავლემ უნდა შეიტანოს წვლილი.

 

გამოყენებული ლიტერატურა:

https://bit.ly/3jajj7J

https://bit.ly/32obkOc

https://bit.ly/30jKwfm

https://bit.ly/38YuITm

https://bit.ly/32mLDgV

https://bit.ly/3fzdcHz

 

     

 

წყარო ; http://mastsavlebeli.ge/