Atomer og universet i fysik/kemi i 7.–9. klasse

Et område om både atomer og rummet

Fagplanudkastet samler atomers opbygning og større sammenhænge i universet i området universets bestanddele og sammenhænge. Eleverne skal bruge modeller til at forstå fænomener og forbinde deres forklaringer med viden om kræfter og bevægelser. Se side 9.

Modeller er nødvendige redskaber i et område, hvor meget ligger uden for det, eleverne kan iagttage direkte. Men en model skal læses efter sit formål. En tegning af et atom og en model af solsystemet kan ikke uden videre forstås som to udgaver af samme system, blot fordi begge bruger cirkler og små kugler.

Hvilke emner nævner udkastet?

Indholdet omfatter solsystemet og sammenhænge mellem himmellegemers bevægelser og fænomener på Jorden, herunder årstider, tidevand, nat og dag. Kræfter omfatter tyngdekraft, elektromagnetiske kræfter og kernekræfter. Atomets opbygning, grundstoffer, partikler og det periodiske system er også med. Se indholdslisten på side 9.

Udkastet nævner desuden teorier om galakser, satellitters funktion undersøgt gennem simuleringer og digital dataopsamling samt aktuel viden om muligheder for liv i rummet. Listen angiver undervisningsemner; den er ikke i sig selv dokumentation for en bestemt ny opdagelse.

En undervisningsforklaring må skelne mellem de forskellige fænomener og deres årsager. At årstider og nat og dag står i samme liste, betyder ikke, at de skal forklares med præcis den samme bevægelse. Guider og modeller bør gøre deres afgrænsning tydelig.

Hvad gør et atom til kulstof?

Atomnummeret er antallet af protoner i atomkernen. Kulstof har seks protoner og står derfor som nummer 6 i det periodiske system. Kulstof-12 har seks neutroner i kernen, mens kulstof-13 har syv. De er isotoper af samme grundstof: Protonantallet er ens, neutronantallet forskelligt. Tallene 12 og 13 tæller protoner og neutroner tilsammen. DOE forklarer atomnummer og isotoper.

Elektronerne er uden om kernen. Deres negative ladning tiltrækkes af kernens positive ladning. Et neutralt kulstofatom har seks elektroner. Mister det en elektron, får det positiv nettoladning og er en ion; det har stadig seks protoner. DOE forklarer elektroner og ioner.

Her er vores eget tælleeksempel, ikke en officiel opgave eller en måling fra en simulation. Vi ændrer én ting ad gangen og holder øje med, hvad navnet og ladningen fortæller.

Tilstand i vores model	Protoner	Neutroner	Elektroner	Forklaring
Neutralt kulstof-12	6	6	6	Atomnummer 6; 6 + 6 giver massetallet 12
Neutralt kulstof-13	6	7	6	Samme grundstof; én neutron mere
Kulstof-12 med én elektron fjernet	6	6	5	Samme isotop; nettoladningen er nu +1

I eksemplet giver en ekstra neutron altså en anden isotop. En fjernet elektron giver en ion. Ingen af ændringerne ændrer atomnummeret. Tabellen kan bruges til at kontrollere en tælling, men viser hverken, hvordan ændringerne frembringes, eller hvor længe en bestemt tilstand består.

En cirkeltegning af elektroner er heller ikke et fotografi af små planetbaner. Den moderne beskrivelse bruger sandsynligheder for, hvor en elektron kan findes. En tællemodel som vores fortæller ikke, hvilken bane en elektron følger. Se DOE’s forklaring af elektronskyer.

Hvorfor falder en satellit ikke bare ned?

Tyngdekraften trækker en satellit mod Jorden. Samtidig bevæger den sig på tværs af retningen mod Jorden. I et kredsløb bøjer tyngdekraften løbende bevægelsen, så satellitten falder rundt om Jorden. Kredsløb kræver derfor ikke, at tyngdekraften er væk. NASA forklarer bevægelsen i et kredsløb.

Vores tænkte tegneeksempel begynder med en satellit til højre for Jorden. Tegn en bevægelsespil opad og en tyngdekraftpil mod venstre, ind mod Jordens centrum. Pilene viser forskellige ting: bevægelsesretning og kraftretning. De skal ikke lægges sammen som to modsatrettede kræfter. Det er vores forenklede model, ikke en bane beregnet ud fra virkelige satellitdata.

Hvis tyngdekraften i den tænkte model blev fjernet, og ingen anden kraft virkede, ville satellitten fortsætte ligeud i sin daværende bevægelsesretning. Med tyngdekraft ændres retningen. Tegningen alene fortæller ikke, hvilken fart der giver et bestemt kredsløb; det kræver flere oplysninger og beregninger. Se NASA’s forklaring med Newtons første lov.

Nat og dag er ikke den samme bevægelse som årstiderne

Når Jorden roterer om sin akse, vender et sted skiftevis mod Solen og væk fra den. Det forklarer skiftet mellem dag og nat. Årstiderne hænger sammen med aksens hældning, mens Jorden bevæger sig rundt om Solen. Omkring juni hælder den nordlige halvkugle mod Solen og modtager solstrålerne mere direkte; omkring december gælder det den sydlige. NASA forklarer rotation og årstider.

