ÖĞRETMEN KILAVUZU DEMİR NANOPARÇACIKLARI VE FERROFLUID LER

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ÖĞRETMEN KILAVUZU DEMİR NANOPARÇACIKLARI VE FERROFLUID LER"

Yeter Gülistan Ecevit
7 yıl önce
İzleme sayısı:

NTSE - Nano Technology Science Education Project No: 511787-LLP-1-2010-1-TR-KA3-KA3MP ÖĞRETMEN KILAVUZU DEMİR NANOPARÇACIKLARI VE FERROFLUID LER İçindekiler 1. Öğretmenler için Önsöz 2. Giriş 3.

1 NTSE - Nano Technology Science Education Project No: LLP TR-KA3-KA3MP ÖĞRETMEN KILAVUZU DEMİR NANOPARÇACIKLARI VE FERROFLUID LER İçindekiler 1. Öğretmenler için Önsöz 2. Giriş 3. Öğrenme Süreci 4. Sonuç 5. Değerlendirme Ders planı lise fen bilgisi öğretmenlerinin demir ve modern teknolojide kullanılan demir ürünlerini; demir nanoparçacıkları ve ferrofluidlerin tanıtımını farklı bir bakış açısıyla sunmak için hazırlanmıştır. Bu plan sınıfta gerçekleştirilecek etkinlikler ve websitesinde sunulan bilgiler ile geliştirilecektir ( ). Hedef Grup yaş öğrenci grupları Süre 90 dakika İlgili okul dersleri Fizik Kimya Dersin Amacı Demir nanoparçacıkları ve ferrofluid ler dersi dalgaların ve ferrofluidlerin demir ve demirden elde edilen özel ürünler ile birlikte fiziksel olaylarını ve benzersiz özelliklerini araştırır. İlgili faaliyetlerle öğrencilerin dikkati derse çekilir. Demir, demir ürünleri ve değişen manyetik alanda parçacıkların nasıl hareket ettiğini anlatmak amaçlanır. Dersin Hedefleri Demir ve demir ürünlerinin özelliklerini öğrenmek. Enerji ve düzen arasındaki ilişkiyi açıklamak. Farklı manyetik alanda parçacıkların nasıl hareket ettiğini açıklamak. Gerekli Ön Bilgi Metinde bulunan aşağıdaki terimleri bilmek: Nanoteknolojinin temelleri 1

2 Materyal ve Kaynaklar Öğrenciler için okuma metni Deney videoları Etkinlik materyalleri Öğrenci Değerlendirmesi Öğrenci çalışma kağıtları Öğrenci kısa sınavı Daha kapsamlı ders için öneri 1-Öğrencilerden Atomium un iç tasarımını öğrenmelerini isteyin. (Şekil 1) 2- Öğrencilerden entropinin* anlamını araştırarak öğrenci kılavuzundaki hangi cümle ya da paragrafın entropi ile ilgili olduğunu bulmalarını isteyin. Şekil 1: Atomium iç tasarımı. (1) (*) Entropi, genellikle düzensizlik ölçümü olarak alınan, bir sistemin düzenlenebileceği belirli yolların sayısının ölçümüdür. İzole bir sistemin entropisi hiçbir zaman azalmaz çünkü izole sistemler maksimum entropi durumu olan termodinamik dengeye doğru eşzamanlı olarak gelişirler. ÖĞRETMENLER İÇİN ÖNSÖZ Kısa Kuramsal Bilgi Son yıllarda, araştırmacılar bir sıvının akışkan özelliklerine ve bir katının manyetik özelliklerine sahip olan ferrofluidler hazırlamışlardır. Ferrofluidler gerçekte sıvı bir ortamda askıda bulunan 10 nm çapında küçük manyetik katı parçacıklar içerir. (Şekil 2) Ferrofluid ler ilk olarak 1960 larda bilim insanlarının uzayda sıvıyı kontrol etmek için farklı yöntemleri araştırdıkları NASA Araştırma Merkezi nde keşfedilmiştir. Manyetik sıvının faydaları hemen görülmeye başlanmıştır: Sıvının yeri manyetik alan uygulanarak tam olarak kontrol edilebilmiş ve alanın gücü değiştirilerek sıvılar akmaya zorlanmıştır. 2

