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OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Produções Didático-Pedagógicas
Versão Online ISBN 978-85-8015-079-7Cadernos PDE
II
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UEM – UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
PDE - PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL
ERASMO CARLOS GRASSELLI
O ENSINO DA FÍSICA PELA EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO MÉDIO:
DA TEORIA À PRÁTICA
MARINGÁ
2014
1
ERASMO CARLOS GRASSELLI
O ENSINO DA FÍSICA PELA EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO MÉDIO:
DA TEORIA À PRÁTICA
Atividades de Intervenção Pedagógica na Escola
apresentadas ao Programa de Desenvolvimento
Educacional - PDE, primeiro período do Plano
Integrado de Formação Continuada.
Profº. Orientador: Dr. Daniel Gardelli
MARINGÁ
2014
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Esquema de vibração das moléculas ................................................... 14
FIGURA 2 – Material da experiência diferença entre Temperatura e Calor .............. 17
FIGURA 3 – Diferença entre Temperatura e Calor ................................................... 17
FIGURA 4 – Esquema da pele arrepiada .................................................................. 19
FIGURA 5 – Aspecto da pele arrepiada .................................................................... 19
FIGURA 6 – Esquema do corte das latinhas ............................................................. 20
FIGURA 7 – Procedimento realizado na experiência Equilíbrio Térmico .................. 21
FIGURA 8 – Procedimento final da experiência Equilíbrio Térmico ......................... 21
FIGURA 9 – Tirinha sobre trocas de calor ................................................................ 22
FIGURA 10 – Convecção, Condução e Radiação ..................................................... 24
FIGURA 11 – Transmissão do calor .......................................................................... 25
FIGURA 12 – Processos de transmissão de calor .................................................... 25
FIGURA 13 – Diferença de temperatura da água .................................................... 27
FIGURA 14 – Panela com cabo de madeira ............................................................. 30
FIGURA 15 – Procedimento realizado na experiência Condução do Calor .............. 31
FIGURA 16 – Agitação dos átomos .......................................................................... 33
FIGURA 17 – Esquema de deslocamento de ar na geladeira ................................... 33
FIGURA 18 – Procedimento da experimentação ..................................................... 34
FIGURA 19 – Sequência de montagem da experimentação ................................... 35
FIGURA 20 - Esquema de montagem da experimentação ...................................... 35
FIGURA 21 - Carvão submetido a altas temperaturas. ............................................. 38
FIGURA 22 – Exemplo do procedimento .................................................................. 38
FIGURA 23 – Tirinha sobre irradiação térmica.......................................................... 39
FIGURA 24 - Espaçamento entre os trilhos. ............................................................. 42
FIGURA 25 - Trem descarrilado devido à dilatação dos trilhos. ................................ 42
FIGURA 26 – Esquema de como fazer a perfuração na lata .................................... 43
FIGURA 27 – Montagem do equiposoro .................................................................. 43
FIGURA 28 – Vedação da borda da lata com Durepox ............................................. 43
FIGURA 29 – Fixação da régua na mangueira ......................................................... 43
FIGURA 30 - Esquema de montagem do experimento ............................................. 44
FIGURA 31 – Aspecto de lago congelado ................................................................. 46
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FIGURA 32– Quociente entre massa e volume ........................................................ 47
FIGURA 33 – Esquema de congelamento de um lago .............................................. 47
FIGURA 34 - Formação de gelo na superfície do lago ............................................ 48
FIGURA 35 – Tirinha sobre mudança de estado ...................................................... 48
FIGURA 36 - Cena do filme Debie & Lóide. .............................................................. 51
FIGURA 37 - Esquema de montagem ....................................................................... 52
FIGURA 38 – Garrafa Térmica .................................................................................. 54
FIGURA 39 – Estrutura da garrafa térmica ............................................................... 55
FIGURA 40 – Esquema para a experimentação ...................................................... 57
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6
2 UNIDADE DIDÁTICA .............................................................................................. 9
1ª ETAPA - APRESENTAÇÃO DO PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO
EDUCACIONAL .......................................................................................................... 9
2ª ETAPA – TEMPERATURA ................................................................................... 13
3ª ETAPA – DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR ................................ 16
4ª ETAPA – TRANSFERÊNCIA DE CALOR ............................................................ 18
5ª ETAPA - FORMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR ....................................... 24
6ª ETAPA - CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E IRRADIAÇÃO ....................................... 29
7ª ETAPA – O FENÔMENO DA CONVECÇÃO ........................................................ 32
8ª ETAPA - PROPAGAÇÃO DE CALOR PELA IRRADIAÇÃO ................................. 37
9ª ETAPA - DILATAÇÃO E CONTRAÇÃO ................................................................ 41
10ª ETAPA - MUDANÇA DE ESTADO ..................................................................... 46
11ª ETAPA - ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA .................................................... 50
12ª ETAPA - DISSIPAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA ............................................... 54
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 59
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APRESENTAÇÃO
Professor PDE: Erasmo Carlos Grasselli
Área: Física
NRE: Toledo
Professor Orientador: Daniel Gardelli
IES: UEM – Universidade Estadual de Maringá
Escola de Implementação: Colégio Humberto de Alencar Castelo Branco –
Ensino Médio e Normal
Público-alvo: Alunos do 2º Ano – Ensino Médio
Tema: A Física como disciplina experimental
Título: O ensino da Física pela experimentação no Ensino Médio: da
teoria à prática
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1 INTRODUÇÃO
Nesta Produção Didático Pedagógica são apresentadas as estratégias de
ação compreendidas no Programa de Desenvolvimento Educacional (PDE). O PDE
é um projeto de formação continuada dos professores do Estado do Paraná,
instituído pela Secretaria de Estado da Educação em parceria com a Secretaria de
Estado da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior do Paraná.
Cada professor PDE responsabilizou-se pela elaboração de um Plano de
Trabalho, constituindo-se de atividades básicas, próprias do programa e definindo
um objeto de estudo para delimitar a sua pesquisa com a elaboração de material
didático de acordo com o seu Plano, sendo instrumento e ferramenta de auxílio na
implementação do seu trabalho, bem como estar à disposição da rede educacional
estadual para todos os estabelecimentos de ensino.
Nesta fase do estudo serão apresentadas as atividades que serão realizadas
junto aos alunos do 2º ano do Ensino Médio do Colégio Humberto de Alencar
Castelo Branco – Ensino Médio e Normal da sede do município de Santa Helena –
PR, com a explicação de como serão trabalhados os experimentos com os alunos
no decorrer das aulas de Física, utilizando a metodologia prática, fundamentada nas
experiências.
Esta abordagem tem como objetivo geral relacionar conceitos físicos com
fenômenos naturais vivenciados pelos educandos do 2º Ano do Colégio Humberto
de Alencar Castelo Branco – Ensino Médio e Normal, no município de Santa Helena
– PR. Entre os objetivos específicos, destacam-se: identificar as dificuldades de
aprendizagem relacionadas à disciplina de Física; evidenciar as relações entre a
teoria e a aplicação cotidiana da disciplina, e identificar a importância da
experimentação para a compreensão dos conceitos da Física.
As atividades experimentais são consideradas ferramentas eficazes para a
contextualização do ensino da Física, abrangendo desde a mera verificação de leis e
teorias e experimentos que privilegiam as condições para os alunos refletirem a
respeito dos fenômenos e conceitos abordados, visando uma reestruturação
conceitual (COUTO, 2009).
Partindo da concepção de que as experiências na disciplina de Física podem
contribuir de forma significativa na assimilação dos conteúdos desta disciplina,
propôs-se a elaboração desta Unidade Didática como parte integrante do Programa
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de Desenvolvimento Educacional – PDE.
As atividades experimentais que serão descritas nesta Unidade Didática
serão elaboradas e agrupadas em etapas. O desenvolvimento das atividades poderá
variar o número de aulas de cada etapa, visto que a organização do material, o
desenvolvimento das experiências demanda de tempo com um potencial de variação
junto aos alunos.
Os experimentos serão realizados pelo proponente do PDE no laboratório e
na própria sala de aula dos alunos do 2º Ano do Ensino Médio do Colégio Humberto
de Alencar Castelo Branco – Ensino Médio e Normal, mediante a introdução do
conteúdo, com abordagem cuidadosa sobre a elaboração e construção da estratégia
enunciativa antes do procedimento de cada experimentação. Finalmente, a
Produção Didático-Pedagógica proposta deve permitir o discurso dialógico entre
professor e aluno com o objetivo de considerar diferentes pontos de vista com a
negociação de novos significados sobre o tema explorado durante a
experimentação.
Alguns dos experimentos serão executados por grupos de alunos. Os grupos
e os experimentos a serem realizados durante as etapas serão formados na primeira
etapa, sendo que cada grupo será responsável por um dos experimentos das etapas
seguintes. Todos os experimentos serão executados com o auxílio e supervisão do
professor da disciplina.
A avaliação da aprendizagem dos alunos participantes do programa será
realizada mediante a utilização dos métodos de avaliação diagnóstica e formativa. A
avaliação diagnóstica acontecerá no início do programa, sendo realizada por meio
da aplicação de um teste. Pela avaliação será possível verificar o desempenho
intelectual dos alunos para a assimilação de novos conhecimentos (subsequentes),
sendo ponto de partida para avançar no conteúdo e, caso contrário, proceder a
recapitulação, se eventualmente o aluno não tenha alcançado o conhecimento
necessário para o prosseguimento.
No final do programa será aplicado o mesmo teste, permitindo ao professor
conhecer o que o aluno aprendeu e verificando o conhecimento relacionado ao
domínio dos conteúdos da disciplina de Física.
Também será utilizada a avaliação formativa durante o programa, de maneira
específica, quando o professor apresentar um novo conteúdo aos seus alunos,
para conhecer a forma de assimilação deste, para que possa atingir os resultados da
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melhor forma possível, para que possa ajustar as metodologias do processo ensino
aprendizagem às características do aluno.
O trabalho com experimentação, tanto em sala de aula como no laboratório,
possibilita ao aluno o entendimento de que a Física está inserida em áreas como a
medicina, comunicações, entretenimento e outras atividades diárias possibilitando a
compreensão do mundo físico no qual o indivíduo está inserido.