Prøv vores tænkte model med en lampe som Solen og en bold som Jorden. Sæt et mærke på bolden. Drej bolden uden at flytte den rundt om lampen: Mærket går ind og ud af lyset. Flyt derefter den skråtstillede bold til den modsatte side af lampen, mens aksen fortsat peger samme vej i rummet. Nu vender den anden pol mod lyset. Det er vores modelillustration, ikke en officiel forsøgsvejledning.

Modellen hjælper med at skelne rotation fra aksens hældning gennem årets omløb. Den beregner ikke temperaturen en bestemt dag. Afstanden til Solen er heller ikke forklaringen på, at Danmark har sommer, når den sydlige halvkugle har vinter. Se NASA’s gennemgang af Jordens hældning.

Eksempel: Passer størrelser og afstande sammen?

Her er vores opdigtede modelopgave, ikke en officiel opgave og ikke mål for virkelige himmellegemer. Datasættet beskriver to genstande. Den ene har en diameter på 10 kilometer, og afstanden mellem genstandenes centre er 1.000 kilometer. Klassen bruger målestokken 1 centimeter for hver 10 kilometer.

Størrelse i datasættet	Størrelse i modellen
Diameter: 10 kilometer	1 centimeter
Afstand mellem centrene: 1.000 kilometer	100 centimeter

Diameteren bliver 10 / 10 = 1 centimeter. Afstanden mellem centrene bliver 1.000 / 10 = 100 centimeter, altså 1 meter. Begge beregninger bruger den samme målestok.

Hvis eleven tegner diameteren som 1 centimeter, men afstanden som 10 centimeter, bruger tegningen ikke samme målestok til begge størrelser. Det kan være et bevidst valg for at få plads på papiret, men så skal det oplyses. Ellers kan læseren få et forkert indtryk af forholdet mellem størrelse og afstand.

Et svar i vores opdigtede eksempel kunne være: “Jeg har tegnet diameteren i den aftalte målestok, men presset afstanden sammen. Afstanden skulle være 100 centimeter, ikke 10.” Det er vores eksempel på en forklaring, ikke et citat fra en virkelig elev. Tegningen kan stadig bruges til andre formål, hvis den tydeligt fortæller, at afstanden ikke er tegnet i samme målestok.

Modeller og forestillinger ændrer sig

Udkastet omfatter videnskabelige forestillinger gennem tiden om atomets opbygning og universets opståen og udvikling. Aktuel forskning skal inddrages, så eleverne får indblik i, hvordan naturvidenskabelig viden udvikles. Modellering og forskellige udtryksformer indgår i arbejdet. Se side 9.

Eleverne kan derfor undersøge, hvilket spørgsmål en model blev brugt til at besvare, og hvilke oplysninger der senere gav grund til at ændre forklaringen. En historisk model skal læses i sin sammenhæng: Hvilke observationer kunne den forklare, og hvor kom den til kort?

Hvis klassen bruger en nyhed om rumforskning, kan eleverne undersøge, hvad forskerne faktisk har observeret, og hvad der er en fortolkning eller mulighed.

Hvad skal eleverne kunne med modellerne?

Målene omfatter at formulere sammenhænge mellem himmellegemers bevægelser og cyklusser på Jorden og arbejde med data om solsystemet. Eleverne skal undersøge fænomener i universet med modeller og viden om kræfter og bevægelser. De skal også undersøge atomets opbygning gennem digitale simuleringer og perspektivere til historiske forestillinger og teorier. Se målene på side 9.

Bed barnet vise, hvad det har ændret i simulationen, og hvad det kunne se bagefter. Ved en tegning kan I finde målestokken og kontrollere én afstand sammen. I vores eksempel er det afstanden mellem centrene, der skal være 100 centimeter. Det er vores forslag til samtalen, ikke en officiel tjekliste.

Området gælder samlet for 7.–9. klasse. Udkastet fordeler ikke atommodeller, satellitter eller galakser på bestemte årgange. Se trinforløbet på side 6.

Fra Fælles Mål til fagplanen

Fælles Mål beskriver allerede atomers opbygning og atommodeller under partikler, bølger og stråling. Under Jorden og Universet indgår kræfter og bevægelser, modeller af solsystemet og universets udvikling og forståelse af, hvordan ny viden har ændret forestillingerne. Det periodiske system indgår i modelarbejde under stof og stofkredsløb. Se side 5.

Udkastet samler flere af disse emner i ét område. Det nævner satellitfunktion, digital dataopsamling og muligheder for liv i rummet direkte og formulerer et mål om digitale simuleringer af atomets opbygning. Det er ikke belæg for at kalde atomer, solsystemet eller historiske modeller nye emner.

Sammenligningen viser forbindelser og udvalgte formuleringer, ikke en udtømmende liste over alle ændringer. Fælles Mål-dokumentets forbehold på side 1 forklarer ændrede regler og skellet mellem bindende kompetencemål og vejledende færdigheds- og vidensmål. Fagplanen er et udkast.