انقطعت الكهرباء فجأة والتلميذ سليم يراجع دروسه، فأشعل شمعة ليتم واجباته. ولما ضايقه دخانها قلب فوقها كأسًا زجاجية شفافة. فماذا حدث؟ بدأت شعلة الشمعة تضعف شيئًا فشيئًا ثم انطفأت. لماذا انطفأت الشمعة؟ هذا السؤال هو مدخل أول درس في التربية العلمية والتكنولوجية للسنة الخامسة ابتدائي بعنوان الهواء والاحتراق. وقد تعلم التلميذ في السنوات السابقة بعض خصائص الهواء، وهو الآن يكتشف علاقته بالاحتراق بتجارب بسيطة يمكن أن يجريها في القسم أو في البيت بإشراف الكبار. تعرض هذه الصفحة التجربة الأولى والثانية، ثم تفسير النتائج، ثم مكونات الهواء، ثم شروط الاحتراق، ثم الوقاية من الحرائق، وتنتهي بأخطاء شائعة وأسئلة محلولة.
المشكلة
لماذا انطفأت شمعة سليم عندما نكس فوقها الكأس؟
الفرضيات التي يقترحها التلاميذ عادة:
- لأن الهواء داخل الكأس نفد.
- لأن الكأس حبست الدخان.
- لأن الشمعة انتهت.
وللتحقق من الفرضيات نجري تجارب.
التجربة الأولى: شمعتان وكأس
الوسائل: صحن، شمعتان، ولاعة أو كبريت (يستعملها المعلم أو الكبار فقط)، كأس زجاجية شفافة.
الخطوات:
- نثبت الشمعتين في الصحن ونشعلهما.
- نقلب الكأس فوق إحدى الشمعتين ونترك الثانية في الهواء الطلق.
- نلاحظ.
الملاحظة: تنطفئ الشمعة التي تحت الكأس بعد قليل، وتبقى الأخرى مشتعلة.
الاستنتاج: الشمعة تحتاج إلى هواء متجدد لتستمر في الاحتراق. وعندما حبس الهواء في الكأس نفد منه ما تحتاجه الشمعة.
التجربة الثانية: كؤوس مختلفة الحجم
نضع فوق شمعتين متماثلتين كأسين، إحداهما صغيرة والأخرى كبيرة، وننتظر.
الملاحظة: تنطفئ الشمعة تحت الكأس الصغيرة أولًا، وتبقى الشمعة تحت الكأس الكبيرة مشتعلة مدة أطول.
الاستنتاج: الكأس الكبيرة تحوي كمية أكبر من الهواء، فتحتاج الشمعة وقتًا أطول لاستهلاك ما تحتاجه منه. فالاحتراق يستهلك جزءًا من الهواء.
مكونات الهواء
الهواء الذي نتنفسه خليط من غازات:
- غاز الأزوت (النيتروجين): نحو أربعة أخماس الهواء (حوالي 78%)، وهو لا يساعد على الاحتراق.
- غاز الأكسجين (ثنائي الأكسجين): نحو خمس الهواء (حوالي 21%)، وهو الذي يساعد على الاحتراق وعلى تنفس الكائنات الحية.
- غازات أخرى بنسب قليلة: كثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.
ولذلك انطفأت الشمعة: استهلكت الأكسجين الذي في الكأس، ولما نفد توقف الاحتراق، وبقي الأزوت الذي لا يكفي وحده للاحتراق.
تجربة تبين أن الأكسجين خمس الهواء
نثبت شمعة في وعاء فيه ماء، ونغطيها بوعاء زجاجي مقلوب. بعد انطفاء الشمعة نلاحظ أن الماء ارتفع داخل الوعاء ليشغل نحو خمس حجمه، وهذا مقدار الأكسجين الذي استهلكته الشمعة.
شروط الاحتراق (مثلث الاحتراق)
يحتاج الاحتراق إلى ثلاثة أشياء تجتمع معًا:
- مادة قابلة للاحتراق (وقود): كالشمع والخشب والورق والغاز.
- الأكسجين (يسمى المؤكسد): من الهواء.
- حرارة كافية لبدء الاشتعال (درجة الاشتعال).
وإذا غاب واحد من هذه الثلاثة انطفأت النار.
نواتج الاحتراق
- حرارة وضوء.
- دخان إذا كان الاحتراق غير تام.
- ثاني أكسيد الكربون: يكشف عنه ماء الجير، فيتعكر إذا مر فيه هذا الغاز.
- بخار الماء.
وإذا كان الأكسجين قليلًا يتكون غاز أحادي أكسيد الكربون السام، الذي لا لون له ولا رائحة، وهو خطر كبير، ولذلك يجب تهوية الغرف التي فيها مدفأة أو سخان.
الوقاية من الحرائق وإطفاؤها
بما أن النار تحتاج إلى الأكسجين، فإطفاؤها يكون بحرمانها منه أو بإزالة الحرارة أو الوقود:
- تغطية النار ببطانية مبللة أو بالرمل لحرمانها من الأكسجين.
- استعمال طفاية الحريق حسب نوعها.
- عدم استعمال الماء على حرائق الزيت والكهرباء.
- إبعاد المواد القابلة للاشتعال عن مصادر الحرارة.
- عدم ترك الأطفال وحدهم مع الشموع والولاعات.
- تهوية الأماكن عند استعمال المدافئ.
- الاتصال بـالحماية المدنية (رقم النجدة) عند حدوث حريق.
أخطاء شائعة
- القول إن الشمعة انطفأت لأن الهواء «انتهى» كله. الذي نفد هو الأكسجين.
- اعتبار أن الهواء غاز واحد.
- الخلط بين الأزوت والأكسجين في دور الاحتراق.
- ظن أن الماء يطفئ كل أنواع الحرائق.
- نسيان أن التجارب بالنار تحتاج إلى إشراف معلم أو راشد.
- إغلاق النوافذ تمامًا عند استعمال مدفأة.
أسئلة وأجوبة
س1: لماذا انطفأت الشمعة تحت الكأس؟ ج: لأن الأكسجين الذي في الكأس استهلك فتوقف الاحتراق.
س2: لماذا استمرت الشمعة تحت الكأس الكبيرة أطول؟ ج: لأن فيها كمية أكبر من الهواء، ومنها الأكسجين.
س3: ما شروط الاحتراق؟ ج: مادة قابلة للاحتراق، والأكسجين، وحرارة كافية.
س4: ما مكونات الهواء الأساسية؟ ج: الأزوت (نحو أربعة أخماس) والأكسجين (نحو خمس).
س5: كيف نطفئ نارًا صغيرة في مطبخ؟ ج: بتغطيتها لحرمانها من الأكسجين، وبإغلاق مصدر الوقود إن أمكن، مع طلب النجدة.
الشرح المصوّر
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، تقدم الأستاذة أم محمد في فيديو «درس الهواء والاحتراق مع تجارب داخل القسم، السنة الخامسة ابتدائي» هذا الدرس في نحو ثماني عشرة دقيقة، وهو أول درس في التربية العلمية، وتجري فيه التجارب داخل القسم مع التلاميذ، وتبدأ بقراءة قصة سليم والشمعة.