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OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE NA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE Produções Didático-Pedagógicas Versão Online ISBN 978-85-8015-079-7 Cadernos PDE II

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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,

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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:

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<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.

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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

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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

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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.