Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn tình huống giải quyết tình huống phấn viết không bám bảng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI PHÒNG GIÁO DỤC ĐÀO TẠO QUẬN NAM TỪ LIÊM ----™ ˜ ---- CUÔ ÔC THI VÂÔN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN TRƯỜNG THPT M.V.LÔMÔNÔXỐP Địa chỉ: Phố Trần Văn Cẩn- Khu đô thị Mỹ Đình 2- Nam Từ Liêm- Hà Nội Điện thoại: 0466800776 Email: [email protected] TÊN TÌNH HUỐNG: GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG PHẤN VIẾT KHÔNG BÁM BẢNG Môn: Vật lý Các môn tích hợp:Lý-Hóa-CN Học sinh Lớp : Nguyễn Phan Như Quỳnh Nguyễn ThùyDung : 10G Năm học 2014 - 2015 1. Tình huống cần giải quyết Hàng ngày đến lớp, chiếc bảngviết phấn là bộ mặt của cả lớp chúng em, là nơi giúp các thầy cô truyền tải những kiến thức quí báu cho học sinh. Thế nhưng có một thực tế cho thấy rằng, nếu bảng viết lâu ngày sẽdẫn đến tình trạng phấn sẽ không còn bám bảng như ban đầu nữa mà mờ dần, khiến chúng em rất khó theo dõi các bài học và điều này sẽ gây ảnh hưởng một phần tới quá trình học tập. Vì vậy, xuất phát từ nguyên nhân thực tiễn đó, nhóm chúng em, gồm Nguyễn Phan Như Quỳnh và Nguyễn Thùy Dung, lớp 10G, trường THPT Lomonoxop,đưa ra ý tưởng vận dụng các kiến thức liên môn để tìm hiểu nguyên nhân cũng như cách khắc phục giải quyết tình huống trên. Đó là lý do chúng em tham gia cuộc thi này. 2. Mục tiêu giải quyết tình huống -Vận dụng kiến thức vật lý để giải thích nguyên nhân tại sao phấn không bám bảng sau một thời gian dài sử dụng -Vận dụng kiến thức hóa học để tìm hiểu vật liệu làm bề mặt bảng và phấn -Vận dụng kiến thức sinh học, giáo dục công dân để bảo vệ môi trường -Vận dụng kiến thức công nghệ thông tin để tìm kiếm thông tin -Giúp các bạn say mê khám phá, tìm hiểu khoa học kĩ thuật để vận dụng giải quyết tình huống thực tiễn 3. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến giải quyết tình huống -Dựa vào kiến thức hóa học, công nghệ để tìm hiểu cấu tạo của bảng và phấn -Tìm hiểu quá trình khiến phấn viết không bám bảng 4. Giải pháp giải quyết tình huống Vận dụng kiến thức liên môn -Hóa học, công nghệ: cấu tạo sơ lược và vật liệu làm bảng viết phấn, vật liệu làm phấn, các phản ứng hóa học trong quá trình chế tạo vật liệu.. -Vật lý: Lực ma sát trượt giữa bảng và phấn giảm là nguyên nhân chính dẫn đến vấn đề này, sơ lược về phương pháp sơn tĩnh điện -Sinh học, giáo dục công dân: ý thức giữ gìn tài sản chung và vấn đề bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khỏe cho người sử dụng -Ngữ văn: sử dựng từ ngữ, phương thức biểu đạt phù hợp cho bài viết -Ứng dụng công nghệ thông tin: tìm kiếm thông tin trên mạng internet 5. Thuyết minh tình huống Bảng từ xanh là loại bảng dùng phấn để viết, được sử dụng chủ yếu trong các trường học phục vụ việc dạy và học của thầy cô giáo và các em học sinh. Mặt bảng từ được làm bằng thép phủ một lớp sơn đặc biệt giúp chống lại sự mài mòn của bút viêt, phấn ... . Một số loại bảng có bề mặt được tráng một lớp Ceramic rất cứng và không lóa, thậm chí có khả năng chống xước. Nếu ai đó dùng một vật cứng như chìa khóa, mũi kéo trà trên bề mặt thì bảng vẫn không hề xước. Một số loại bảng khác thường được sơn bằng sơn tĩnh điện sau đó tráng lên trên một lớp polyester đặc biệt nhằm làm cho bảng không bị lóa. Riêng bảng viết phấn thì thường được sơn một lớp mỏng sơn đặc biệt tạo độ nhám cần thiết Điểm quan trọng nhất của bảng viết, bảng từ, bảng trắng, bảng phấn, bảng bút