الوحدة 10
الطاقة الخلوية
تجربة استهلالية
كيف تتحول الطاقة ؟
إن تدفق الطاقة في الأنظمة الحية تحركه تفاعلات وعمليات كيميائية مختلفة ، تتحول الطاقة من طاقة الشمس الإشعاعية إلى طاقة كيميائية ، ثم إلى أشكال أخرى من الطاقة ستطلع في هذه التجربة على اثنتين من عمليات تحول الطاقة .
التجربة الاستهلالية كيف تتحول الطاقة ؟
الوقت المقدر 20min
احتياطات السلامة ناقش المخاوف المتعلقة بالسلامة في هذه التجربة قبل بدء العمل . اطلب من الطلاب ارتداء نظارات واقية ومعاطف المختبر أثناء التجربة
استراتيجيات التدريس
يتوفر كلوريد الكالسيوم اللامائي CaCl2 في أماكن بيع مستلزمات أحواض السباحة . تأكد من استخدام الشكل اللامائي فقط ، فالشكل المائي لن يعمل .
عزز التعريفات والمفاهيم التالية قبل التجربة : الطاقة وأشكال معينة من الطاقة وتحولات الطاقة بين أشكالها وحفظ الطاقة
الإجراء
1 . حدد المخاوف المتعلقة بالسلامة في هذه التجربة قبل بدء العمل .
2 . قم بقياس100mL من الماء باستخدام المخبار المدرج : واسكبها في إناء سعته 250mL. استخدم مقياس الحرارة لتسجيل درجة حرارة الماء
3 . قم بقياس40g من كلوريد الكالسيوم اللامائي ( CaCl2 ) . استخدم عصا تحريك لإذابة CaCl2 في الماء . سجل درجة حرارة المحلول كل 15 ثانية لمدة 3 دقائق .
4 . كرر الخطوتين 2 و 3 باستخدام و 40 من ملح الإبسوم بدلا منCaCl2
5. مثل بياناتك بيانيا باستخدام لون مختلف لكل عملية .
التحليل
1 . صف التمثيل البياني لبياناتك . يجب أن توضح الرسومات البيانية ارتفاع درجة حرارة المحلول بعد إضافة CaCl2 ، وانخفاض درجة حرارة المحلول الذي يحتوي على ملح الإبسوم مع مرور الوقت .
2 . توقع تحولات الطاقة التي حدثت في العمليتين . حدث تحول للطاقة بعد إضافة محلول الكالسيوم اللامائي بسبب انطلاق طاقة حرارية . وبعد إضافة ملح الإبسوم ، امتص المحلول طاقة حرارية .
تقديم الوحدة
انتقال الطاقة
اسأل الطلاب : ما الذي يخطر في بالك عند سماع كلمة طاقة ؟ قد تتضمن الإجابات الطاقة الكهربائية أو القوة البدنية والقدرة على التحمل . وضح أن الطاقة موجودة في أشكال متعددة ويمكن أن تتحول من شكل إلى آخر. اطلب من الطلاب تسمية أشكال الطاقة واكتبها على السبورة ، اذكر بعض أمثلة تحول الطاقة . يمكن أن تتضمن الإجابات تشغيل جهاز راديو يعمل بالبطارية أو حرق الخشب . ما أهمية الطاقة بالنسبة إلى الحياة ؟ ستتنوع الإجابات ، لكن ذكر الطلاب بالمهام المختلفة التي تؤديها الخلايا ( مضاعفة الـ DNA وترجمة البروتينات وبناء الكربوهيدرات )
الفكرة الرئيسة
استكشاف الصورة قبل قراءة النص الموجود في هذا القسم ، اطلب من الطلاب معاينة الأشكال
اسأل الطلاب : في رأيك ، ماذا ستتعلم من دراسة هذا القسم ؟ طريقة حصول النباتات والحيوانات والكائنات الحية الأخرى على الطاقة واستخدامها ما مصدر هذه الطاقة؟ الشمس ما أنواع الطاقة التي توضحها الأشكال في هذا القسم؟ الطاقة الضوئية والطاقة الكيميائية
الاهتمام
بالبيئة كلف الطلاب استخدام قطع قماش نظيفة بدلا من المناشف الورقية لتنظيف المختبر أحضر قطع قماش نظيفة في حجم منشفة الوجه مقطوعة من قمصان ومناشف قديمة . يمكن غسل تلك القطع القماشية وإعادة استخدامها ، علق قطعة من الخيط عبر الجزء الخلفي من غرفة الصف حيث يستطيع الطلاب تعليق قطع القماش عليها لتجف .
الموضوع المحوري الطاقة
الشمس هي مصدر كل الطاقة على سطح الأرض تقريبا .
الفكرة الرئيسة تحول عملية البناء الضوئي الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية ، في حين تستخدم الطاقة الكيميائية للقيام بالوظائف الحيوية في عملية التنفس الخلوي
القسم 1 • كيف تحصل الكائنات الحية على الطاقة
القسم 2 • البناء الضوئي
القسم 3 • التنفس الخلوي
الموضوعات
الاستقصاء العلمي إن التحقيقات العلمية في طريقها للبحث عن وظائف الجسم الفتيلي الأخرى غير إنتاج الطاقة
التنوع ثمة تنوعات في العملية التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية .
الطاقة تعمل العمليات الخلوية على تكسير الروابط الكيميائية كي تستخدم الطاقة المختزنة فيها
الاتزان الداخلي يتطلب العديد من العمليات الخلوية التي تساعد في الحفاظ على الاتزان الداخلي إدخالا للطاقة .
التغير إن تغير الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية عبر عملية البناء الضوئي يجعل معظم أشكال الحياة ممكنة .
كيف تحصل الكائنات الحية على الطاقة
الفكرة الأساسية تستخدم جميع الكائنات الحية الطاقة في وظائفها الحيوية .
روابط من القراءة بالحياة اليومية تطلق أحيانا على مدينة نيويورك اسم " المدينة التي لا تنام " . إن الخلايا الحية تشبه المدن الكبيرة الدائمة الحركة من حيث نشاطها المستمر
تحول الطاقة
إن العديد من التفاعلات الكيميائية والعمليات داخل الخلايا لا تتوقف حتى في الوقت الذي قد تظن فيه أننا لا نستهلك طاقة ؛ فالجزيئات الضخمة تتكون وتتحلل . والمواد تنتقل عبر أغشية الخلايا والمعلومات الوراثية تنقل . تحتاج كل هذه الأنشطة الخلوية إلى الطاقة ، وهي القدرة على بذل شغل . يبين الشكل 1 بعض التطورات الكبرى في دراسة الطاقة الخلوية . أما الديناميكية الحرارية . فهي دراسة تدفق الطاقة وتحولها في الكون .
قانونا الديناميكية الحرارية يطلق على القانون الأول للديناميكية الحرارية اسم قانون حفظ الطاقة . وهو ينص على أنه يمكن للطاقة أن تتحول من شكل إلى آخر ولكن لا يمكن أن تفنى أو تستحدث . فعلى سبيل المثال ، عند تناول الطعام تتحول الطاقة المخزنة فيه إلى طاقة كيميائية ، وهي تتحول إلى طاقة ميكانيكية عند الركض أو ركل الكرة مثلا .