Para Mosquer (2008) as aulas de laboratório são um espaço privilegiado para
o trabalho interdisciplinar e uma boa oportunidade para romper as barreiras entre as
disciplinas, permitindo que o aluno tenha uma visão mais ampla dos fatos ou
fenômenos, com a possibilidade de confirmar ou solucionar problemas com a
oportunidade para uma reflexão mais profunda e crítica da realidade cotidiana.
Seguindo esta linha teórica, inicialmente, será trabalhada com os alunos a
conceituação sobre o assunto ou tema a ser explorado, com a utilização de diversos
materiais como textos, artigos científicos, matérias de revistas, jornais, tirinhas, entre
outros, visando a efetivação do processo ensino aprendizagem.
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2 UNIDADE DIDÁTICA
Neste tópico serão descritas as atividades relacionadas ao conteúdo da
disciplina de Física desenvolvidas junto aos alunos do 2º Ano do Ensino Médio do
Colégio Humberto de Alencar Castelo Branco – Ensino Médio e Normal.
As atividades foram elaboradas e agrupadas em etapas. Cada etapa pode
variar em número de aulas, visto que pela participação ativa e direta dos alunos no
processo de experimentação, não é possível determinar a quantidade de tempo
necessária para cada procedimento.
1ª ETAPA – APRESENTAÇÃO DO PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO
EDUCACIONAL
1º Momento – Explanação de como será desenvolvida a Produção Didático-
Pedagógica e qual os objetivos da intervenção.
2º Momento – Aplicação de teste aos alunos com o objetivo de verificar o
conhecimento prévio sobre os temas a serem abordados na Unidade Didática:
Orientação ao (à) professor (a):
Neste primeiro momento, será realizada uma explanação aos alunos sobre
o Programa de Desenvolvimento Educacional (PDE) e os objetivos que se
pretende alcançar com o desenvolvimento das Estratégias de Ação e como serão
desenvolvidas as atividades pretendidas para o programa. Explicou-se ainda que
apresentação do conteúdo seria intercalada com experimentos práticos. A
apresentação do plano de trabalho permitiu aluno situar-se como elemento ativo e
participante do trabalho a ser executado em sala de aula. Para dar início aos
trabalhos, propôs-se uma avaliação prévia do conhecimento popular do aluno
sobre o assunto a ser abordado nesta Unidade Didática, esta avaliação será
denominada de Pré-Teste. Na finalização desta Produção Didático Pedagógica
será aplicada a mesma avaliação, no formato de Pós-Teste para a verificação do
nível de aprendizagem e assimilação de conhecimento em relação aos conteúdos
apresentados durante o desenvolvimento das estratégias de ação. Assim, nesta
primeira aula, optou-se pela aplicação de teste que é composto de 20 questões
objetivas. Em seguida serão determinados os grupos de alunos e os respectivos
experimentos a ser desenvolvido por cada grupo.
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Pré-Teste de verificação do conhecimento dos alunos sobre o tema
1. Quando se coloca uma colher de metal numa sopa quente, logo a colher também estará quente. A transmissão de calor o aquecimento de uma colher exposta sobre a chama de uma vela é chamado: a) Agitação; b) condução; c) irradiação; d) convecção. 2. Nas geladeiras, a fonte fria (o congelador) deve ser colocada: a) na parte inferior, pois o ar quente é resfriado lá; b) na parte superior, pois o ar quente tende a se elevar; c) na parte inferior, pois o ar frio é mais denso e desce para o fundo; d) no meio do refrigerador. 3. O processo de transmissão de calor que só ocorre no vácuo (onde não tem ar) é: a) condução; b) convecção; c) absorção; d) irradiação.
4. Para servir uma feijoada na mesa, é melhor colocá-la numa panela de: a) alumínio; b) ferro; c) cobre; d) barro.
Ao misturarmos num copo água gelada com água na temperatura ambiente, com o objetivo de bebê-la, devemos: a) misturar de qualquer modo; b) colocar a água quente sobre a água fria; c) colocar primeiro a água fria e depois a quente; d) colocar a água fria após a água quente, para obtermos uma melhor mistura. 6. No processo de condicionamento de ar de um recinto fechado: a) no inverno o ar quente deve entrar pela parte inferior da sala; b) no verão o ar frio deve entrar pela parte inferior da sala; c) tanto no verão quanto no inverno a entrada do ar deve ser pela parte inferior; d) tanto no verão quanto no inverno a entrada do ar deve ser pela parte superior.
7. Um ventilador de teto, fixado acima de uma lâmpada incandescente, apesar de desligado, gira lentamente algum tempo após a lâmpada estar acesa. Esse fenômeno é devido à: a) convecção do ar aquecido; b) condução da luz e do calor; c) irradiação da luz e do calor; d) reflexão da luz;e) polarização da luz;
8. A transmissão de calor ocorre sempre: a) no vácuo; b) entre dois sólidos; c) no sentido dos corpos de menor temperatura; d) no sentido dos corpos de maior temperatura.
9. Entre os aparelhos abaixo assinale aquele que não tenha funcionamento diretamente
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ligado à transmissão de calor: a) chuveiro elétrico; b) utensílios para cozinhar alimentos; c) liquidificador; d) geladeira.
10. Colocando-se a mão para fora da janela de um automóvel em movimento, ela esfria rapidamente. Isto se deve a: a) estar mais frio fora do que dentro do carro; b) à convecção que acelera a troca de calor; c) irradiação que é acelerada pelo movimento; d) condução de calor da mão para o ar.
11. Nos líquidos, o calor se propaga por: a) condução interna; b) convecção; c) condução externa; d) irradiação. 12. Um cobertor de lã tem por função: a) dar calor ao corpo; b) impedir a entrada do frio; c) reduzir a transferência de calor do corpo para o exterior; d) comunicar sua temperatura ao corpo. 13. Uma lareira aquece uma sala: a) por irradiação e convecção; b) exclusivamente por convecção; c) principalmente por condução; d) exclusivamente por condução. 14. A Terra recebe energia do Sol graças a: a) condução do calor; b) convecção de energia térmica; c) reflexão do calor; d) irradiação do calor; 15. A transmissão de calor por condução só é possível: a) nos sólidos; b) nos líquidos; c) no vácuo; d) nos meios materiais; 16. Num planeta completamente desprovido de fluidos apenas pode ocorrer propagação de calor por: a) convecção e condução; b) convecção e irradiação; c) condução e irradiação; d) irradiação; e) convecção; 17. Uma garrafa térmica é feita de vidro espelhado para: a) evitar a perda de calor por convecção. b) facilitar que o calor seja conduzido para o seu interior, aumentando a temperatura do líquido contido na garrafa.
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c) evitar a fuga de vapor de água. d) refletir a radiação infravermelha. 18. O fenômeno da convecção térmica se verifica: a) somente em sólidos; b) somente em líquidos; c) somente em gases; d) líquidos e gases; 19. No início da noite, o nadador observa que, embora o ambiente esteja frio, a água da piscina parece "morna"; nas primeiras horas da manhã, o nadador dirá que a água da piscina está fria, mesmo que o ambiente esteja a uma temperatura agradável. As sensações de morna e fria experimentadas na água da piscina podem ser mais bem explicadas pela asserção: a) O calor específico da água leva muito tempo para se igualar ao calor específico do corpo do nadador. b) A água necessita trocar uma maior quantidade de calor para sofrer a mesma variação de temperatura do ambiente. c) As moléculas de água são mais livres que as moléculas do nadador, e isso dificulta a transferência de calor. d) Essa diferença de sensação térmica é ilusória sendo necessária a utilização de um termômetro para comprovar a diferença de temperatura da água à noite, e pela manhã. e) Devido ao alto valor do calor específico da água, as transferências de calor acontecem rapidamente na água.
20. Dois corpos, A e B, inicialmente às temperaturas TA = 60° C e TB = 30° C, são postos em contato e isolados termicamente do meio ambiente. Eles atingem o equilíbrio térmico à temperatura de 45° C. Nessas condições, podemos afirmar que o corpo A: a) cedeu uma quantidade de calor maior do que a absorvida por B. b) tem calor específico menor do que B. c) tem capacidade térmica igual à de B. d) tem massa menor do que B. e) cedeu metade da quantidade de calor que possuía para B.
OBS: Questões referentes ao assunto Transmissão de Calor, encontradas em
ambiente eletrônico, disponível em: <http://www.geocities.ws/ saladefisica2/
testes/transmissao.html>. Acesso em out. 2014.
3º Momento - Nesta primeira etapa serão formados os grupos de alunos e a
determinação dos experimentos a serem realizados por cada grupo nas etapas
subsequentes. Serão formados 5 grupos de maneira aleatória com um número entre
5 e 6 componentes. Desta forma, o cronograma será o seguinte: 1ª Etapa (sem
experimento); 2ª Etapa (sem experimento); 3ª Etapa (experimento realizado pelo
professor); 4ª Etapa (Grupo 1); 5ª Etapa (experimento realizado pelo professor); 6ª
Etapa (Grupo 2); 7ª Etapa (Grupo 3); 8ª Etapa (experimento realizado pelo
professor); 9ª Etapa (experimento realizado pelo professor); 10ª Etapa (sem
experimento); 11ª Etapa (Grupo 4); 12ª Etapa (Grupo 5).
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2ª ETAPA - TEMPERATURA
1º Momento – Leitura do texto: O que é temperatura? - elaborado por Davidy
Lucas Cardoso (Aluno do 3º ano do curso de Licenciatura em Física, 2013):
O que é temperatura?
Davidy Lucas Cardoso Aluno do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2013)
Estamos acostumados a associar temperatura às noções de frio e calor. Ao
aproximarmos nossa mão de um objeto sentimos essa sensação e dizemos que
objetos mais quentes apresenta maior temperatura.
Mas será que esse método é útil para medirmos temperaturas dos objetos?
Bem, além de esse método ser perigoso, ele não apresenta eficiência. Sendo assim,
aparelhos foram desenvolvidos para realizarmos tais medições, os chamados
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa, será realizada a leitura do texto: O que é temperatura?
Elaborado por Davidy Lucas Cardoso, 3º ano do curso de Licenciatura em
Física da UEM (Universidade Estadual de Maringá), 2013. Este material foi
cedido pelo professor Ricardo Francisco Pereira, coordenador do Programa de
Desenvolvimento Educacional da disciplina de Física. O texto servirá como
apoio didático para iniciar a montagem dos mapas conceituais em relação aos
fenômenos de temperatura e calor, seguido da discussão e interpretação do
texto, para que os alunos reflitam, dialoguem e exponham seu conhecimento.
