gguuiiaa ddoo pprrooffeessssoorrobjetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/16582/guia...
TRANSCRIPT
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
1
GGuuiiaa ddoo PPrrooffeessssoorr VVííddeeoo
OOss CCuurriioossooss -- TTeerrmmooddiinnââmmiiccaa
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
2
Ficha de Catalogação
Tema: Termodinâmica.
Tempo de duração do vídeo: aprox. 10 minutos.
Tempo sugerido/previsto para utilização do vídeo: 1 aula de 50 minutos.
Pré-requisitos:
Conhecimentos relativos à energia mecânica;
Conhecimento dos conceitos de calor e temperatura;
Conhecimentos relativos à energia térmica.
Objetivos da atividade:
Compreender a relação entre energia mecânica e calor;
Explicar os princípios básicos de funcionamento de um refrigerador.
Compreender os princípios fundamentais da Termodinâmica.
Introdução
Caro professor, este vídeo foi desenvolvido visando a discutir e problematizar,
com os alunos do ensino médio, o tema Termodinâmica.
Atualmente é bem frequente a utilização de veículos movidos à combustão, o qual possibilita a realização do trabalho humano de forma mais rápida e eficaz.
O uso do calor para benefício do homem começou a ser mais discutido e trabalhado a partir da primeira Revolução Industrial. Tal contexto incitou uma
discussão acerca do funcionamento das máquinas térmicas e estudar os princípios fundamentais da termodinâmica.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
3
Apesar das transformações de calor em trabalho estarem presentes no cotidiano, muitos alunos têm dificuldade em entender, por exemplo, como
funcionam as máquinas térmicas.
Por isso, acreditamos que o vídeo seja um excelente meio de comunicação integrador e motivador para os alunos, pois ele aproxima a sala de aula do
cotidiano, das linguagens de aprendizagem e comunicação da sociedade, assim
como também introduz novas questões no processo educacional.
Mas afinal, o que estuda a Termodinâmica? Quais suas aplicações na sociedade atual?
Após assistir ao vídeo, o aluno será capaz de entender alguns conceitos e
aplicações interessantes da Termodinâmica, através de situações vivenciadas pelas equipes azul e vermelha.
A equipe azul realizará um experimento de transformação adiabática com uma
variação de pressão num intervalo de tempo muito curto, e fará um paralelo do experimento com o funcionamento da geladeira.
Já a equipe preta mostrará outro experimento de transformação adiabática que
ao invés de resfriar irá aquecer o gás contido em um cilindro, em função de um
aumento brusco de pressão.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
4
Dicas para utilização do vídeo
Os vídeos do projeto “Acessa Física” foram desenvolvidos com o intuito de problematizar situações físicas presentes no cotidiano dos alunos. Em cada
episódio alguns jovens curiosos resolvem problemas e vivenciam situações inusitadas e curiosas, as quais são instigadas inicialmente por um professor de
Física.
Todas as mídias têm por objetivos serem um meio de comunicação integrador e
motivador para os alunos. No entanto, a maneira como você, professor, irá utilizá-lo pode variar.
O vídeo pode ser motivador, quando usado antes da discussão e explicação do
tema. As tramas podem ser utilizadas para introduzir um novo assunto, já que objetivam despertar a curiosidade e motivação para o tema a ser discutido.
O vídeo pode ser também demonstrativo ou investigativo, quando usado após a
discussão e explicação do tema. O professor pode, ainda, optar por abordar e explicar a temática em questão antes de sua utilização, desse modo, a mídia
pode ajudá-lo a levantar novas questões referentes às explicações e discussões já vivenciadas em sala.
Há também a possibilidade de o vídeo ser utilizado como suporte de ensino,
quando usado durante a explicação do professor. As tramas podem ser
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
5
utilizadas para responder questões, assim como para levantar outras.
Todos os vídeos têm duração de 10 minutos, mas é importante que o professor prepare-se e planeje suas aulas, levando em consideração a forma de aplicação
da melhor maneira para o cumprimento dos seus objetivos específicos de ensino e o tempo previsto para execução da atividade e discussão da temática.
É importante destacar, também, que cada turma reage de forma diferente à exibição dos vídeos. O guia do professor traz algumas sugestões de como
utilizar o material, dando subsídios para questões prévias e desafios interessantes para que essa atividade atenda ao propósito do professor.
Leia atentamente o guia a seguir, assista ao vídeo proposto e boa atividade!
Sinopse
Esta atividade abordará o tema Termodinâmica, a ciência que se desenvolveu inicialmente para entender as transformações de calor em trabalho e sua
utilização nas máquinas térmicas.
