Pieni universumi petrimaljassa: Koe kahvisokerin avulla diffuusion taika vain 10 minuutissa!

Tervehdys! Olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Joka päivä on kokeilun paikka!

Lasketaan varovasti sokeripala teekuppiin. Sitä ei sekoiteta, mutta meripihkanväriset renkaat leviävät hitaasti mutta varmasti ympäriinsä… Oletko nähnyt tuota ilmiötä?

”No, onhan se selvää, että se sulaa”, saatat ajatella.

Mutta juuri tuon ”itsestäänselvyyden” taakse kätkeytyy suuri draama mikrokooppisessa maailmassa, jota emme voi nähdä. Tällä kertaa esittelen sinulle hiljaisen ja kauniin tiedekokeen, jonka pääosassa on vain yksi sokeripala. Kun yläkoulun (luokka 7) oppilaat tutustuvat ensimmäistä kertaa ”vesiliuosten” maailmaan, he ymmärtävät varmasti sen jännittävyyden ja syvyyden. Valmistelu on yllättävän helppoa. Avaamme yhdessä oven näkymättömään maailmaan.

Värien tanssi alkaa hiljaisuudessa

Kokeen pääosissa ovat petrimalja, yksi ruskea sokeripala (kahvisokeri) ja sinun tuijottava katseesi. Kun sokeripalan asettaa petrimaljassa olevaan veteen, väri alkaa levitä hiljalleen, aivan kuin taikuudella. Kukaan ei ole sekoittanut sitä, mutta se leviää tasaisesti ja hiljaa, aivan kuin sillä olisi oma tahto.

Oppilaat saattavat luonnollisesti huudahtaa: ”Miksi se leviää, vaikka en sekoittanut sitä?” Tämä lapsellisen puhdas hämmästys on kaiken tieteen alku. Se on täydellinen tilaisuus alkaa kuvitella näkymättömien ”hiukkasten” maailmaa.

Kokeen valmistelu

Petrimalja (läpinäkyvä ja tasapohjainen on paras havainnointiin)

Kahvisokeri (värillinen, hitaasti liukeneva sokeri on paras)

Vesi (huoneenlämpöinen on OK. Juuri sen verran, että petrimaljan pohja peittyy)

100 ml dekanterilasi (veden varovaiseen kaatamiseen)

Mittataustalevy (samankeskisin ympyröin varustettu. Voit kirjata värin leviämisen)

※Taustalevy asetetaan petrimaljan alle. Voit toki tehdä sen itse, mutta olen valmistanut PDF-tiedoston, jota voit käyttää:

Samankeskiset ympyrät (kahvisokerin liukeneminen) (PDF)

Havainnointi ja opetuksen kulku

 
1. Kaada vesi varovasti petrimaljaan (juuri sen verran, että pohja peittyy).

 

2. Kun vesi on pysähtynyt, aseta kahvisokeri varovasti keskelle.

 

3. Tässä on tärkein vaihe! Älä missään nimessä sekoita tai heiluta, vaan tarkkaile henkeä pidätellen.

 

4. Kirjaa mittataustalevyn avulla ylös, kuinka pitkälle väri on levinnyt 2 minuutin välein 10 minuutin ajan.

Jo pelkkä hiljainen muutoksen tarkkailu on rikasta oppimista. Kokeileminen opettaa enemmän kuin tuhat sanaa. Katso ensin tämä video:

Vinkkejä näkymättömän maailman tutkimiseen [Tieteen ytimeen]

Nyt pääsemme tieteen varsinaiseen ytimeen. Tätä ilmiötä kutsutaan diffuusioksi (suom. diffuusio). Vaikka emme näe sitä, veden (molekyylit) ja sokerin (molekyylit) hiukkaset eivät itse asiassa ole täysin paikallaan. Ne tärisevät ja liikkuvat jatkuvasti. Tätä kutsutaan lämpöliikkeeksi (suom. lämpöliike).

Petrimaljassa lukemattomat vesimolekyylit liikkuvat energisesti, kuin pienet lapset, ja törmäilevät yksi toisensa jälkeen sokerimolekyyleihin. Törmäyksissä sokerimolekyylit hajoavat vähitellen erilleen ja vesimolekyylit kuljettavat niitä joka suuntaan.

Heitä oppilaille seuraavat kysymykset:

Miksi se levisi, vaikka et sekoittanut sitä?
→ Eikö näkymätön vesihiukkanen törmännyt sokeripartikkeliin ja kuljettanut sitä?

Miksi se levisi samalla tavalla joka suuntaan – ylös, alas, vasemmalle ja oikealle?
→ Se todistaa, että vesihiukkaset liikkuvat todella sattumanvaraisesti, eivät vain tiettyyn suuntaan.

Mitä luulet, miten leviämisnopeus muuttuisi, jos käytettäisiin kuumaa vettä?
→ Mitä korkeampi lämpötila, sitä voimakkaampaa vesihiukkasten liike (lämpöliike) on. Siksi sen pitäisi levitä paljon nopeammin!

Tällä tavoin oppilaat voivat yksinkertaisen havainnon avulla kokemuksellisesti ja vakuuttavasti rakentaa tieteen perusmallin – sen, että ”hiukkaset ovat jatkuvassa liikkeessä”.

”Sockeri vain liukenee” – mutta se, mitä tässä pienessä petrimaljassa tapahtuu, on samaa periaatetta – diffuusiota – joka saa hajuveden leviämään huoneeseen, hapen siirtymään vereen keuhkoissa ja jopa sumujen leviämään kaukaisessa avaruudessa. Jos tunnet, kuinka mikrokooppisen maailman lait yhdistävät kehomme ja jopa kosmoksen, luonnontieteistä tulee paljon mielenkiintoisempaa!

Yhteydenotot ja pyynnöt

Tee tieteen ihmeistä ja hauskuudesta itsellesi tuttua! Olen koonnut tähän blogiin helppoja tiedekokeita, joita voit tehdä kotona, ja vinkkejä niiden toteuttamiseen. Hae ja selaa lisää!

・Lisätietoja ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta löydät täältä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) lähetä täältä
・Artikkelipäivitykset julkaistaan X:ssä!

Tieteen temppukanavalla julkaistaan kokeiluvideoita!