O objetivo desta etapa consiste na assimilação dos conceitos de calor e
temperatura, mostrando a diferença entre ambos. Posteriormente será
realizada discussão sobre o texto e questionamentos referentes ao assunto.
Será apresentado aos alunos um vídeo relacionado ao assunto. No diálogo
final com abordagem específica aos mapas conceituais elaborados pelos
alunos durante as aulas.
OBS: Lembrar aos alunos que auxiliem na organização dos materiais
necessários para o experimento.
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termômetros.
Esses aparelhos medem o grau de vibração das minúsculas partes que
nossos corpos e os objetos são compostos, as chamadas moléculas. Essas
moléculas têm um movimento em menor ou maior grau que os físicos chamam de
agitação. Esse grau de vibração das moléculas, nada mais é, que uma definição
simplificada de temperatura.
Portanto, um objeto com temperatura de 38°C tem suas moléculas com maior
grau de agitação que outro com 37°C. E quanto maior a temperatura, maior a
vibração das moléculas.
FIGURA 1 – Esquema de vibração das moléculas
Fonte: Disponível em: <http://www.clickescolar.com.br/wp-content/uploads/2012/01/temp.jpg.>. Acesso em: set. 2014
2º Momento – Montagem de mapas conceituais referentes aos conceitos de
temperatura e calor
3º Momento – Proposição dos questionamentos sobre o texto lido:
1. Quais as formas de energia que vocês conhecem?
2. O calor é uma forma de energia?
3. Quais são as aplicações da energia térmica?
4º Momento – Apresentação de vídeo referente ao assunto Calor e
Temperatura, extraído de ambiente eletrônico, disponível em:
<https://www.youtube.com/watch?v=7GLlMsdGSlY>.
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5º Momento - Diálogo Final com abordagem dos alunos sobre os mapa
conceituais elaborados durante as aulas em relação a temperatura e calor.
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3ª ETAPA – DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR
1º Momento – Retomar os mapas conceituais formulados pelos alunos na
etapa anterior.
2º Momento – Desenvolvimento do experimento, pelo professor da disciplina,
sobre a Diferença entre Temperatura e Calor – 2, sugerido pelo Projeto
Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru que será
realizado na própria sala de aula com o objetivo de demonstrar a diferença entre
calor e temperatura. Os materiais a serem utilizados neste experimento foram
previamente organizados pelo professor com a participação dos alunos sendo
necessário:
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
2 recipientes (garrafas pet de 2 litros);
1 copo de tamanho médio,
3 copos com água, Deixe reservado um pouco mais de água
8 cubos de gelo,
1 colher sopa, estilete.
O experimento segue o esquema de montagem da seguinte forma: Cortar
duas garrafas de refrigerante em uma altura acima do meio. Colocar um copo de
água em um recipiente e dois copos de água no outro. Colocar quatro cubos de gelo
dentro de cada recipiente. Esperar cerca de dois minutos e retirar com a colher o
gelo que ainda sobrar. Pedir aos alunos que coloquem a mão dentro do recipiente
para verificar a diferença de temperatura entre ambas os recipientes.
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa serão retomados os mapas conceituais formulados na
etapa anterior sobre o assunto temperatura e calor. Em seguida será efetuado
o desenvolvimento de uma experiência para demonstrar a diferença entre
Temperatura e Calor, sugerido pelo Projeto Experimentos de Física com
Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru – SP. (Disponível em: <
http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/>. Acesso em nov. 2014.)
Depois da execução da experimentação será realizado o Diálogo Final com a
investigação sobre a assimilação das diferenças entre temperatura e calor por
parte dos alunos.
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FIGURA 2 – Material da experiência diferença entre Temperatura e Calor
FIGURA 3 – Diferença entre Temperatura e Calor
A idéia é colocar a mesma quantidade de gelo em 2 recipientes com
quantidades diferentes de água na mesma temperatura; chama-se de A o recipiente
com mais água e de B aquele com menos água. Após algum tempo, o recipiente B
terá atingido uma temperatura menor do que a do recipiente A. Supondo que o gelo
absorve a mesma quantidade de calor nos dois recipientes, deduz-se que a água do
recipiente B perde a mesma quantidade de calor que a água do recipiente A. Como
a quantidade de água do recipiente B é menor, tem-se ali um número menor de
moléculas de água. A temperatura é menor: individualmente, cada molécula ficou
com menos calor, ou seja, ficou menos agitada. E isto é coerente com o conceito de
temperatura: ela mede apenas o estado de agitação de cada molécula.
3º Momento – No Diálogo Final o professor deve investigar sobre a
compreensão dos conceitos por parte dos alunos. A partir da experimentação os
alunos serão capazes de saber que a temperatura de um objeto ou meio é a medida
de o quanto estão agitados seus átomos e moléculas, enquanto que calor, ou
energia térmica, é a quantidade de energia envolvida nessa agitação molecular.
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4ª ETAPA – TRANSFERÊNCIA DE CALOR
1º Momento – Leitura do texto: Por que “trememos” e “arrepiamos” de frio? -
elaborado por Kayanne Lia Prado Angelo (Aluna do 3º ano do curso de Licenciatura
em Física, 2013):
Por que “trememos” e “arrepiamos” de frio?
Kayanne Lia Prado Angelo Aluna do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2013)
O fato de tremer e arrepiar quando está muito frio, é um recurso do nosso
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa, será apresentado o assunto Transferência de calor e
equilíbrio Térmico com o objetivo possibilitar o entendimento de como
acontece a transferência espontânea de calor entre objetos em contato, a qual
ocorre sempre do mais quente para o mais frio, levando ambos a atingirem a
mesma temperatura (o equilíbrio térmico). Inicialmente será feita a leitura do
texto: Por que “trememos” e “arrepiamos” de frio? - elaborado por Kayanne
Lia Prado Angelo (Aluna do 3º ano do curso de Licenciatura em Física, 2013).
Em seguida será realizada discussão para uma breve verificação, de maneira
informal, sobre o entendimento dos alunos sobre os dispositivos usados pelo
corpo para a retenção da temperatura. Em seguida, o Grupo 1, formado de
alunos será responsável pela execução do experimento para demonstrar
como se processa a Transferência de calor e equilíbrio Térmico com o objetivo
de mostrar que a transferência espontânea de calor entre objetos em contato
ocorre sempre do mais quente para o mais frio, levando ambos a atingirem a
mesma temperatura, ou seja, o equilíbrio térmico. Depois da execução do
experimento será apresentada uma tirinha para análise e discussão sobre o
assunto da etapa em sala de aula. Diálogo Final. Os alunos deverão pesquisar
sobre as trocas de calor que podem ser percebidas no ambiente. Os alunos
deverão compartilhar o conhecimento na aula posterior com os demais.
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organismo para ajudar no processo de manutenção da temperatura corporal nessa
circunstância.
Quando trememos, nossos músculos se movimentam, fazendo que se queime
caloria naquele local, e, consequentemente, seja liberada uma quantidade de
energia que serve para aumentar a temperatura do corpo.
Outra coisa que acontece, quando está muito frio, é que os poros da nossa
pele se fecham, diminuindo a troca de calor com o ambiente.
Nossos pelos se eriçam para “segurar” mais ar entre eles, pois o ar é um bom
isolante térmico. Ou seja, o ar funciona como uma barreira entre nossa pele e o
meio. Os pássaros, no inverno, também, se valem desse recurso, eles eriçam suas
penas para prender a maior quantidade de ar possível, e fazer com que sua
superfície corporal não dissipe calor para o meio.
FIGURA 4 – Esquema da pele arrepiada
Fonte: Autoria própria.
FIGURA 5 – Aspecto da pele arrepiada
Fonte: Disponível em: <http://imagens.ndig.com.br/psicologia/pele_arrepiada.jpg.>. Acesso
em set. 2014
2º Momento – Questionamentos sobre o entendimento dos conceitos com a
participação ativa dos alunos:
- O que você entende por Equilíbrio Térmico? Dê exemplos de aplicação
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vivenciada:
- Qual a condição necessária para acontecer trocas de calor?
- Qual a principal transferência de calor para as suas tarefas diárias?
- Haveria vida sem um dos processos de transmissão de calor?
- Elenque situações em sua vivência na qual se percebe alguma forma de
propagação:
3º Momento – Apresentação da experimentação de como se processa a
Transferência de calor e equilíbrio Térmico, sugerido pelo Projeto Experimentos de
Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru – SP.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
2 latinhas de refrigerante (alumínio) Devem estar vazias.
1 vasilha de plástico contendo água
1 régua ou trena
Água Para segurar a latinha quente
Pano de prato Para cortar a latinha de refrigerante
Estilete
Fósforos Para acender a lamparina
OBS: O professor deverá alertar e orientar os alunos para a periculosidade do
procedimento atentando para os devidos cuidados com o material visto que podem
ocorrer acidentes durante o manuseio.
Os procedimentos para a realização da experimentação são os seguintes:
cortar uma latinha bem próximo da borda superior.
FIGURA 6 – Esquema do corte das latinhas
No lugar onde foi cortado, fazer cortes de cerca de cinco milímetros no
sentido vertical e depois dobrar as beiradas da lata para dentro da lata (para evitar
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acidentes com a beira cortante). Colocar água na latinha até acima da metade.
FIGURA 7 – Procedimento realizado na experiência Equilíbrio Térmico
Colocar a latinha sobre o suporte na lamparina e aguardar até ela ficar bem
quente. Colocar água à temperatura ambiente na vasilha até acima do meio. O total
de água colocada na vasilha deve ser menor que o dobro da quantidade de água
que está dentro da latinha.
FIGURA 8 – Procedimento final da experiência Equilíbrio Térmico
Retirar a latinha do suporte segurando-a com o pano e a colocar dentro da
vasilha com água. Tocar na água que estava na temperatura ambiente e sentir o seu
aquecimento.
O experimento consiste em aquecer um pouco de água dentro de um
recipiente e depois colocá-lo para esfriar dentro de uma vasilha contendo água na
temperatura ambiente. Após ter colocado o recipiente com água quente dentro da
vasilha, toca-se na água que estava nessa vasilha na temperatura ambiente.