A discussão inicial é em torno do funcionamento das máquinas térmicas, todo o contexto histórico que favoreceu o desenvolvimento dessas e também a sua
evolução.
As duas equipes, Azul e Preta, demonstrarão na prática como acontecem
transformações adiabáticas com duas finalidades diferentes.
A equipe azul vai demonstrar um fenômeno que é fundamental para o funcionamento da geladeira através de um experimento simples, utilizando os
seguintes materiais: uma garrafa PET, uma bomba de encher pneu, uma válvula de pneu de bicicleta e um termômetro digital.
Já a equipe preta vai realizar um experimento de transformação adiabática que
consiste em aumentar a pressão num intervalo de tempo muito curto, dentro de um tubo, o qual faz um algodão pegar fogo.
Em um segundo momento, o físico vai explicar melhor como funciona um
refrigerador.
E para finalizar, o físico explica como se forma aquela “nuvenzinha” que sobe
quando abrimos uma garrafa de refrigerante.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
6
Preparação
Antes da exibição do vídeo, sugerimos a você, professor, que:
Assista ao vídeo antes para conhecê-lo. É importante assistir atentamente ao material. Atente-se para as questões e situações levantadas. Cheque a
qualidade da cópia e deixe a mídia preparada no ponto exato para a exibição.
Informe aos alunos somente aspectos gerais do vídeo (autor, duração, tema). Não interprete, nem antecipe as questões que serão tratadas no vídeo para que
ele não se torne mera demonstração de assunto já discutido. Deixe que cada um possa fazer a sua leitura.
Sem antecipar as situações do vídeo, pode instigar os alunos a pensarem sobre
o tema da atividade com questionamentos.
1. O que estuda a Termodinâmica? Quais suas aplicações na sociedade
atual?
Resposta: A Termodinâmica estuda a relação entre duas modalidades de energia: a mecânica e a térmica, juntamente com suas transformações. Tais
transformações evidenciam que o calor, assim como o trabalho, é energia em trânsito.
Na sociedade atual a termodinâmica é aplicada em motores de automóveis, bombas e compressores, usinas térmicas ( nucleares, combustíveis fósseis,
biomassa ou qualquer outra fonte térmica), sistemas de propulsão para aviões e foguetes, etc.
2. É possível refrigerar uma sala com portas e janelas fechadas,
somente abrindo a porta de uma geladeira?
Resposta: Não, pois mesmo que a porta da geladeira esteja aberta, o radiador
também se encontra na sala. Sendo assim, enquanto o ambiente é resfriado, devido à porta da geladeira estar aberta, o radiador tem considerável
aquecimento para que isso ocorra. Consequentemente, a proporção de aquecimento é maior do que a de resfriamento.
As questões podem auxiliar a discussão sobre termodinâmica, entretanto, sua
contextualização com o cotidiano é indispensável.
Não se preocupe, nesse momento da atividade, em encontrar respostas corretas e únicas, mas em despertar as dúvidas e questionamentos sobre os
conceitos que serão abordados e desenvolvidos no vídeo.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
7
O professor pode optar também por somente informar aos alunos o assunto abordado e pedir que eles apresentem ideias e hipóteses sobre aquilo a que irão
assistir. Essas informações podem ser anotadas coletivamente ou individualmente pelos alunos em um exercício de reflexão sobre “o que eu sei”.
Nessa atividade, os alunos poderão escrever o que sabem sobre o tema a ser abordado.
Durante a atividade
Atente-se para as cenas mais importantes e anote-as para uma posterior
discussão. É importante também observar as reações do grupo: como eles reagem à exibição do vídeo.
Se necessário, pause a exibição do vídeo para esclarecer e discutir a(s)
passagem(s) que julgar interessante(s).
Pode-se também propor uma tarefa aos alunos relacionada ao conteúdo do
segmento do vídeo a que estão prestes a assistir (uma questão, uma pesquisa ou mesmo uma observação). Os alunos, por exemplo, deverão anotar as
informações que foram solicitadas. Dessa forma, dois objetivos serão atingidos por meio desta atividade: primeiro, que as crianças prestem atenção durante o
segmento, e, segundo, que estejam alerta às respostas que foram solicitadas.
A seguir, a discussão das questões abordadas no vídeo:
1. O que é uma transformação adiabática?
Resposta: É uma transformação em que não há troca de calor entre o gás (sistema) e o meio externo. É como se o gás estivesse realizando suas
expansões e/ou compressões num recinto termicamente isolado do meio externo.
