درس الإيقاظ العلمي: الهواء وخصائصه ومكوناته -- درس سنة سادسة

الإيقاظ العلمي: درس الهواء الموسع

السنة السادسة من التعليم الأساسي - البرنامج التونسي

تعريف الهواء مكوناته خصائصه التجارب والإثباتات التمارين والتطبيقات

وحدة المادة والبيئة

مرحباً بكم في درس الهواء الموسع والتفاعلي

الهواء هو خليط الغازات الذي يحيط بالكرة الأرضية ويشكل الغلاف الجوي. على الرغم من أننا لا نستطيع رؤيته بالعين المجردة، إلا أنه مادة لها كتلة وتشغل حيزاً ولها خصائص فيزيائية وكيميائية متعدّدة نكتشفها عبر التجارب العلمية.

1. تعريف الهواء والتعرف عليه

مادة غازية شفافة

الهواء غاز عديم اللون، عديم الطعم، وعديم الرائحة في حالته النقية.

يشغل حيزاً (حجماً)

الهواء ليس "فراغاً"، بل يملأ كل التجاويف والقوارير والأواني التي تبدو لنا فارغة.

له كتلة ووزن

بالرغم من خفته، يمتلك الهواء وزناً حقيقياً يبلغ حوالي 1.3 غرام لكل لتر في الظروف العادية.

2. مكونات الهواء الجوي

مخطط نسب مكونات الهواء الجوي

78%

غاز الآزوت (النيتروجين - $N_2$)

يمثل حوالي أربعة أخماس ($\frac{4}{5}$) حجم الهواء. وهو غاز خامل لا يساعد على الاشتعال ولا التنفس، ويلطف من حدة الأوكسجين.

21%

غاز الأوكسجين ($O_2$)

يمثل حوالي خمس ($\frac{1}{5}$) حجم الهواء. وهو غاز نشط ضروري جداً لتنفس الكائنات الحية والاحتراق.

1%

غازات أخرى متنوعة

تشمل ثاني أكسيد الكربون ($CO_2$)، بخار الماء، والأرغون، والنيون وغيرها من الغازات النادرة.

3. الخصائص الفيزيائية للهواء

الانضغاط والتوسع (الانتشار)

عند تقليص الحجم المحصور للهواء يزداد ضغطه (الانضغاط). وعند زيادة الحجم يقل ضغطه وينتشر ليملأ الفضاء المتاح (التوسع).

المرونة

يمتلك الهواء خاصية المرونة؛ إذ يعود تلقائياً إلى حجمه وضغطه الأصلي فور زوال التأثير الخارجي المطبق عليه.

التمدد بالحرارة والتقلص بالبرودة

عند تسخين الهواء، تتباعد جزيئاته فيزداد حجمه وتقل كثافته ويرتفع للأعلى. وعند تبريده يتقلص ويزداد ثقلاً.

شكل وحجم غير ثابتين

ليس للهواء شكل أو حجم محدد وثابت، بل يأخذ دائماً شكل الإناء أو الحاوية التي تحصره فيها.

4. التجارب العملية والتوضيحية

التجربة 1: الكأس المنكوسة

إثبات وجود الهواء وشغله للفضاء

الخطوات: ننكس كأس زجاجية فارغة عمودياً في حوض به ماء ملون.

الملاحظة: عدم دخول الماء إلى داخل الكأس ويبقى القعر جافاً. وعند إمالة الكأس، تتصاعد فقاعات هواء ويدخل الماء محله.

الاستنتاج: الكأس ليست فارغة، بل بها هواء يمنع دخول الماء. الهواء موجود ويحتل حيزاً وقابل للانزياح.

التجربة 2: الميزان والنفاختان

إثبات أن للهواء كُتلة ووزناً

الخطوات: نعلق نفاختين متماثلتين ومملوءتين بالهواء على طرفي ميزان بسيط. ثم نثقب إحدى النفاختين بإبرة ليفلت الهواء منها.

الملاحظة: اختلال توازن قضيب الميزان ورجحان كفة النفاخة المملوءة بالهواء.

الاستنتاج: للهواء وزن وكتلة. (كتلة 1 لتر من الهواء تزن حوالي 1.3 غرام في الظروف العادية).