Percebe-se que esta água está se aquecendo; que o calor da água aquecida
e do recipiente que a contém começaram a propagar para a água que está ao seu
22
redor. Ou seja, está ocorrendo transferência de energia da água e do recipiente de
alumínio que estão numa temperatura mais alta para a água de menor temperatura.
E essa transferência de calor ocorrerá até que os dois volumes de água e o
recipiente aquecido atinjam o equilíbrio térmico.
Durante a execução do experimento, também há transferência de calor para o
ar que está em volta do experimento.
Entretanto, o equilíbrio térmico entre os dois volumes de água é atingido bem
mais rápido do que entre os volumes de água e o ar. Assim, focalizamos nossa
atenção somente no equilíbrio entre os dois volumes de água.
4º Momento – Os Grupos de alunos deve fazer a análise da Tirinha de Bill
Watterson (1997), com a descrição sucinta do processo abordado no texto, esta
descrição deverá ser entregue ao professor da turma, podendo ser considerada
como uma avaliação do conhecimento.
FIGURA 9 – Tirinha sobre trocas de calor
Fonte: Disponível em: http://www.ensinodefisica.net/1_THs/molduras/index_ths.htm>. Acesso em nov. 2014.
5º Momento – No Diálogo Final, os alunos devem ser capazes de identificar
outros exemplos de trocas de calor como por exemplo: quando o ambiente se torna
mais frio do que o nosso corpo, então o calor do corpo começa a propagar para o
ambiente e começa-se a sentir frio. Quando o ambiente está mais quente, não há
transferência calor do corpo para o meio e temos a sensação de quente. A roupa
que usamos também influencia na quantidade de calor que será transferido do corpo
para o ambiente. Pois o algodão ou a lã isolam o calor, ou seja, eles impedem que o
calor propague rapidamente do corpo para o ambiente. A lã é um isolante térmico
23
melhor que o algodão e justamente por isso ela é usada no inverno, quando o
ambiente está mais frio, pois ela consegue reter melhor o calor do nosso corpo,
impedindo que ele se propague para o meio ambiente. Roupas leves de algodão são
usadas no verão porque o algodão permite que o calor do nosso corpo propague
melhor para o meio ambiente. Transferência espontânea de calor ocorre sempre do
objeto de maior temperatura para aquele de menor temperatura. Essa transferência
de energia ocorre até que as temperaturas se igualem, ou seja, até que os objetos
atinjam o equilíbrio térmico.
5º Momento – Os alunos deverão realizar uma pesquisa (materiais impressos
ou ambiente eletrônico) sobre as trocas de calor que podem ser percebidas no dia a
dia, devendo compartilhar o conhecimento na aula posterior.
24
5ª ETAPA - FORMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
1º Momento - Os alunos deverão reunir-se em duplas, em seguira haverá a
apresentação da figura retirada da Apostila de Física da Universidade Federal do
Paraná permitindo que as duplas comentem sobre o que entenderam a partir da
análise da figura.
FIGURA 10 – Convecção, Condução e Radiação
Fonte: Disponível em:<http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-9.html>. Acesso em
21 ago. 2014
2 º Momento - Em duplas, os alunos deverão fazer a leitura do texto: Porque
o piso de azulejo parece mais frio que o de madeira? – elaborado pela aluna Samira
Cassote Grandi, do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2012):
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa serão apresentadas as formas de transferência de calor, pela
condução, convecção e irradiação. Para dar início a aula, os alunos deverão
reunir-se em duplas, será apresentada uma figura para observação e análise
dos alunos. Para esclarecer sobre os fenômenos da condução, convecção e
irradiação, será feita a leitura do texto: Porque o piso de azulejo parece mais
frio que o de madeira? - elaborado por Samira Cassote Grandi (aluna do 3º
ano do curso de Licenciatura em Física, 2012. Em seguida, o professor explica
como ocorre a transferência de calor por condução, convecção e irradiação.
Apresentação de um vídeo sobre condutividade térmica, para ampliar
assimilação dos conceitos. Diálogo final.
25
Por que o piso de azulejo parece mais frio que o de madeira?
Samira Cassote Grandi
Aluna do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2012)
FIGURA 11 – Transmissão do calor
Fonte: Disponível em: <http://www.laboratoriodefisica.com.br/GREF/termo/termo9.pdf.>.
Acesso em set. 2014
O Calor é uma forma de energia em movimento, que sempre é transmitida
quando há diferenças de temperatura. Espontaneamente o calor se propaga de um
corpo, ou região de maior temperatura para um corpo de menor temperatura.
A transmissão de calor pode ocorrer por três processos distintos: condução,
convecção e irradiação.
FIGURA 12 – Processos de transmissão de calor
Fonte: Disponível em: <http://www.oocities.org/br/fabiopacheco/images/formascalor.jpg>.
Acesso em set. 2014
26
Na condução, o calor se propaga em meios materiais, sem que as partículas
que constituem o meio sejam transportadas, ou seja, a energia térmica se transfere
de partícula para partícula, de tal forma que cada partícula transmite um aumento de
vibração para a partícula vizinha.
Meios materiais nos quais o calor se propaga rapidamente de partícula para
partícula são denominados bons condutores de calor, e meios nos quais o calor tem
dificuldade de se propagar são denominados maus condutores de calor, ou ainda,
isolantes térmicos.
Ao tocarmos um piso de madeira, temos a sensação de que este é mais
quente que o piso de ladrilho. O pé e o ladrilho trocam calor muito mais rapidamente
do que o pé e a madeira. A madeira é um mal condutor de calor. Os maus
condutores de calor são chamados de isolantes térmicos.
3º Momento – Apresentação de experiência, por parte do professor da
disciplina, para a comprovação de que a sensação de frio ou quente depende da
condutividade térmica do objeto tocado. A idéia é segurar duas vasilhas, uma em
cada mão, contendo a mesma quantidade de água quente à mesma temperatura,
sendo uma vasilha feita de material bom condutor de calor e outra feita de material
mau condutor de calor. Para isso usa-se um recipiente de alumínio e uma caneca de
porcelana. O fluxo de calor da água para a mão é maior no recipiente de alumínio
que na caneca de porcelana, por isso tem-se a sensação que o recipiente de
alumínio está mais quente que a caneca.
O fluxo de calor na caneca é menor porque a porcelana não conduz calor tão
bem quanto o alumínio. Apesar de se ter a sensação que a temperatura do
recipiente de alumínio é maior que a temperatura da caneca, ambos estão na
mesma temperatura, que é a temperatura da água dentro deles. Esta experiência
pode ser feita usando água gelada ao invés de água quente. Novamente, devido à
condutividade do alumínio ser mais alta que a da porcelana, se tem a impressão que
o recipiente de alumínio está mais frio.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Uma caneca de porcelana
Um copo de alumínio Pode ser uma lata de refrigerante.
Água quente O suficiente para encher a caneca e o copo.
27
Despeje a mesma quantidade de água quente dentro da caneca de porcelana
e dentro do copo de alumínio. Espere alguns segundos para que a caneca de
porcelana fique na mesma temperatura que a água quente. Segure o recipiente de
alumínio e a caneca, uma em cada mão. Sinta a temperatura de cada um deles.
Pode-se usar copo de alumínio em vez de latinhas. Experimente fazer a
mesma experiência usando água gelada.
FIGURA 13 – Diferença de temperatura da água
4º Momento – O professor deve proceder a explicação sobre a propagação
de calor que pode ocorrer de três modos: por condução, convecção e irradiação.
Enquanto a propagação por irradiação se dá mesmo na ausência de matéria
(vácuo), a propagação por condução exige o contato entre os objetos que trocarão
calor e a propagação por convecção envolve a movimentação da matéria. Quando
colocamos uma panela com água no fogo para esquentar, podemos observar a
propagação de calor dos três modos. Por condução: o calor do fogo se propaga para
a panela que está em contato com ele; este calor se propaga também por condução
para a água, que está em contato com a panela. Por convecção: a água que está
em contato com o fundo da panela se aquece, sua densidade diminui (fica mais
leve) e ela sobe, enquanto a água fria da superfície (mais pesada) desce para o
fundo. Por irradiação: se tiramos a panela do fogo e aproximamos a mão de seu
fundo, sentiremos um aumento de temperatura. O calor sentido não chegou por
condução (pois não havia contato) nem por convecção (pois o ar quente sobe), pois
a radiação independe da existência ou movimentação de matéria para se propagar.
Outro exemplo de propagação por irradiação é a energia térmica do sol, que chega
até nós pela propagação através do espaço, que é quase um vácuo perfeito.
5º Momento - Para ampliar a assimilação dos conceitos desta etapa,
28
oportunizar a apresentação do vídeo relacionado ao assunto condutividade térmica,
disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=_uCp0NOts34>. Acesso em out.
2014.
6º Momento – No Diálogo final os alunos deverão conhecer como se
processam os fenômenos de condução, convecção e irradiação.
29
6ª ETAPA - CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E IRRADIAÇÃO
1º Momento – Apresentação de vídeo relacionado aos assuntos desta etapa.
Este material encontrado em ambiente eletrônico está disponível em:
<https://www.youtube.com/watch?v=iCowGrGtU4Y>. Acesso em out. 2014.
2º Momento – Leitura Texto: Por que os cabos das panelas são normalmente
de madeira ou plástico? – elaborado por Bianca Cintra de Carvalho (Aluna do 3º ano
do curso de Licenciatura em Física, 2012):
Por que os cabos das panelas são normalmente de madeira ou plástico?
Bianca Cintra de Carvalho Aluna do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2012)
O processo de transferência de energia térmica (propagação de calor) pode
ocorrer por meio de três formas diferentes: a condução, a convecção e a irradiação.
Na condução, o calor se propaga em um meio material, sem que haja transporte das
partículas que constituem o meio. Ela é propagada de partícula para partícula, de tal
forma que cada partícula transmite um aumento de vibração para a partícula vizinha.