Para conseguirmos uma transformação adiabática isolamos termicamente o gás ou efetuamos a transformação rapidamente, pois a troca de calor é um
processo lento.
Aplicando a primeira Lei da Termodinâmica:
UQU
Onde ∆U é a variação de energia interna, Q é a quantidade de calor e é o
trabalho realizado no processo.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
8
2. Como é o funcionamento de um refrigerador?
Resposta: Toda a caixa do refrigerador é envolta por uma tubulação, percorrida, normalmente, por um gás (fluido que se vaporiza a baixa pressão e
com alto calor latente de vaporização). A peça mais importante do refrigerador é o compressor. Este comprime rapidamente o gás, aumentando sua pressão.
Ele passa de gás para líquido e ganha energia interna. Depois, circula por uma
serpentina externa, onde vai perder calor para o ambiente. Quando termina o caminho externo, passa por um pequeno orifício que o obriga a se expandir
rapidamente, levando a uma queda brusca de pressão, o que configura uma transformação adiabática. Nesse processo, a energia interna do gás diminui e
ele se resfria. Esse gás frio passa por uma serpentina na superfície interna do refrigerador, onde vai absorver o calor dos produtos que estão no seu interior.
Depois ele continua seu caminho, indo em direção ao compressor e reiniciando o percurso cíclico.
Vale ressaltar que, enquanto na turbina e no motor o calor flui
espontaneamente da fonte quente para a fria, no refrigerador o fluxo de calor não é espontâneo. A troca de calor se dá do mais frio (interior do refrigerador)
para o mais quente (meio ambiente). Para que isso ocorra, é necessário trabalho externo sobre o gás para que este dissipe calor no condensador e se
evapore no congelador.
Em cada ciclo, a quantidade de calor cedida para o meio ambiente, por meio do
condensador, é igual à quantidade de calor retirada do interior do refrigerador mais o trabalho realizado pelo compressor.
Vale observar que o gás fréon, descoberto em 1931, foi amplamente utilizado
por mais de 50 anos nos refrigeradores. Por volta de 1980 foi descoberto que esse tipo de gás causa danos à camada de ozônio e, por esse motivo, vem
sendo substituído por outras substâncias.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
9
Depois da atividade
Depois da exibição do vídeo, o professor pode rever os diálogos mais
importantes ou que considerar de difícil compreensão. Se necessário poderá exibi-los uma segunda vez, chamando a atenção para determinados diálogos e
situações.
É importante que o grupo (professor e alunos) desenvolva uma discussão sobre
o vídeo, destacando questões, dúvidas e comentários sobre a mídia.
A seguir, sugestões de algumas questões que podem ser feitas após a exibição do vídeo.
Questões Sugestão de Resposta
O que acontece com a temperatura de um
projétil de chumbo quando este perde
toda sua energia
cinética ao colidir com uma parede de aço?
A temperatura deverá aumentar, pois parte da energia cinética se transforma em energia térmica
(calor) na colisão com a parede de aço.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
10
Do ponto de vista
termodinâmico, por que os carros com
motor 1.0 são menos potentes que os
carros com motor 1.6?
A potência desses motores é determinada pela
quantidade de combustível aspirada pelo carburador ou injeção eletrônica de combustível,
comprimida e detonada pela faísca da vela, responsável pela explosão da mistura (ar +
combustível). É essa explosão no interior do cilindro a responsável pelo movimento do carro.
Os carros com motor 1.0 têm o volume dos cilindros de 1 litro e são menos potentes, porque o
volume da mistura a ser detonada no cilindro do motor é menor do que num carro de moto 1.6, que
tem volume de 1,6 litros. A quantidade máxima de mistura admitida em
cada cilindro do motor, multiplicada pelo número de cilindros que compõem o motor na explosão, é
denominada cilindrada, expressa em cm3.
Pode-se também resgatar a dinâmica em que os alunos refletem e escrevem inicialmente em uma folha, após a aula, sobre “o que aprenderam”, eles
escreverão sobre algo novo que tenham aprendido com o vídeo. Podem ainda trocar a folha com os colegas para incentivar discussões.
Durante as discussões, ou mesmo durante a apresentação do vídeo, outras
passagens (típicas do cotidiano de jovens em idade escolar) podem ser exploradas.
Avaliação
O vídeo tem uma linguagem própria e para compreendê-la devemos ir além das
imagens e do som. Sugerimos como possibilidade de avaliação, um momento em que os alunos opinem e comentem a atividade. O professor pode solicitar
aos alunos que relatem o conteúdo em sala de aula discutindo:
1. O que chamou mais a atenção (imagem/som/palavra)?
2. Quais os assuntos citados no vídeo? Faça um comentário sobre um desses
assuntos.
