Obrada nastavne teme “Toplota” u integrisanoj nastavi prirodnih nauka

1 

OBRADA NASTAVNE TEME “TOPLOTA” U 

INTEGRISANOJ NASTAVI PRIRODNIH NAUKA

- diplomski rad - 

Mentor: 

Kandidat: 

Dr Dušanka Obadović, red. prof.                             Vladica Bugarski

Novi Sad  

UNIVERZITET U NOVOM SADU 

PRIRODNO - MATEMATIČKI  

FAKULTET 

DEPARTMAN ZA FIZIKU 

2 

Sadržaj

1.Uvod............................................................................................................................................4

2.Temperatura.................................................................................................................................5

  2.1.Jedinice za merenje temperature.............................................................................................5

  2.2.Termometri.............................................................................................................................7

  2.2.1.Termometar sa tečnošću.....................................................................................................7

  2.2.2.Otporni termometar............................................................................................................8

  2.2.3.Gasni termometar...............................................................................................................9

  2.2.4.Maksimalni i minimalni termometri...................................................................................9

3.Toplota........................................................................................................................................10

  3.1.Jedinica toplote.....................................................................................................................10

  3.2.Toplotni kapacitet.................................................................................................................11

  3.3.Specifični toplotni kapacitet.................................................................................................11

  3.4.Širenje čvrstih tela pri zagrevanju........................................................................................11

  3.5.Širenje tečnosti pri zagrevanju.............................................................................................12

  3.6.Širenje gasova pri zagrevanju..............................................................................................13

  3.7.Prenošenje toplote................................................................................................................13

   3.7.1.Provođenje.......................................................................................................................13

   3.7.2.Strujanje............................................................................................................................14

   3.7.3.Radijacija..........................................................................................................................14

4.Hemijska energija.....................................................................................................................15

  4.1.Toplote hemijskih reakcija..................................................................................................15

  4.2.Kalorimetar..........................................................................................................................15

  4.3.Egzotermne i endotermne reakcije.......................................................................................16

  4.3.1.Sagorevanje.......................................................................................................................18

  4.4.Hesov zakon stalnog zbira toplota.......................................................................................20

  4.5.Slobodna energija................................................................................................................21

5.Uticaj toplote na životinje i čoveka..........................................................................................21

  5.1.Procesi stvaranja i odavanja toplote.....................................................................................21

  5.2.Primanje toplote kod životinja i čoveka...............................................................................21

  5.3.Odavanje toplote..................................................................................................................22

  5.3.1.Neposredni načini odavanja toplote.................................................................................22

  5.3.2.Posredni načini odavanja toplote......................................................................................22

5.6.Proizvodnja toplote..............................................................................................................22

  5.6.1.Proizvodnja toplote putem skeletnih mišića....................................................................23

  5.6.2.Termogeneza bez dahtanja...............................................................................................23

6.Značaj toplote kod biljaka.........................................................................................................23

7.Eksperimenti...............................................................................................................................25

4 

1. Uvod

Ovaj diplomski rad posvećen je jednom od mogućih načina obrade temstske jedinice „Toplota” u 
razrednoj  nastavi  .  Pored  objašnjenja  pojave  toplote  posebna  pažnja  u  radu  posvećena  je  
nastavnim  metodama  koje  se  koriste  u  nastavi  fizike.  Osnovna  ideja  je  da  se  sadržaji  fizike  i 
hemije  predaju  upotrebom  savremenih  nastavnih  metoda,  zasnovanih  na  primeni  jednostavnih 
ogleda,  koje  podstiču  kreativnost  i  radoznalost  učenika,  kao  i  usvajanje  osnovnih  pojmova 
prirodnih nauka na jednostavan i zanimljiv način.

U  radu  je  prikazana  opšta  teorija  toplote,  kako  sa  fizičkog  tako  i  hemijskog  aspekta,  kao  i 
funkcionalna  zavisnost  između  veličina  kojima  se  opisuju  toplotne  pojave.  Opisani  su 
jednostavni  eksperimenti  pomoću  kojih  se  mogu  obraditi  osnovni  pojmovi  o  toploti. 
Eksperimenti su odabrani tako da svaki reprezentuje neku osobinu toplote.

Umesto klasičnih predavanja i učenja napamet, jednostavnim ogledima se omogućuje učenicima 
da sami uđu u svet nauke, da logički razmišljaju, da postavljaju hipoteze, da ih provere i na kraju 
da dođu do rešenja, ali na nivou koji učenici mogu da razumeju. Prednost jednostavnih ogleda je 
u  tome  što  se  lako  izvode,  zanimljivi  su,  i  konstruišu  se  od  materijala  koji  se  mogu  naći  u 
svakodnevnoj  upotrebi.  Njihovo  izvođenje  doprinosi  produbljenju  teorijskog  znanja  učenika, 
povećanju stepena aktivnosti učenika i njihovoj samostalnosti u radu, sposobnosti planiranja, kao 
i sitcanju tehničke kulture, što je u današnjem životnom okruženju veoma važno. 

Pristup  prirodnim  naukama  kroz  eksperimente,  učenicima  omogućuje  da  nauče  kako  da 
formulišu hipoteze i donose zaključke. Kao rezultat učenici razvijaju osećaj za timski rad, rad u 
grupi i dijalog koji se bazira na argumentima i činjenicama

.