lông... là chống lóa, chống mài mòn và dễ dàng trong vệ sinh. Sau khi xóa thường không để lại vết.chống loá màu xanh giúp cho chúng em có thể nhìn rõ ở mọi góc nhìn dù ngồi ở vị trí nào trong lớp, nhìn liên tục mà không bị mỏi mắt, tức mắt như các loại bảng khác. Bảng từ xanh với cấu tạo bề mặt hơi nhám giúp viết ăn phấn, hạn chế tối đa bụi phấn, thầy cô và chúng em có thể dạy và học liên tục mà không lo ảnh hưởng đến cổ họng và hệ hô hấp. Thế nhưng, hầu hết các bảng viết phấn sau một thời gian dài sử dụng sẽ có biểu hiện không bám phấn, đây là “căn bệnh” khá phổ biến với bảng viết phấn. Bảng viết phấn có một đặc tính là khả năng chịu mài mòn rất tốt, tuy nhiên theo thời gian khả năng này cũng sẽ bị giảm đi. Phấn là vật liệu cứng trong khi bề mặt bảng chỉ là lớp sơn mỏng, do đó sau một thời gian sử dụng dưới sự mài mòn của phấn, bề mặt nhám của mặt bảng bị bào mòn,lực ma sát giữa bảng và phấn giảm. Như đã biết, khi một vật chuyển động trượt trên bề mặt thì bề mặt tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc một lực ma sát trượt, cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó. Độ lớn của lực ma sát trượt này không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật., chỉ tỉ lệ với độ lớn của áp lực và đặc biệt còn phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc. Chính vì vậy,lớp sơn trên bề mặt bảng lâu ngày sẽ dần mất đi chỉ trơ lại lớp nến khiến phấn viết trên bảng nét bị mờ đi không rõ chữ nữa, chính vì vậy sẽ dẫn đến tình trạng bảng không bám phấn. Một vấn đề liên quan nữa là bảng viết phấn bay hết màu, chủ yếu là do sử dụng lâu ngày viết nhiều, vệ sinh sử dụng hóa chất mạnh, hoặc có thể do sử dụng lại bảng không rõ nguồn gốc chất lượng không bảo đảm. Bên cạnh đó có thể cũng có một nguyên nhân khác đó là trong khi làm vệ sinh do bảng bị bám bẩn khó lau, một số bạn học sinh vệ sinh sử dụng chà xát mạnh dẫn đến bay màu bảng. Vì vậy, đây là lúc chúng ta cần sơn lại bảng. Cách khắc phục đối với trường hợp bảng bay màu thì cách làm duy nhất là sơn lại bảng, đây là phương án tối ưu vì chỉ có sơn lại thì bảng mới trở nên đồng đều và đẹp mắt.Người ta có thể dung phương pháp sơn tĩnh điện để thực hiên công việc này, phương pháp này được tóm lược như sau: Sơn tĩnh điện là việc phủ một lớp chất dẻo lên bề mặt các chi tiết cần che phủ. Có 02 loại chất dẻo phổ biến là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Các loại nhựa nhiêt dẻo là các chất hình thành một lớp phủ mà không cần phải trải qua quá trình biến đổi cấu trúc phân tử (như polyetylen, polypropylene, nylon, polyvinyclorua và nhựa nhiệt dẻo polyyeste). Các loại nhựa nhiệt rắn xếp chéo qua nhau tạo ra một lớp màng vĩnh cửu chịu nhiệt và sẽ không bị tan chảy lại (epoxy, hybrit, uretan polyester, acrylic, polyester triglycidyl isoxyanuric (TGIC)). - Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột và khi sử dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng giữa bột sơn và vật sơn. Nguyên lý hoạt động của quy trình công nghệ Sơn tĩnh điện: - Dây chuyền thiết bị sơn tĩnh điện dạng bột. Thiết bị chính là súng phun và bộ điều khiển tự động , các thiết bị khác như buồng phun sơn và thu hồi bột sơn; buồng hấp bằng tia hồng ngoại tuyến (chế độ hấp điều chỉnh nhiệt độ và định giờ tự động tắt mở) . Máy nén khí ,máy tách ẩm khí nén .. Các bồn chứa hóa chất để xử lý bề mặt trước khi sơn được chế tạo bằng vật liệu composite. - Sơn tĩnh điện thường được áp dụng khi sơn một lớp và đang ngày