Os meios materiais nos quais o calor é propagado de forma rápida para as
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa será iniciado o formas de transferência de calor, com a
apresentação dos fenômenos condução, convecção e irradiação, para iniciar a
aula será assistido um vídeo relacionado ao assunto desta etapa. Na
sequência, a leitura do texto: Por que os cabos das panelas são normalmente
de madeira ou plástico? – elaborado por Bianca Cintra de Carvalho (Aluna do
3º ano do curso de Licenciatura em Física, 2012). No texto escolhido ressaltará
o fenômeno da condução. Posteriormente, será comentado sobre as formas de
propagação de calor elencando bons e maus condutores de calor, dando
oportunidade aos alunos comentarem sobre o assunto em duplas. Em seguida,
será realizado o experimento pelo Grupo 2, com a demonstração e como
acontece a condução do calor com o objetivo de demonstrar sobre bons e
maus condutores de calor. Diálogo Final.
30
partículas, são denominados bons condutores de calor e os meios nos quais o
calor é transferido com dificuldade são denominados maus condutores de calor.
FIGURA 14 – Panela com cabo de madeira
Fonte: Disponível em:<http://www.amarelautilidades.com.br/logo.php?foto=00111.jpg&ps=
http://www.weblinck.com.br/adminAmarelas/produtos>. Acesso em set. 2014
Os metais são bons condutores de calor, e, por esse motivo, as panelas são
geralmente feitas de metal, para garantir que o alimento seja aquecimento de forma
rápida.
No entanto, os cabos dessas mesmas panelas são feitos de madeira ou de
material plástico (baquelite), que são considerados maus condutores de calor, para
que, mesmo quando a panela estiver quente, eles estejam a uma temperatura bem
menor, o que possibilita retirar a panela do fogo segurando-a pelo cabo, evitando
dessa forma, que queimemos a mão.
3º Momento – Será permitido aos alunos trocarem ideias e comentarem
sobre as formas de propagação de calor elencando bons e maus condutores de
calor.
4º Momento – O Grupo 2 desenvolverá a experiência com a demonstração
de como ocorre a condução do calor.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Vela Para grudar as tachinhas na barra de metal
Tachinhas ou percevejos
Barra de metal
Fósforos Para acender a vela
31
Para a execução do experimento deve ser seguindo o esquema da Figura 14:
Figura 15 – Procedimento realizado na experiência Condução do Calor
Fonte: Disponível em: <http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ fichaTecnicaAula. html?aula=
7715>. Acesso em: 21 ago. 2014
A idéia do experimento é mostrar a propagação de calor por condução
através de dois materiais diferentes: um fio metálico, que conduz bem o calor, e um
palito de madeira, que conduz mal o calor. Para isso pingam-se gotas de vela com
espaçamento constante no fio e no palito. Em seguida aquece-se uma das
extremidades do fio. As gotas de vela vão se derretendo conforme o fio vai se
aquecendo. Ou seja: conforme o calor vai se propagando no fio, as gotas de vela
vão se derretendo. O mesmo não acontece quando se aquece uma das
extremidades do palito, pois a madeira não conduz calor tão bem quanto o metal.
Portanto, quando se aquece uma das extremidades do palito, as gotas de vela não
derreterão do mesmo modo como derreteram quando o fio foi aquecido.
5º Momento - No Diálogo Final os alunos devem saber que a propagação
por condução exige o contato entre os objetos que trocarão calor. O calor da chama
da vela se propaga para a barra de metal que está em contato com a parafina que
fixa as tachinhas.
32
7ª ETAPA – O FENÔMENO DA CONVECÇÃO
1º Momento – Leitura texto sobre a propagação de calor por convecção:
Porque o congelador fica na parte superior da geladeira?
Porque o congelador fica na parte superior da geladeira?
Marcio Anicete dos Santos
Aluno do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2011)
A matéria é constituída por partículas (átomos, íons ou moléculas) que vivem em
constante agitação, a esse movimento “mexe-mexe das partículas” chamamos de
agitação térmica.
Quando aumentamos a temperatura de um corpo, automaticamente aumenta a
energia desse corpo, fazendo com que os átomos, íons ou moléculas se agitem mais.
Se diminuir a temperatura de um corpo, logo esse corpo perde energia e os átomos,
íons ou moléculas se agitam menos.
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa será dada sequência ao assunto formas de transferência de
calor por Condução, Convecção e Radiação. Com ênfase à transferência de
calor por meio da Convecção. Primeiramente os alunos irão ler texto sobre a
propagação de calor por convecção: Porque o congelador fica na parte
superior da geladeira? (Texto Elaborado por Marcio Anicete dos Santos, aluno
do 3º ano do curso de Licenciatura em Física, 2011). Em seguida o Grupo 3
realizará um experimento para transmissão de calor por convecção num líquido
sob aquecimento com a explicação do professor como ocorre o processo,
sugerido pelo Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia -
UNESP/Bauru – SP, com o objetivo de demonstrar como ocorre transmissão
de calor por convecção num líquido sob aquecimento. Na sequência, será
apresentado um vídeo para os alunos com experimentos realizados com
permanganato de potássio para visualizar como ser processa a convecção. Em
seguida, o professor abre espaço para diálogo final.
33
FIGURA 16 – Agitação dos átomos
Fonte: FÍSICA. Ensino Médio. Caderno 2, pg. 7.
Considerando a figura acima, imaginamos que as três situações são compostas
por um mesmo gás. Na primeira situação há uma pequena agitação, ou seja, esse gás
está a uma temperatura menor do que a segunda e terceira situação.
Observa-se que o gás quanto mais quente maior é a agitação, e por se agitarem
mais há uma diminuição na sua densidade, que é a quantidade de partículas num
determinado espaço. Concluímos, portanto, que quanto maior a temperatura mais leve
fica esse gás.
O que ocorre no interior da geladeira é a mesma situação, o ar mais frio que está
próximo ao congelador desce, por ser mais denso, enquanto o ar quente dos alimentos
sobe, por ser menos denso. Para que ocorra esse deslocamento de ar as grades das
geladeiras são vazadas.
FIGURA 17 – Esquema de deslocamento de ar na geladeira
Fonte: Disponível em:< http://4.bp.blogspot.com/-2wYobtDOmzU/Th9ue0 2o7bI/AAAAAAA
AAFo/0kmp3PkoUmc/s1600/conveccao.jpg>. Acesso em set. 2014
34
Esse é um processo de propagação de calor chamado de correntes de
convecção, que ocorre em fluidos, devido às moléculas se movimentarem com
facilidade, através do transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade.
Isso ocorre também com o ar condicionados em regiões tropicais como no Brasil,
onde os aparelhos normalmente são colocados na parte superior de uma sala, para que
ocorram as correntes de convecção.
Hoje já existem geladeiras que o congelador fica na parte inferior ou separado,
logo o sistema de refrigeração não funciona da forma explicada acima.
2º Momento – O Grupo 3, formado pelos alunos da turma, deverá mostrar
como ocorre transmissão de calor por convecção num líquido sob aquecimento, por
meio de experimento.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Um copo americano copo deve ser transparente
Um recipiente para colocar o leite pode ser qualquer frasco ou até mesmo um copo
Um canudinho de beber refrigerante de preferência transparente
Água um copo de água
Leite líquido que seja suficiente para encher o canudinho
Uma vela para aquecer o copo
Fósforo para acender a vela
Montagem
Encha um copo com água e coloque o leite no outro recipiente.
FIGURA 18 – Procedimento da experimentação
35
Coloque o canudo dentro do recipiente e puxe o leite com a boca de acordo
com o passo 1 da figura abaixo. Rapidamente solte o canudinho da boca e o tape
com o dedo de acordo com o passo 2 da figura abaixo. Retire o canudo de dentro do
copo tampando a sua ponta com o dedo (ver passo 3 da figura abaixo). Coloque o
canudo com a ponta tapada dentro do copo cheio de água, solte sua ponta e retire
lentamente o canudo de dentro do copo. Ver os passos 3 e 4 da Figura 19:
FIGURA 19 – Sequência de montagem da experimentação
Acenda a vela e a fixe em algum lugar. Segure o copo que está com água e
leite e aproxime o fundo do copo da chama da vela. Aguarde alguns instantes,
enquanto o fundo do copo se aquece e veja o resultado. Ao realizar esta experiência
o grupo deve tomar o cuidado de não colocar o fundo copo diretamente dentro da
chama da vela. Para fixar a vela pode-se usar o método tradicional de pingar
algumas gotas de cera derretida da vela e colocá-la em cima.
FIGURA 20 - Esquema de montagem da experimentação
36
A idéia é mostrar que ocorre convecção em um líquido dentro de um copo
quando ele é aquecido. Para isso coloca-se um pouco de leite no fundo de um copo
d'água e aquece-se o fundo do copo com uma vela. Aquela porção de leite que está
no fundo do recipiente e, consequentemente mais próximo da chama que o aquece,
é aquecido primeiro. O leite aquecido fica mais leve que uma mesma quantidade de
água não aquecida que está acima dele. Isso faz com que a parte aquecida suba e a
parte não aquecida desça. Como o leite contrasta com a água, então dá para ver o
leite se movimentando junto com a água enquanto se mistura com ela. Observando
o movimento do leite, temos uma noção de como a água sofre convecção enquanto
é aquecida.
3º Momento - Apresentação de vídeo com experimento que permite visualizar
como se processa a convecção em ambiente líquido. Disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=doZO_TRLs0w. Acesso em nov. 2014.
4 º Momento - O professor deve deixar claro no Diálogo Final que ao olhar
para água fervendo, temos a impressão que ela está pulando dentro da panela, ou
seja, a movimentação da água fica bastante visível. Porém a movimentação não
ocorre apenas quando a água está fervendo; a movimentação ocorre durante todo o
aquecimento. Quando a água está fervendo ela faz convecções tão rápidas que
podemos vê-las. Convecção significa "processo de transmissão de calor que é
acompanhado por um transporte de massa", de acordo com o dicionário Aurélio. A
água, assim como os demais fluidos, sofre convecção durante o aquecimento
porque a parte aquecida, que em geral é a parte de baixo, fica mais leve (passa a ter
menor densidade) do que as demais partes. Então a parte aquecida sobe, enquanto
que outra desce para ocupar o lugar da que subiu.
37
8ª ETAPA - PROPAGAÇÃO DE CALOR PELA IRRADIAÇÃO
1º Momento – Leitura do texto: Por que os corpos emitem luz quando
submetidos a temperaturas elevadas? – elaborado por Getulio Meirelles de Oliveira,
aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física, 2012:
Por que os corpos emitem luz quando submetidos a temperaturas
elevadas?