U zaključku su date opšte napomene i zapažanja vezana za metodički pristup obradi teme.

Cilj  rada  je  celovitno  objašnjavanje  pojave  toplote,  povezivanja  teorije  i  prakse  i  formiranje 
naučnog pogleda na svet koji nas okružuje.

5 

2. Temperatura

 Osnovni pojmovi o toploti uvode se  u razrednoj nastavi, potom u VII razredu osnovne škole i u 
II razredu srednje škole. 

Toplota

neke supstancije ili živih bića, predstavlja jedan od vidova energije,koji se može dobiti 

na osnovu fizičkih ili hemijskih procesa, a odraz je kretanja čestica sistema. Da bi se definisala 
temperatura  neophodno  je  prvo  reći  šta  je  unutrašnja  energija.  Unutrašnja  energija  predstavlja 
zbir svih  energija koje poseduju  čestice (molekuli) nekog sistema (tela) i  mogu biti:  kinetička, 
potencijalna, oscilatorna, rotaciona, električna.... Kinetička energija ima najveći udeo, te se često 
unutrašnja enrgija aproksimira srednjom kinetičkom energijom sistema: 

2

2

1

v

m

U

(2.1)

gde je 

m

 - masa čestica i 

v

- srednja brzina njihovog kretanja. Ukoliko je brzina kretanja čestica 

sistema veća, veća je i unutrašnja energija. 

Molekuli gasova nalaze se u stanju haotičnog termičkog kretanja, a ukoliko je temperatura viša,  
brzina  kretanja  molekula  je  veća,  te  je  i  srednja  kinetička  energija  svih  molekula  veća. 
Temperatura predstavlja parametar kojim je moguće pratiti promenu unutrašnje, odnosno srednje 
kinetičke  energije  sistema.  Ukoliko  je  temperatura  konstantna-

.

const

T

,    nema  promene 

srednje kinetičke energije sistema. Temperatura je fizička veličina, koja je povezana sa osećajem 
za hladno i toplo, odnosno ako jedno telo u odnosu na drugo ima višu temperaturu kaže se da je 
toplije.  

Fizika uvodi objektivne kriterijume za određivanje pojma temperature i utvrđuje metode njenog 
merenja.

Ako se dva tela nalaze u stanju toplotne ravnoteže među njima nema spontane razmene toplote 
jer imaju istu temperaturu. Ukoliko između dva tela postoji razlika u temperaturi, onda telo koje 
ima  višu temperaturu predaje  deo  svoje  unutrašnje  energije  toplotnom  razmenom  telu  koje ima 
nižu  temperaturu,  sve  dok  se  ne  uspostavi  toplotna  ravnoteža  između  njih.  U  skladu  sa  ovim 
možemo temperaturu definisati kao fizičku veličinu koja određuje smer toplotne razmene.

2.1 Jedinice za merenje temperature

Postoje četiri skale u kojima možemo izraziti temperaturu: Kelvinova, Celzijusova, Farenhajtova 
i Feomirova. Jedinica temperature je stepen i može se definisati pripisivanjem proizvoljne brojne 
vrednosti  razlici  između  dveju  temperatura  poznatih  pod  imenom  stalne  tačaka.  Stalna  tačka  je 
temperatura za koju verujemo da je uvek ista, bez obzira na to kada i kako je proizvedena.

7 

2.2 Termometri

Preteču termometra napravio je Filon još za vreme vladavine Aleksandra Velikog. Međutim, ona 
ostaje po strani sve do XVII veka kada su tu njegovu ideju oživeli Drebel i Galileo. 

Kod Galilejevog termoskopa (Slika 1) je kruškasti stakleni deo okrenut na gore, dok je tečnost 
bila u donjoj posudi  i mogla se lako podizati i spuštati. Kao tečnost koristila se obojena voda, 
međutim neki smatraju da je Galileo koristio vino, što nije bilo dokazano. 

Slika 1. Galilejev termoskop

Princip rada ovog termoskopa je sledeći: Deo u kom se nalazi tečnost se grejao ili hladio što je 
uzrokovalo  da  se  tečnost  u  cevi  podiže  ili  spušta  i  tim  podizanjem  ili  spuštanjem  stupalo  se  u 
indirektnu  vezu  sa  temperaturom  vazduha.  Urezana  skala  na  cevi  se  odnosila  na  meru  količine 
fluktuacije.  Vazduh  u  cevi  je  predstavljao  termodinamički  medijum  -  sredinu  koja  je  direktno 
zavisila od temperature.

Prvi  zatvoreni  termometar  je  konstruisan  1641.  godine  i  donekle  je  koristio  vazduh  kao 
termodinamički  medijum.  Kao  tečnost  je  korišćen  alkohol,  pa  se  izbeglo  pucanje  cevi  usled 
smrzavanja vode. 

2.2.1 Termometar sa tečnošću

Termometar sa tečnošću prikazan je na slici 
2.  Sastoji  se  od  proširenja  sa  tankim 
staklenim  zidovima  na  koje  se  nastavlja 
zatvorena,  tanka,  staklna  kapilarna  cev. 
Tečnost  kao  sto  je  alkohol  ili  živa 
ispunjavaju 

proširenje 

i 

delimično 

ispunjavaju staklenu cev.