càng phổ biến vì đây là một công nghệ tạo lớp phủ bề mặt tạo ra phát thải ít hơn so với các công nghệ khác. Xu hướng này xuất phát từ nguyên nhân chi phí tăng lên và thời gian sản xuất kéo dài của các công nghệ khác, cộng với các quy định luật phát về vấn đề môi trường ngày càng khắt khe. Ưu thế chính của phương pháp sơn tĩnh điện là không dùng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và vì thế mà không cần đến các thiết bị phân hủy VOC tốn kém như lò thiêu hoặc các thiết bị hấp thụ carbon. Mặt khác, là học sinh, những người trực tiếp tiếp xúc với công cụ này để phục cụ cho mục đích học tập của chính chúng em, chúng em cũng luôn luôn nhắc nhở nhau có ý thức giữ gìn tài sản chung cũng như luôn có trách nhiệm bảo vệ “bộ mặt” này. Sử dụng các loại phấn ít bụi để bảo vệ sức khỏe của chính mình và bạn bè, thầy cô, bảo vệ môi trường lớp học luôn sạch đẹp, không bụi, tránh ảnh hưởng đến hệ hô hấp. Khi tiến hành vệ sinh bảng, chúng em sử dụng các loại khăn lau không quá khô, thường là sử dụng khăn ẩm để làm giảm bụi đồng thời giúp tăng tuổi thọ bề mặt của bảng viết phấn. Khi viết phấn thì thường sử dụng các loại phấn mềm để giảm áp lực gây nên cho mặt bảng, đảm bảo khi viết mặt bảng được bền theo thời gian. Không sử dụng các loại phấn có nhiều tạp chất sẽ khiến cho bảng bị mòn nhanh dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng. Trước đây khi chưa có phấn người ta thường lấy các vật liệu tự nhiên có đặc tính dễ mài mòn và để lại dấu vết trên bề mặt cần vẽ để làm "phấn" Những vật liệu "phấn" nguyên thủy nhất là đất sét, than củi v.v... Những hình vẽ trong một số hang động cổ cho thấy tổ tiên loài người đã biết dùng "phấn" từ lâu. Cách đây không lâu người ta vẫn khai thác các loại đá phấn (một loại đá vôi CaCO3) để làm phấn dùng trong các trường học. Loại vật liệu này được xẻ thành những viên hình hộp chữ nhật nặng đến hàng vài chục gram. Người viết cũng phải có nghệ thuật sao cho lúc nào cũng tạo được một mỏm có diện tích khá bé trên viên phấn để có thể viết được những nét sắc trên bảng. Một viên phấn như vậy có thể sử dụng cả buổi giảng hoặc thậm chí một vài ngày. Về sau này người ta thấy thạch cao (canxi sulfat đihyđrat CaSO4.2H2O) có thể dùng làm phấn rất tốt. Tuy thế người ta ít dùng thạch cao dạng nguyên khai làm phấn mà tiến hành xử lý chế biến để có các loại phấn viên tiện dụng hơn. Đầu tiên thạch cao tự nhiên được khai thác từ mỏ dưới dạng các tảng đá tựa như đá vôi. Đá thạch cao được đem nung trong lò giống như nung vôi nhưng ở đây cấu trúc của canxisulfat không bị phân hủy mà chỉ có phản ứng loại bớt nước kết tinh. CaSO4. 2H2O Â CaSO4. 1/2H2O + +3/2H2O Sản phẩm ra lò là thạch cao nửa nước sẽ được nghiền nhỏ để dùng vào nhiều việc: phụ gia xi măng, vật liệu bó bột trong y tế, làm các khuôn gốm v.v..., và một phần rất nhỏ dùng để làm phấn viết bảng. Để làm phấn người ta pha thạch cao bột thành dung dịch dạng sữa và đổ khuôn. Phản ứng đóng rắn của thạch cao chính là quá trình hyđrat hóa, tạo liên kết tinh thể đihyđrat. Phản ứng có tỏa nhiều nhiệt và chính là quá trình ngược với quá trình nung thạch cao ở trên. Phấn đổ khuôn theo các hình dạng khác nhau và có thể được trộn thêm bột màu để làm phấn màu. Các loại "phấn viết thạch cao" và các loại phấn thợ may trước đây được chế tạo theo kiểu như vậy. Ưu điểm của các loại phấn này là dễ gia công, giá thành hạ nhưng nhược điểm của chúng là viên phấn cứng, nếu viết lâu sẽ bị mỏi tay và có nhiều bụi. Có bài hát về