3 Araştırmacılar kobalt ve demir gibi küçük ferromanyetik metal parçacıkları ve bunun yanı sıra mangançinkoferrit gibi manyetik bileşikler içeren ferrofluidler hazırlamışlardır. Ancak şu ana kadar ferrofluidler ile ilgili en fazla çalışma küçük manyetit, Fe3O4, parçaları içeren ferrofluidler ile ilgili olarak gerçekleştirilmiştir. Ferrofluidler için dönen millerde kullanım, sıkı contaların üretimi, geleneksel mekanik contalarda oluşan sürtünmenin azaltılması gibi geniş çapta uygulama alanları bulunmaktadır. Ferrofluid contalar zararlı toz parçacıklarının giderilmesi için yüksek hızlı bilgisayar disk sürücülerinde, X ışını üreteçlerinde ve yarıiletken sanayinde kullanılan vakum odalarında kullanılır. Ferrofluidlerin başka bir uygulama şekli hoparlörlerin performansının iyileştirilmesidir. Bir hoparlörde elektrik enerjisinin ortaya çıkardığı manyetik alan sarmalın titreşmesini sağlar ve böylece ses ve ısı oluşur. Elektrik sarmalı ferrofluide batırmak istenmeyen rezonansları yumuşatır ve aynı zamanda sarmala verilen fazla enerjiden çıkan ısıyı dağıtır. Şekil 2:Ferrofluid. (2) Araştırmacılar vücutta belirli bölgelerde uygulamalı manyetik alanlar kullanarak tedavi sağlayacak ferrofluidler tasarlamayı amaçlamaktadırlar. Süregelen başka bir çalışma ise manyetik rezonans (MR) görüntüleme için kontrast unsurları olarak ferrofluidlerin kullanımının araştırılmasıdır. GİRİŞ En önemli unsurları bilim ve teknolojiye dayanan bir medeniyet düzenledik. Carl Sagan Öğretmen aşağıdaki soruları sorarak beyin fırtınasını başlatır (Öğrencilerin görüşlerini/fikirlerini paylaşmalarına izin verir, eski bilgilerini hatırlamalarına yardımcı olur ve ilkeleri, kavramları ve ilişkileri fark etmelerini/görmelerini teşvik eder): Demir malzemeleri günlük yaşamınızda nerede görüyor ya da kullanıyorsunuz? Dilinizde demir ile ilgili atasözü ya da deyim var mı? Sizce neden demir bazı uygulamalarda tercih edilirken bazılarında edilmiyor? 3

4 ÖĞRENME SÜRECİ Ders öncesi Ödev: Öğrencilere Demir Nanoparçacıkları ve Ferrofluidler metni verilir ve okumaları istenir. Ders Öncesi Hazırlıklar: Deney videolarının seyredilmesi için sınıfın düzenlenmesi. Aşağıda açıklanan etkinlikler için gerekli materyallerin hazırlanması. Ders sırasında Adım-1: Metin hakkında aşağıdaki sorular sorulur. Soru 1: Demirin ana özellikleri nelerdir? Yumuşaklık, güç, manyetik özellikler. Ayrıca, doğa ve dünyadaki yaşam önem ve kişisel kullanım (dünyanın manyetik alanı, kanda oksijen transferi, günlük yaşamda kullanılan araç gereçler). Soru 2: Düzen ve enerji arasında nasıl bir ilişki vardır? İş, düzenli moleküler devinimden elde edilir; entropi miktarı da bir sistemin moleküler düzensizliği ya da rastgeleliği için ölçümdür. Bir sistemde düzen oluşturmak için dışarıdan bir enerjiye ihtiyaç duyulur. Soru 3:Doğada demir nasıl bulunur? Demir doğada metal halde bulunmaz. Yerkabuğunda demir madeni olarak bulunur (Ör; Hematit Fe ). O Soru4: Teknolojide kullanılan demir formları nelerdir? İlk teknoloji demiri işlemiş ve metalik demiri üretmiştir. Çelik ve paslanmaz çelik de katkı öğeli ürünlerdir. Modern teknoloji demir nanoparçacıklarının ve ferrofluidlerin oluşumunu sağlamıştır. Soru 5: Brüksel deki Atomium gibi bir mimari eser yapacak olsaydınız ne yapardınız? Öğrencilerden farklı mantıklı/hayali cevaplar. Adım - 2: Öğrenci Kılavuzu nda açıklanan Etkinlik 1 başlatılır. Adım - 3: Etkinlik ile ilgili aşağıdaki soru sorulur. 4