Getulio Meirelles de Oliveira
Aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física (2012)
Você já deve ter percebido que alguns materiais quando submetidos a altas
temperaturas incandescem-se. Na realidade todos os corpos emitem uma onda
eletromagnética, chamada de radiação térmica, é essa radiação a responsável pela
luz dos corpos. Em temperaturas usuais, a maioria dos corpos é visível para nós
porque refletem a luz, o que os torna “invisíveis” se a luz não incidir sobre eles. Em
altas temperaturas, no entanto, os corpos têm luminosidade própria, nessas
ocasiões os corpos geralmente se tornam “vermelho” ou “branco”. Podemos
observar esse fenômeno se colocarmos um prego de ferro no fogo, à temperatura
baixa ele irradia calor, mas essa esta radiação não é visível. Com a temperatura
crescendo, a quantidade de radiação que o prego emite aumenta muito
rapidamente, e logo o prego adquire uma cor vermelha apagada, seguida de uma
cor vermelha brilhante, e a temperaturas muito altas, uma cor branco-azulada
intensa. Podemos ver esse fenômeno também no carvão de uma fogueira ou no
filamento de uma lâmpada incandescente, entre muitos outros exemplos.
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa será dada ênfase à propagação de calor por meio da
irradiação com a leitura do texto: Por que os corpos emitem luz quando
submetidos a temperaturas elevadas? – elaborado por Getulio Meirelles de
Oliveira, aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física, 2012. Em seguida
será realizado um experimento para mostrar como ocorre transmissão de calor
por irradiação sugerido pelo Projeto Experimentos de Física com Materiais do
Dia-a-Dia - UNESP/Bauru – SP. Diálogo Final
38
FIGURA 21 - Carvão submetido a altas temperaturas.
Fonte: Disponível em:<http://2.bp.blogspot.com/-_-DIbbgB9C4/TbWiRolnQJI/AAAAAAAAAF
8/VVO48OVAF0o/s1600/CARVAO%252520550_83409660%25281%2529.jpg>. Acesso em set. 2014
2º Momento – Experimento realizado pelo professor da turma para
demonstração de como ocorre a propagação de calor por irradiação.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Uma vela
Fósforo para acender a vela
Acenda a vela e a fixe em algum local. Traga a mão próxima e ao lado da
chama da vela e sinta a temperatura da mão aumentar. Tanto pelos lados, como por
baixo, o efeito de aquecimento principal é o calor proveniente da irradiação. Pode-se
passar rapidamente a mão numa região imediatamente acima da chama; observa
que o aquecimento é bem maior, pois além da irradiação, também existe a
propagação de calor pela convecção do ar. Não encoste a mão na chama.
FIGURA 22 – Exemplo do procedimento
A ideia é mostrar que existe irradiação de calor produzida pela chama de uma
39
vela. Para isso traz-se a mão próxima e ao lado da chama da vela e sente-se o
aumento de temperatura na mão. Exclui-se a possibilidade da energia térmica
chegar até a mão pelo ar por condução ou convecção, pois o ar é mau condutor de
calor e o ar aquecido sobe em vez de ir para os lados ou para baixo. Logo, conclui-
se que o calor chegou até a mão por irradiação.
3 º Momento – Apresentação do vídeo “Aplicações da irradiação térmica,
sobre as formas de irradiação que são utilizadas no cotidiano”, disponível no
indexador Youtube, em: https://www.youtube.com/watch?v=WVongbcyYbg. Acesso
em nov. 2014.
4 º Momento – Análise e diálogo entre professor e alunos sobre a tirinha de
Bill Watterson (1995):
FIGURA 23 – Tirinha sobre irradiação térmica
Fonte: Tiras de Humor Disponível em: http://www.ensinodefisica.net/1_THs/molduras/index_ths.htm
5º Momento – No Diálogo Final os alunos deverão ser capazes perceber, por
exemplo, que a luz do sol irradia o calor. Entre a Terra e o Sol não existe matéria
(chama-se a ausência de matéria de "vácuo"). Logo, o calor do Sol, não chega até a
Terra por condução através de algum tipo de material. Nem por convecção, pois
este tipo de transporte de calor também exige o transporte de matéria. A este
processo de transferência de calor na ausência de matéria chamamos de
"irradiação". Em geral, todas as coisas irradiam calor. No entanto, a irradiação de
uns é maior que a de outros, devido ao fato de ter a temperatura mais alta. O calor
em forma de radiação se propaga até encontrar matéria, que poderá absorvê-lo. São
40
exemplos o ar aquecido pela luz solar (que é o mais importante dos fenômenos
responsáveis pelas variações de temperatura do meio ambiente) e a pele aquecida
pela radiação do fogo. Portanto, para os alunos, deve ficar claro que o calor (energia
térmica), sempre que houver desequilíbrio de temperatura, propagará de um lugar
de maior temperatura para outro de temperatura menor.
Por condução: o calor do fogo se propaga para a panela que está em contato
com ele; este calor se propaga também por condução para a água, que está em
contato com a panela.
Por convecção: a água que está em contato com o fundo da panela se
aquece, sua densidade diminui (fica mais leve) e ela sobe, enquanto a água fria da
superfície (mais pesada) desce para o fundo.
Por irradiação: se tiramos a panela do fogo e aproximamos a mão de seu
fundo, sentiremos um aumento de temperatura.
41
9ª ETAPA - DILATAÇÃO E CONTRAÇÃO
1º Momento – Leitura do texto: Por que existe um espaçamento entre os
trilhos de uma ferrovia? – elaborado por Getúlio Meirelles de Oliveira, aluno do 3º
ano do curso de licenciatura em Física, 2012.
Por que existe um espaçamento entre os trilhos de uma ferrovia?
Getúlio Meirelles de Oliveira Aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física (2012)
Você já deve ter observado ao caminhar perto de uma linha de trem
que existem espaçamentos entre os trilhos. O motivo desses espaçamentos é por
causa da dilatação térmica, uma dilatação que ocorre com o aumento da
temperatura.
Em dias quentes, os trilhos se dilatam aumentando seu tamanho. Assim, se
não fossem deixados esses espaçamentos os trilhos não teriam para onde se
dilatar, fazendo com que os mesmo se entortem, podendo acontecer alguma
catástrofe.
Orientação ao (à) professor (a):
O assunto desta etapa será Dilatação e Contração com o objetivo de
mostrar aos alunos que quando um material é aquecido ele sofre um aumento
de volume e quando resfriado sofre uma diminuição de volume. Para situar o
aluno será realizada a leitura do texto: Por que existe um espaçamento entre
os trilhos de uma ferrovia? – elaborado por Getúlio Meirelles de Oliveira, aluno
do 3º ano do curso de licenciatura em Física, 2012. Em seguida será realizado
o experimento pelo professor da turma para demonstrar que quando um
material é aquecido ele sofre um aumento de volume e quando resfriado sofre
uma diminuição de volume, com a variação do volume do ar contido dentro de
uma lata. Apresentação do vídeo sobre Dilatação Térmica. Para finalizar
Diálogo final.
42
FIGURA 24 - Espaçamento entre os trilhos.
Fonte: Disponível em:<http://www.brasilescola.com/upload/conteudo/images/espaco-deixado-
propositalmente-entre-dois-segmentos-trilho-uma-ferrovia-1315316056.jpg>. Acesso em set. 2014.
FIGURA 25 - Trem descarrilado devido à dilatação dos trilhos.
Fonte: Disponível em:<http://1.bp.blogspot.com/_mS6Xe92gFQY/S3s8sFJ7tEI/AAAAAAAA
Buc/qe-hGvoVk3I/s1600/trilhos_ferroviarios_ RioPardo_RS_03-02-2010.jpg>. Acesso em set. 2014
2º Momento – O professor deverá demonstrar, por meio de experimento,
como ocorre a variação do volume do ar contido dentro de uma lata.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Uma lata de leite em pó vazia
Uma mangueira de equiposoro o equiposoro (controla o fluxo de soro)
Durepox
Fita crepe fita adesiva que não descole ao ser molhada
Uma régua de 50 centímetros
43
Faça um furo com o mesmo diâmetro da mangueira na tampa da lata.
FIGURA 26 – Esquema de como fazer a perfuração na lata
Desmonte o aparelho de equiposoro deixando apenas o que está na figura
abaixo.
FIGURA 27 – Montagem do equiposoro
Coloque a parte 2 da mangueira no furo. Vede a borda ao redor do furo, e
também da tampa, com durepox.
FIGURA 28 – Vedação da borda da lata com Durepox
Cole a mangueira numa régua com fita crepe. A mangueira deve formar uma
curva numa das extremidades da régua. Na curva, a mangueira não pode dobrar-se
.
FIGURA 29 – Fixação da régua na mangueira
44
Para colocar água na curva da mangueira, encha um copo com água (de
preferência colorida). Coloque uma das pontas da mangueira dentro da água e puxe
o ar de dentro da mangueira com a boca pela outra ponta. Encaixe a mangueira na
borracha que está fixada na lata. Segure a lata com as duas mãos (para esquentá-
la) e observe a água subindo na mangueira. Solte a lata e observe a água descendo
na mangueira enquanto a lata esfria. A lata deve ficar bem vedada, de tal modo que
o ar saia somente por dentro da mangueira.
FIGURA 30 - Esquema de montagem do experimento
A idéia é verificar a variação do volume do ar contido dentro de uma lata
através do deslocamento de água numa mangueira ligada à lata. Quando a lata é
aquecida, o ar de dentro dela também é. O ar ao ser aquecido dilata (aumenta seu
volume) precisando ocupar um espaço maior. Existe uma proporção entre o
deslocamento da água na mangueira e a variação do volume do ar. O inverso pode
ser feito esfriando a lata (colocando gelo em volta, por exemplo) e observando a
água na mangueira.
3º Momento – Para um entendimento ampliado, sugere-se a apresentação do
vídeo encontrado em ambiente eletrônico, sobre a Dilatação Térmica, disponível em:
45
<https://www.youtube.com/watch?v=hjX_FoEDchE>. Acesso em: nov. 2014.
4º Momento – No Diálogo Final podem ser realizados alguns
questionamentos aos alunos, como por exemplo:
- Por que o copo de vidro se quebra quando colocamos café fervendo dentro
dele?