những bụi phấn vương trên mái tóc điểm bạc của thầy giáo già nghe sao cảm động và lãng mạn. Nhưng quả thực sự phát thải bụi phấn như vậy chẳng hề lãng mạn chút nào vì nó làm cho những "lái đò" suốt đời "bán cháo phổi" (các thầy cô giáo) càng dễ bị hao tổn sức khỏe thêm. Yêu cầu giảm bụi phấn viết đã kích thích ý tưởng chế tạo các loại "phấn không bụi". Vậy các sản phẩm được gọi là "phấn không bụi" có thực là không phát sinh bụi không? Viên phấn có các tính năng sử dụng tốt phải đáp ứng được các yêu cầu sau: 1. Mềm vừa phải (dễ bị mài mòn để lại vết trên bảng) khi sử dụng không cần ấn mạnh gây mỏi tay. 2. Không hoặc ít tạo bụi. 3. Đỡ hao khi sử dụng (tốc độ mài mòn rất ít). 4. Không độc hại. 5. Giá thành chấp nhận được. Một số yêu cầu này xem ra khá mâu thuẫn nhau nhất là yêu cầu 1 và 2; 1 và 3. Để giải quyết các mâu thuẫn như trên, các nhà chế tạo phấn đã phải cải tiến kỹ thuật công nghệ và thay đổi nguyên liệu. - Về nguyên liệu chính: Người ta thay nguyên liệu thạch cao truyền thống bằng một loại bột nhẹ (CaCO3) phù hợp có độ phủ, độ mịn và độ trắng cao, đảm bảo chỉ cần một lớp rất mỏng đã có thể cho các nét viết rõ rệt. Như vậy về mặt nguyên liệu người ta lại quay về với họ hàng của đá phấn ngày xưa. Dĩ nhiên ngoài CaCO 3 một số cơ sở sản xuất vẫn còn pha trộn thêm một số loại chất khác như thạch cao, bột đá phấn và không loại trừ cả một lượng nhỏ TiO 2 v.v...để đáp ứng một số yêu cầu cụ thể. - Về công nghệ Người ta chuyển từ công nghệ rót khuôn sang công nghệ đúc ép. Nguyên liệu bột được phối trộn với một dung dịch kết dính (keo) hữu cơ đặc biệt đến một độ dẻo cần thiết và gia công viên phấn theo kiểu đúc ép hoặc ép đùn. - Các phụ gia: Điểm mấu chốt của phấn không bụi chính là các phụ gia có trong thành phần viên phấn. Thực chất "phấn không bụi" không có nghĩa là không phát bụi, bởi vì khi viết, viên phấn phải bị mài mòn (Vỡ cấu trúc tại nơi tiếp xúc) và để lại một lớp vật liệu phấn trên bề mặt bảng. Vấn đề là ở chỗ tại nơi vỡ cấu trúc, các hạt phấn cực nhỏ khong tản ra mà co cụm, liên kết ngay với nhau thành các tập hợp lớn hơn, một phần lưu trên bảng thành nét vẽ, còn một phần rời ra dưới dạng các hạt khá lớn ít gây ảnh hưởng bụi cho người viết. Để có được các tính năng này người ta đã pha vào thành phần vật liệu viên phấn một số hợp chất dạng dầu, mỡ, sáp (chất hóa dẻo OP, mỡ động thực vật v.v...) với hàm lượng rất nhỏ (vài phần nghìn). Dưới đây xin giới thiệu thành phần phối liệu của một loại phấn không bụi.. Phối liệu phấn gồm: bột nhẹ CaCO 3, keo kết dính (dung dịch polyvinylalcol PVA) và chất làm mềm (chất hoá dẻo OP hoặc dầu parafin, mỡ động vật). Bột được trộn cán với keo và chất dẻo hóa. Người ta thêm nước để có được khối phối liệu có độ ẩm phù hợp cho ép khuôn đùn. Thành phần cuối cùng của viên phấn khô sẽ vào cỡ: - Bột nhẹ 99% - PVA 1% - Chất hóa dẻo OP (hoặc dầu mỡ) O,2 - 0,3% Các bạn thấy không, viên phấn tuy bé nhỏ đơn giản nhưng cũng có nhiều chuyện để nói đấy chứ! 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống Qua tình huống được chúng em đặt ra và được giải quyết, chúng em vận dụng kiến thức của nhiều môn học để tìm hiểu về cấu tạo, giải thích được tình huống, cũng như tìm ra những phương án, cách thức để sử dụng và bảo vệ đồ dùng, dụng cụ học tập được dài lâu. Từ đó, chúng em càng thêm kích thích trí tò mò và sự ham hiểu biết về khoa học kĩ thuật, luôn đặt câu hỏi “tại sao” và cùng nhau tìm tòi vận dụng kiến thức để khám phá thế giới xung quanh.