5 Soru 6: Etkinlik 1 de ne gözlemlediniz? Üç çivi arasındaki farka neyin neden olduğunu düşünüyorsunuz? Soru 7: Paslanmaz çelik paslanmazlık özelliğini nasıl elde eder? Çeliğin oksitlenmesine engel olan krom çelik ile karıştırılır. Adım - 4: Öğrenci Kılavuzu nda açıklanan Etkinlik 2 başlatılır. Adım - 5: Etkinlik ile ilgili aşağıdaki soru sorulur. Soru 8: Demir nanoparçacıklarını önemli yapan iki özellik nedir? Etkin manyetik özellik ve büyük yüzey alanı. Adım - 6: Öğrenci Kılavuzu nda açıklanan Etkinlik 3 başlatılır. Adım - 7: Etkinlik ile ilgili aşağıdaki soru sorulur. Soru 9: Demir nanotozu ile ferrofluidler arasındaki benzerlik ve farklılıklar nedir? Benzerlikler: Demir kullanılır, Modern teknoloji, önemli kullanım alanları. Farklılıklar: Demir parçacıkları ferrofluidlerde küçük süspansiyonlarken, nanotozda demir önemli bir ögedir, Nanotozun ana sürecini anlamak için nano görüntüleme gerekliyken ferrofluidler için normal gözlem yeterlidir. Soru10: Son olarak, Öğrenci Kılavuzu nda, pik demir den bahsedilmektedir. Pik demirin İngilizcesi domuz anlamına gelen pig dir. Sizce bu ürünlere hangi benzerlik nedeniyle bu isim verilmiştir? Vücudun bir bölümü mü? Renk mi? Başka özellikler mi? (Şekil 3, Şekil 4) Şekil 3: Pik Demir(3) Şekil 4: Domuzcuklar(4) 5

6 SONUÇ Aşağıdakiler tartışılır: Demir nanoparçacıklarındaki yüzey-manyetizma ikilisi gibi bir materyali faydalı hale getirebilecek başka ikililer söyleyebilir misiniz? Demir nanoparçacıklarının büyük yüzey alanı + manyetik reaksiyon potansiyeli ikilisi onları benzersiz yapar. Aynı teflonun ısı direnci + yapışmama ikilisi gibi. Ya da camın su geçirmezlik + şeffaflık ikilisi gibi. Diğer özellikler ya da malzemeler hijyen, bambu, vs. olarak sıralanabilir. DEĞERLENDİRME Kısa sınav Ölçek değerlendirmesi Boşlukları uygun ifade ile doldurunuz. (5 dakika) 1- Doğal süreçlerde sistemler kararlı olmak için her zaman enerjilerini... çalışır. 2- En sık rastlanan demir ürünü... tir. 3- Demir tozu ya da demirin kendisi havanın oksijeni ile... ve... oluşturur. 4- Ferrofluidler uygun taşıyıcı sıvıların içinde yaklaşık.. nm çapında küçük... parçacıklardır. Aşağıdaki ifadelerin Doğru (D) ya da Yanlış (Y) olduğunu belirtin. (5 dakika) ( ) 1- Ferrofluidlerdeki parçacıklar yalnız bir manyetik alanda tutunurlar ( ) 2- Çelikte demir bulunduğundan, çeliğin de manyetik özellikleri olduğu düşünülür. ( ) 3- Demir biyolojik sistemler için de önemli olan bir elementtir. ( ) 4. Demir nanoparçacıklarının oksitlenmesi alev ve ısı ile gerçekleşir. CEVAPLAR Boşlukları doldurun. 1- en aza indirmeye 2- çelik 3- oksitlenir, pas 4-10, manyetik. Doğru (D) veya Yanlış (Y) yazınız. 1- Y 2- D 3- D 4- D 6

7 KAYNAKLAR (1) (2) (3) (4) 7

Benzer belgeler

ÖĞRENCİ KILAVUZU DEMİR NANOPARÇACIKLARI VE FERROFLUİDLER

NTSE - Nano Technology Science Education Project No: 511787-LLP-1-2010-1-TR-KA3-KA3MP ÖĞRENCİ KILAVUZU DEMİR NANOPARÇACIKLARI VE FERROFLUİDLER DENEY ÖNCESİ OKUMA Demir, güç ve kuvveti temsil eden bir metal