- Por que líquido sobe dentro do bulbo do termômetro?
Estas duas situações explicam a dilação dos materiais. O que ocorre é que
tanto o copo como o mercúrio do termômetro sofreram um aumento de temperatura
e por isso os seus volumes aumentaram. No caso do copo, a camada de vidro
interna se aqueceu e dilatou antes da camada de vidro externa ter se aquecido o
suficiente para sofrer a mesma dilatação. Por isso a camada de vidro interna
empurra a camada externa e o copo se quebra. O volume de quase todos os
materiais cresce quando sofre um aumento de temperatura porque a vibração das
moléculas do material aumenta. Assim as moléculas passam a ocupar um espaço
maior e conseqüentemente o volume de todo o material também aumenta. O inverso
ocorre quando um material sofre uma diminuição de temperatura. Entretanto há
raras exceções em que a temperatura aumenta e o volume ocupado pelo material
diminui. Como no caso da água, que quando sua temperatura passa de zero a
quatro graus centígrados, o volume ocupado por ela diminui.
46
10ª ETAPA - MUDANÇA DE ESTADO E DENSIDADE
1º Momento – Leitura do texto: Por que os lagos se congelam somente na
superfície? Elaborado por João Paulo Malacrida (Aluno do 3º ano do curso de
Licenciatura em Física, 2012)
Por que os lagos se congelam somente na superfície?
João Paulo Malacrida
Aluno do 3º ano do curso de Licenciatura em Física (2012)
FIGURA 31 – Aspecto de lago congelado
Fonte: Disponível em:<http://parroquiaicm.files.wordpress.com/2011/01/rio-congelado.jpg>.
Acesso em set. 2014
É por causa do comportamento anômalo da água. Como a densidade de um
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa será tratado sobre o assunto Mudança de Estado e
Densidade. Para introduzir o assunto, optou-se pela leitura do texto elaborado
por João Paulo Malacrida (Aluno do 3º ano do curso de Licenciatura em Física,
2012) com o título: Por que alguns lagos se congelam somente na superfície?
Em seguida, análise da tirinha de Bill Watterson. E, na sequência, o professor
deverá aprofundar a explicação sobre o fenômeno. Diálogo Final.
Em seguida será realizado o experimento para demonstrar como ocorre a
variação do volume do ar contido dentro de uma lata. Diálogo final
47
corpo se define como o quociente entre a massa e o volume desse corpo, a
densidade da água aumenta de 0°C a 4°C, pois o volume diminui neste intervalo e
acima de 4°C a densidade diminui, conforme mostra o gráfico:
FIGURA 32– Quociente entre massa e volume
Fonte: Disponível em:<http://4.bp.blogspot.com/_ydcBU43Os6o/RwgixpOnAII/AAAAAAAA
AC4/ ln9Y2U-aYR4/s320/Digitalizar00262.jpg>. Acesso em set. 2014
Na figura seguinte, está representado o corte de um lago: vemos que quando
cai a temperatura ambiente, a água se resfria por convecção, ou seja, a água da
superfície que é mais fria desce, pois tem maior densidade que a água do fundo, e
a água do fundo sendo mais quente sobe.
FIGURA 33 – Esquema de congelamento de um lago
Fonte: Disponível em:<http://2.bp.blogspot.com/_ydcBU43Os6o/Rwgi3JOnAJI/AAAAAAA
AADA/EqXW3ST3RhI/s320/Digitalizar00263.jpg>. Acesso em set. 2014
Mas, ao ser atingida a temperatura de 4°C, a movimentação por diferença de
densidade não é mais possível, pois como já foi mostrado a esta temperatura a água
tem densidade máxima. Ao continuar o resfriamento, a densidade da água
superficial diminui, não podendo ocorrer convecção. Então chega a se formar gelo
48
na superfície e a água no fundo permanece líquida.
FIGURA 34 - Formação de gelo na superfície do lago
Fonte: Disponível em:<http://2.bp.blogspot.com/_ydcBU43Os6o/Rwgi9JOnAKI/AAAAAA
AAADI/rgWZcaBsQX0/s320/Digitalizar00264.jpg>. Acesso em set. 2014
2º Momento – Análise e discussão sobre a tirinha de Bill Waterson
FIGURA 35 – Tirinha sobre mudança de estado
Fonte: Disponível em: http://www.ensinodefisica.net/1_THs/molduras/index_ths.htm>. Acesso em nov. 2014.
3º Momento – Depois da leitura do texto: Por que alguns lagos se congelam
somente na superfície?, o professor deve deixar claro que devido às ligações
chamadas pontes de hidrogênio que existem para a molécula de água e, em menor
razão, devido à existência de gases dissolvidos e que podem ficar aprisionados, a
água tem o que chamamos de “comportamento anômalo”, pois a sua densidade ao
contrário do que acontece com outros líquidos tende a se elevar à medida que
aumentamos a temperatura. Desta maneira, o gelo é menos denso do que a água e
por isso ele flutua. A vantagem deste fenômeno é que, se fosse ao contrario, ou
49
seja, se o gelo fosse mais denso que a água, após a sua formação ele desceria até
ao fundo do lago ou do rio, fazendo então com que a água se congelasse de baixo
para cima e não de cima para baixo (não esquecendo a chamada Convecção). Se
isso ocorresse, provavelmente não haveria vida no Planeta Terra.
4º Momento – No Diálogo Final os alunos devem entender como ocorre o
fenômeno de congelamento da superfície de rios e lagos quando a temperatura
atinge valores inferiores a 4°C, a água dilata, tornando-se menos densa à medida
que se solidifica. Isso faz com que a parte mais fria permaneça acima da mais
quente, congelando apenas a sua superfície.
50
11ª ETAPA - ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA
1º Momento – Leitura do texto: Porque a língua gruda no gelo? De Getulio
Meirelles de Oliveira, aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física, 2012.
Por que a língua gruda no gelo?
Getulio Meirelles de Oliveira Aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física (2012)
Muitas crianças já fizeram a experiência, e ao colocar a língua no gelo, se
surpreenderam porque a língua ficou grudada, esse fenômeno só ocorre quando o
gelo está a uma temperatura menor que 0º C.
Quando se coloca a língua no gelo em um primeiro momento, a língua derrete
parte do mesmo, tornando-o água, porém, com o tempo a língua entra em equilíbrio
térmico com o gelo e logo o gelo que sobrou consegue resfriar a água e a congela,
atuando como uma cola e grudando a língua da pessoa. Isso também pode ocorrer
quando a mão está molhada.
Em países muito gelados muitas vezes é preciso que chamem os bombeiros
para acidentes como estes, os bombeiros então usam um maçarico para derreter o
gelo e desgrudar as pessoas, caso tenha um acidente desses, é recomendado
também que se jogue água no gelo, para que o mesmo se derreta e desgrude a
língua.
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa será dada sequência ao assunto Mudança de Estado. No
primeiro momento será apresentado o texto elaborado por Getulio Meirelles
de Oliveira, aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física, 2012, com o
título: Porque a língua gruda no gelo? Na sequência, será repassado um
vídeo sobre os Estados Físicos da Matéria, com comentários sobre os tópicos
abordados. Em seguida será realizado um experimento pelo Grupo 4,
formado pelos alunos, para demonstrar que, a uma certa temperatura, os
materiais mudam de estado. Diálogo final
51
FIGURA 36 - Cena do filme Debie & Lóide.
Fonte: Disponível em:<http://2.bp.blogspot.com/-tnqur_MHAe0/TgoGpmFnMYI/AAAAAAA
AAVA/DI6Q7FS6oRk/s1600/dumb-and-dumber.jpg>. Acesso em set. 2014
2º Momento - Apresentação do vídeo Estados Físicos da Matéria - Completo
– LENAQ. Disponível em:< https://www.youtube.com/watch?v=4LxJ8v8X6xs>.
Acesso em nov. 2014.
3º Momento – Desenvolvimento do experimento para demonstração de que a
temperatura pode mudar o estado de alguns materiais. os materiais mudam de
estado
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Uma vela para aquecer e retirar parafina
Caixa de palitos de fósforo para acender a vela
Uma colher sopa para colocar a parafina
Um estilete para retirar da vela a parafina a ser derretida
A idéia é usar parafina e provocar mudanças de estado: de sólido para
líquido, de líquido para sólido e de líquido para gasoso. Primeiramente aquece-se
um pedaço parafina, que é sólido, até que ocorra a mudança para o seu estado
líquido. Depois se deixa o líquido esfriar até que ele volte a ser sólido.
Posteriormente aquece-se a parafina sólida até que haja a sua mudança para o
estado líquido e, em seguida, gasoso.
52
Retire com o estilete cerca de três milímetros cúbicos de parafina do lado da
vela. Em seguida, coloque na colher a parafina que foi retirada, acenda a vela e a
fixe em algum lugar. Segure a colher logo acima da chama da vela e espere a
parafina derreter. Na sequência, retire a colher de cima da chama e espere a
parafina esfriar até voltar para o seu estado sólido. Volte a segurar a colher logo
acima da chama da vela. Espere até que a parafina se decomponha, passando para
o estado gasoso.
Para realizar este experimento o professor deve tomar o cuidado para não
tocar na parafina ou na parte da colher que é aquecida pela vela, pois eles estarão
muito quentes. No experimento não foi feito a passagem do estado gasoso para o
líquido, pois a parafina é um derivado do petróleo formado de várias substâncias
diferentes e na mudança para o estado gasoso as diferentes substâncias se
separam. Portanto, o que realmente ocorre é uma decomposição da parafina em
seus diferentes componentes. Logo, conclui-se que na mudança de estado da
parafina para a forma gasosa é impossível reverter o processo, assim como foi feito
quando a parafina mudou do estado sólido para o líquido.
Na passagem do estado líquido para o sólido, para tornar o processo mais
rápido pode-se encostar a colher num material bom condutor de calor, como o piso
da sala, uma pia de pedra ou aço, etc. Ficarão resíduos na colher após a
decomposição da parafina. Para limpar a colher, use esponja de aço (Bombril).
FIGURA 37 - Esquema de montagem
OBS: Para diminuir os riscos de acidentes, sugere-se a utilização de uma lamparina.