3. Dê exemplos de outras aplicações no cotidiano, do tema tratado no vídeo.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
11
Atividades complementares
Vídeo do projeto Acessa Física – Temperatura.
Vídeo do projeto Acessa Física – Leis Conservação de Energia.
Áudio do projeto Acessa Física – Aquecimento Solar.
Software do projeto Acessa Física – Joule.
Para saber mais
GASPAR, A. Física. Volume Único, 1°Ed. São Paulo: Ed. Ática, 2008.
PENTEADO, Paulo César M., TORRES, Carlos Magno A. Física – ciência e tecnologia. vol. 2, São Paulo: Moderna, 2005.
MÁXIMO, A., ALVARENGA, B. Física. Volume Único. São Paulo: Editora Scipione,
1997.
Palavras-chave: termodinâmica, calor, trabalho, energia interna, transformação adiabática.
Links que abordam o assunto:
http://pcc261.pcc.usp.br/Termodin%C3%A2mica%2009-02%20internet.pdf
Fundamentos da Termodinâmica e aplicações.
http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/calor/calor.html
Primeira Lei da Termodinâmica e Transformações gasosas.
http://www.if.usp.br/gref/termo/termo4.pdf Fundamentos da Termodinâmica, aplicações e exercícios.
http://www.ifsc.usp.br/~donoso/termodinamica/Historia_Termodinamica.pdf
História da Termodinâmica.
http://www.ufsm.br/gef/Refrigerador.htm Funcionamento dos refrigeradores, fluidos refrigerantes e questões ambientais.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
12
http://arl.com.pt/content/1/64/freons/ Link com substâncias substitutas ao gás freon.
Créditos
Projeto Acessa Física
Instituição Executora IBTF - Instituto Brasileiro de Educação e
Tecnologia de Formação a Distância
Parceiros CDCC - Centro de Divulgação Científica e
Cultural – USP
IEA - Instituto de Estudos Avançados - São
Carlos – USP
Concepção de Linguagem Cao Hamburger
Concepção e Revisão de
Roteiros
Prof. Carlos Alfredo Argüello
Prof. Dietrich Schiel
Prof. Yvonne Primerano Mascarenhas
Prof. Carolina Rodrigues de Souza
Prof. Paulo Roberto Mascarenhas
Prof. Márcio Leandro Rotondo
Prof. Naylor Ferreira de Oliveira
Prof. Ana Aleixo Diniz
Prof. Felipe Castilho de Souza
Prof. Herbert Alexandre João
Carolina Codá
Coordenador Pedagógico Hamilton Silva
Apresentação Professores – Márcio Miranda e Luis Nunes
Patrícia – Bruna P. dos Santos
Marina – Yasmim Karina Reis
Marcelo – Thomas Canton Miranda
Jana – Natália Belasalma
Edu – David Narciso
Jonathan – Renato Capella
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
13
Livia – Zoe Yasmine Miranda Sá Dall’igna
Luize – Ana Carolina Garbuio
Pietro - Bruno Garbuio
Iara – Letícia Ferreira
Maurício – Lauro De Paiva Pirolla
Fernanda – Nicole Santaella
Carol – Andressa Barbosa C. Gomes
Bruno – Lucas Matsukura
Caio – Wesley Soalheiro de Souza
Pedro – Victor Casé de Souza Oliveira
Beto – Renato Augusto G. Rodrigues
Renata – Luiza Campos Martins
Felipe – Adans Paulo
Paulo – Rafael Augusto Montassier
Direção Glauco M. de Toledo
José Pinotti
Julio Peronti
Carlos Henrique Branco
Wagner Netto
Produção Danny Santos
Wagner Netto
José Pinotti
Paulo Mascarenhas
Taciana Previero
Roteiros Claudio Ferraraz Jr.
Francisco R. Belda
Glauco M. de Toledo
Luiz Salles
Renato Capella
Roger Mestriner
Direção de Fotografia Adriano S. Barbuto
Fabio Tashiro
Edição e Finalização Danny Santos
Elói Beltrami Doltrário
Fernando Rodrigues
Ivan M. Franco
Rodrigo Pio
Animação 3D André Fonseca Silva
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos - Termodinâmica - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado outubro de 2010 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
14
Som Direto Wagner Netto
Adans Paulo
Sound Designer Alexey Rodrigo
Adans Paulo
Projeto financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT -
Ministério da Ciência e Tecnologia