التجربة 3: احتراق الشمعة بالمخبار

إثبات استهلاك غاز الأوكسجين أثناء الاحتراق

الخطوات: ننكس مخباراً مدرجاً فوق شمعة مشتعلة مثبتة في حوض به ماء ملون.

الملاحظة: تنطفئ الشمعة بعد بضع ثوانٍ، ويرتفع الماء داخل المخبار بمقدار الخمس ($\frac{1}{5}$) تقريباً.

الاستنتاج: استهلكت الشمعة غاز الأوكسجين (الذي يمثل 1/5 حجم الهواء) واللازم للاشتعال، بينما الغاز المتبقي (الآزوت) لا يساعد على الاشتعال.

5. سلسلة التمارين والتطبيقات والحلول

التمرين 1: صواب أو خطأ

أساسي

ضع علامة $(\checkmark)$ أو $(\times)$ أمام العبارات التالية:

1. يمثل غاز الآزوت الخمس تقريباً من حجم الهواء الجوي.
2. عند دفع مكبس محقنة مسدودة الفوهة يزداد ضغط الهواء المحبوس.
3. غاز الأوكسجين غاز يساعد على الاشتعال والضروري للتنفس.
4. الهواء غاز له حجم ثابت وشكل متغير.

عرض الإصلاح والحل النموذجية

• 1. $(\times)$ - خطأ: الآزوت يمثل 4/5 (78%) والأوكسجين هو الخمس (21%).
• 2. $(\checkmark)$ - صواب.
• 3. $(\checkmark)$ - صواب.
• 4. $(\times)$ - خطأ: الهواء ليس له حجم ثابت ولا شكل ثابت.

التمرين 2: حساب كتلة وحجم الهواء

مسألة حسابية

قاعة درس أبعادها كالتالي: الطول $8\text{ m}$، العرض $5\text{ m}$، والارتفاع $3\text{ m}$.

1. احسب حجم الهواء الإجمالي داخل القاعة بـ $\text{m}^3$.
2. احسب حجم غاز الأوكسجين المتوفر داخل هذه القاعة.
3. احسب حجم غاز الآزوت الموجود بالقاعة.

عرض الإصلاح والحل النموذجية

1. **حجم الهواء الإجمالي:** $8 \times 5 \times 3 = 120\text{ m}^3$.

2. **حجم غاز الأوكسجين ($\frac{1}{5}$):** $120 \times \frac{1}{5} = 24\text{ m}^3$.

3. **حجم غاز الآزوت ($\frac{4}{5}$):** $120 \times \frac{4}{5} = 96\text{ m}^3$.

التمرين 3: تجربة المحقنة (الانضغاط والمرونة)

تحليل تجربة

نحصر حجماً من الهواء قدره $50\text{ cm}^3$ داخل محقنة ونغلق الفوهة بظاهر إبهامنا ثم ندفع المكبس ليصبح الحجم $30\text{ cm}^3$.

1. كيف أصبح ضغط الهواء داخل المحقنة عند دفع المكبس؟ وما هي الخاصية المبرزة؟
2. ماذا يحدث عند ترك المكبس حر الحركة دون إزالة الإبهام؟ وبماذا تفسر ذلك؟

عرض الإصلاح والحل النموذجية

1. يرتفع ضغط الهواء الداخلي. الخاصية الفيزيائية المبرزة هي: **قابلية الهواء للانضغاط**.

2. يرتد المكبس للخلف ليعود إلى موضعه الأصلي تقريباً. والتفسير هو **مرونة الهواء** ورغبته في الاستعادة التلقائية لحجمه وضغطه الأصلي.

خلاصة واستنتاجات الدرس العامة

• الهواء غاز شفاف يحيط بنا ويمشي في كل مكان، وله وزن وحجم وقابل للانزياح.
• يتكون الهواء أساساً من غازين رئيسيين: الأوكسجين ($\frac{1}{5}$) والآزوت ($\frac{4}{5}$).
• يتميز الهواء بالانضغاط، التوسع، المرونة، والتأثر بالحرارة (يتمدد بالحرارة ويتقلص بالبرودة).
• الأوكسجين ضروري للتنفس والاحتراق، بينما الآزوت غاز خامل يلطف حدة الأوكسجين.

مادة الإيقاظ العلمي - البرنامج الرسمي التونسي - السنة السادسة أساسي