4º Momento – Diálogo Final com questionamento aos alunos sobre o
entendimento do assunto abordado nesta etapa:
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As principais mudanças que podem ocorrer num material devido à variações
de sua energia térmica são: variação da temperatura, variação de volume e
mudança de estado físico. Todos os materiais são formados por moléculas (menor
parte da matéria que conserva as características de uma substância), sendo que a
maioria dos materiais que encontramos na natureza são formados pela mistura de
diferentes substâncias. O efeito do aumento de energia térmica num material é o
aumento da velocidade com que as moléculas se movem (vibram) no material. O
aumento de temperatura se dá por que a temperatura que sentimos é um indicativo
da energia cinética com que as moléculas estão vibrando, ou seja, o quão rápido as
moléculas estão se movimentando. O estado físico de um material, sólido, líquido ou
gasoso, é devido à interação elétrica existente entre as moléculas das substâncias
de que é formado o material. Com o aumento da energia térmica das moléculas, ou
seja, com o aumento da intensidade com que vibram as moléculas, chega-se a uma
certa temperatura onde a intensidade da vibração é suficiente para superar a
interação molecular existente. Então ocorre a mudança de estado. As moléculas de
um sólido vibram em torno de uma posição fixa; na mudança para o estado líquido
as moléculas deixam de ter esta posição fixa de vibração, e com isso podem se
deslocar de um lugar para outro. Na mudança do estado líquido para o gasoso, as
moléculas deixam de ter interações entre si e passam a se movimentar para
qualquer direção, se movendo pelo ambiente todo em que estiver o gás. A
diminuição da quantidade de energia térmica simplesmente faz com que os mesmos
fenômenos aconteçam, só que em ordem contrária.
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12ª ETAPA - DISSIPAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA
1º Momento – Leitura do texto: Como a garrafa térmica mantém o líquido no
seu interior aquecido? Elaborado por Victor Akio Yanaguisawa (aluno do 3º ano do
curso de licenciatura em Física, 2011).
Como a garrafa térmica mantém o líquido no seu interior aquecido?
Victor Akio Yanaguisawa
Aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física (2011)
FIGURA 38 – Garrafa Térmica
Fonte: Disponível em:<http://dietadalua.com/wp-content/uploads/2010/07/garrafa-fechada
.jpg>. Acesso em set. 2014
A garrafa térmica é um objeto que tem a função de armazenar bebidas ou
Orientação ao (à) professor (a):
Nesta etapa será abordado o assunto Dissipação de Energia Térmica.
Inicialmente será realizada a Leitura do texto: Como a garrafa térmica
mantém o líquido no seu interior aquecido? Elaborado por Victor Akio
Yanaguisawa (aluno do 3º ano do curso de licenciatura em Física, 2011). Em
seguida, será desenvolvido o experimento pelo Grupo 5 para demonstrar que
mostrar que um objeto não mudará de estado físico se houver dissipação de
energia térmica. Para reforçar a aprendizagem de conceitos desta etapa,
será apresentado um vídeo para os alunos, finalizando com Diálogo Final.
55
algum líquido qualquer, geralmente usa-se para armazenar alguma bebida quente
como café, chá ou então um delicioso chocolate. Uma garrafa térmica de ótima
qualidade é aquele mantém o líquido que está dentro quente, o maior tempo
possível. Dizemos que o líquido armazenado está quente, quando a temperatura
dela é alta, e o maior responsável pela temperatura elevada é o calor, energia
contida no líquido que primeiramente foi recebida de uma fonte, tal como o fogão,
microonda ou a cafeteira para teve que aquecê-la.
Para uma substância ser resfriada, o calor precisa ser transferido para algum
outro meio (o calor também é recebido desta forma), os métodos chamam-se
condução, convecção e irradiação, e ocorrem nas seguintes formas:
A condução é o que acontece quando colocamos um talher numa panela
quente, o calor da comida passa para o talher, e este posteriormente passa para as
nossas mãos, resumidamente, ocorre por “contato”.
A convecção é o que ocorre com o aquecedor de ar, o meio é aquecido
esquentando o ar que fica na parte inferior, este se desloca para cima dando lugar
ao ar da parte superior que passa a ter temperatura menor, isto ocorre, pois o ar
quente é “mais leve” e o mais frio é “mais pesado”, isto é, a convecção ocorre devido
à diferença de densidade do ar.
A irradiação é a forma que o calor se propaga sem necessitar de um meio,
isto ocorre com a luz do Sol, propaga-se no espaço até atingir o nosso planeta e
posteriormente aquece e ilumina. O interior da garrafa térmica é da seguinte forma,
e que evita todos os efeitos da transferência de calor de um meio para o outro:
FIGURA 39 – Estrutura da garrafa térmica
Fonte: Disponível em:<http://penta3.ufrgs.br/CESTA/fisica/calor/garrafatermica3.gif>. Acesso
56
em: set. 2014.
Para entendermos, precisamos ter em conhecimento sobre os três métodos,
pela figura, a tampa tem a função de impedir a “convecção” do calor do líquido para
o meio externo, impedindo assim o contato com o ar do meio, as paredes
espelhadas são espaçadas entre si e do recipiente para evitar a perda de calor por
“condução”, pois se estivessem em contato o calor alcançaria o meio externo
perdendo o calor.
O motivo de a garrafa térmica ser constituída de espelhos é para evitar a
irradiação. Como sabemos, o calor proveniente do Sol ilumina o nosso planeta, e
que este calor é a radiação solar que se propaga por irradiação. Outra coisa que
sabemos é que a luz pode ser refletida por espelhos. Logo, por uma conclusão
rápida, a irradiação do calor do líquido tem um mesmo comportamento da luz. Assim
o calor que se transfere por condução a partir do espelho passa a conduzir por
irradiação entre os espelhos, onde por irradiação o calor fica retido entre os
espelhos.
Mesmo assim o líquido no interior resfria, pois a parte espaçada entre os
espelhos não é completamente ausente de ar que nem o espaço onde a luz do Sol
se propaga, assim a perda de calor acaba ocorrendo por condução.
2º Momento – Apresentação e desenvolvimento de um experimento pelo
Grupo 5 formado de alunos da turma, com auxílio e supervisão do professor da
disciplina, para demonstrar que um objeto não mudará de estado físico se houver
dissipação de energia térmica.
MATERIAIS OBSERVAÇÃO
Dois copos descartáveis de plástico de tamanho grande
Um pouco de água para ser aquecida
Uma vela para aquecer o copo
Uma caixa com palitos de fósforo para acender a vela
Acenda a vela e a fixe em algum local. Posteriormente, segure um dos copos
de plástico vazio acima da chama da vela, de modo que o fundo do copo não
encoste na chama. Observe a velocidade com que o plástico derrete. Em seguida,
coloque água no outro copo até cerca de cinco milímetros de altura.
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Segure o copo com água acima da chama da vela, de modo que o fundo do
copo fique fora da chama (na mesma posição do copo vazio). Espere até a água
começar a ferver. Observe que o plástico no lugar onde se forma uma bolhinha
começará a derreter, formando furinhos.
O copo deve ser de tamanho grande devido ao tamanho da área do fundo do
copo. Pois se a área for pequena haverá aquecimento em excesso do resto do copo,
fazendo com que ele se deforme. Para melhor visualizar a distância entre o fundo do
copo e a vela durante o aquecimento, fixe a vela numa mesa e fique agachado,
mantendo o fundo do copo na altura dos olhos.
Os gases não são bons condutores de energia térmica, por isso praticamente
não há dissipação de energia térmica no lugar onde se formam as bolhinhas.
Durante a ebulição da água as bolhas que se formam são de vapor.
Para o experimento utilizam-se dois copos descartáveis de plástico.
Aproximam-se os copos à chama de uma vela. Primeiro um vazio e depois o outro
com água. Observa-se que o copo vazio derrete rapidamente, enquanto que o com
água não derrete.
FIGURA 40 – Esquema para a experimentação
3º Momento – Apresentação do vídeo referente ao assunto, encontrado em
ambiente eletrônico, disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=ICm-
T_ecKCQ>. Acesso em nov. 2014.
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4º Momento – No Diálogo Final os alunos devem compreender que no caso
do copo com a água a energia térmica que passa da chama para o plástico do fundo
do copo com água é dissipada para a água. Quando começa a formar bolhas no
fundo do copo, nos lugares onde estão as bolhas não há dissipação de energia
térmica e o plástico derrete, formando furinhos no lugar onde estão as bolhas. A
água dissipa o calor que o copo recebe e por isso o copo com água não derrete,
com exceção dos pontos onde as bolhas se formaram.
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REFERÊNCIAS
CARVALHO, Paulo Roberto Fiatte. Curso de formação de operadores de refinaria: física aplicada, termometria, calometria e transmissão de calor / Paulo Roberto Faitte Carvalho. – Curitiba :PETROBRAS : UnicenP, 2002. Disponível em:< http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/transmissao_de_calor.pdf>. Acesso em: 22 ago. 2014. COUTO, Francisco Pazzini. Atividades experimentais em aulas de física: repercussões na motivação dos estudantes, na dialogia e nos processos de modelagem. Dissertação de Mestrado. 2009. Disponível em:< http://www.bibliotecadigital.ufmg.br/dspace/bitstream/handle/1843/FAEC-83WRY2/ pazzini_final.pdf?sequence=1>. Acesso em: out. 2014. FÍSICA. Ensino Médio. Caderno 2. Equipe Elaboradora: Marlene Ciriaco Padilha; Raquel C. O Scoaris e Tereza Bogo – CEEBJA Maringá e CEEBJA Londrina. Secretaria de Estado da Educação. Departamento de Educação de Jovens e Adultos. Governo do Estado do Paraná. MICHELENA, Juleane Boeira. Física térmica: uma abordagem histórica e experimental/Juleane Boeira Michelena, Paulo Machado Mors – Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Física, 2008. MOSQUER, Nilze Rosane. O uso da Experimentação/Investigação na Disciplina deCiências da 5ª Série do Ensino Fundamental In: O Professor PDE e os desafios da Escola Pública Paranaense. Versão Online Cadernos PDE. Vol. II. 2007. Disponível em:< http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/cadernospde/pde busca/producoespde/2007_unicentro_cien_md_nilze_rosane_mosquer.pdf>. Acesso em: out. 2014. UFPR – Universidade Federal do Paraná. Apostila de Física. 2009. Disponível em:<http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-9.html>. Acesso em 21 ago. 2014.