O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2009

Versão Online ISBN 978-85-8015-054-4Cadernos PDE

VOLU

ME I

_____________________ 1Professor PDE 2009, com graduação em Física e Química, Especialização em Pedagogia Escolar. Atua na rede Estadual de Ensino do Paraná, Núcleo Regional de Umuarama.

2Professor Orientador, com mestrado em Física pela Universidade Estadual de Campinas. Docente da Universidade Estadual de Maringá.

SEGUNDA LEI DA TERMODINAMICA. ALGUMAS RELAÇÕES COM O

COTIDIANO

Eva de Fátima Gil1

Msc. Arlindo Antonio Savi2

Resumo : A Termodinâmica é uma área da física que estuda as leis que regem as relações entre as diferentes formas de energia e a transformação de um tipo de energia em outro. Mais especialmente a transformação de calor em movimento. A história do desenvolvimento da Termodinâmica, desde as das primeiras máquinas térmicas, passando pela Revolução Industrial, a evolução dos conceitos de calor e de temperatura e os enunciados da Segunda Lei da Termodinâmica, são os propostos que serviram como instrumentos facilitadores da aprendizagem dos alunos. Esta Lei foi associada ao funcionamento dos veículos motorizados e dos refrigeradores, favorecendo um conhecimento significativo que faz parte do cotidiano dos alunos. Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia operam segundo princípios termodinâmicos (automóveis, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc). Assim o estudo desses tópicos possibilitou aos alunos a compreensão do funcionamento desses equipamentos bem como o conhecimento e a evolução desse processo, além de permitir uma estreita relação entre ciência, tecnologia e sociedade.

Palavras-chave: Termodinâmica; Máquinas térmicas; Calor e Movimento.

INTRODUÇÃO

A Termodinâmica foi desenvolvida em um momento histórico marcado por

uma fase de profundas mudanças sociais e econômicas, na Europa, e concretizadas

com o estabelecimento do modo de produção capitalista no período referente aos

séculos XVIII e XIX. Portanto, foi nesse contexto social, econômico e político, que se

deu a evolução da Termodinâmica.

O estudo de máquinas térmicas antes das leis da termodinâmica obedece a

ordem cronológica das descobertas científicas. De fato, a máquina a vapor de Watt

foi concebida em 1769, Porém, a primeira lei da termodinâmica só enunciada por

Joule em 1847 alguns anos antes do enunciado de Clausius para a segunda lei

(1850) e do enunciado de Kelvin, também para a segunda lei (1851)

2

A abordagem, da temática como conteúdo, das leis da termodinâmica

através das máquinas térmicas é mais estimulante para o aluno, pois aproxima a

teoria trazida pelo livro didático ao cotidiano do aluno.

Nas aulas sobre máquinas térmicas, surgiu uma verdadeira explosão de

dúvidas e comentários acerca dos motores à combustão como, por exemplo, o

significado da expressão cilindrada do carro, ou o que é um motor de 16 válvulas, ou

ainda, que diferença pode haver entre o motor do caminhão, de um carro e de uma

moto, enfim essas e outras questões voltadas para se saber se o carro a álcool era

melhor ou pior que um carro igual movido à gasolina, ou mesmo como funciona um

carro flex.

DESENVOLVIMENTO

Este artigo descreve como foi realizada a Implementação da Produção

Pedagógica de Física com o título: Segunda Lei da Termodinâmica. Algumas

Relações com o Cotidiano as quais foram desenvolvidas no Colégio Estadual

Douradina - Ensino Fundamental e Médio no período de agosto a dezembro de 2010

com alunos da 2ª série, do período matutino, do Ensino Médio. O processo de

implementação didático pedagógico ocorreu por meio de diversas ações.

A importância das máquinas térmicas com o contexto cultural, social e

econômico do período histórico em que a Revolução Industrial se consolidou. O

surgimento das máquinas térmicas associado à necessidade de retirar água das

minas de carvão na Europa. Os desmatamentos ocorridos nas florestas inglesas e

que causou um grande impacto no meio ambiente, e hoje todo o planeta sofre com

esses desmatamentos em nome da industrialização.

Portanto, o propósito deste Artigo se volta para o resgate da história e da

evolução das máquinas térmicas. A abordagem didático-pedagógica tem como

objetivo tornar acessível aos professores e alunos aspectos do desenvolvimento dos

conceitos envolvidos na Segunda Lei da Termodinâmica e relacioná-los às

máquinas que fazem parte do cotidiano dos alunos. A maioria dos livros didáticos

apresenta o enunciado dessa Lei de maneira muito formal e propõe a solução de

problemas padronizados, com a aplicação de equações matemáticas. O presente

estudo aponta uma possível união desta Lei, imposta pela natureza, com situações

do cotidiano do educando na aprendizagem de física. A associação da Segunda Lei

3

da Termodinâmica ao funcionamento dos veículos motorizados e dos refrigeradores

é de fundamental importância nesse contexto, visto que esse procedimento

favorecerá um conhecimento significativo motivador para o aluno, quanto ao

interesse pela ciência.

O CONTEXTO HISTÓRICO

Na Inglaterra, na segunda metade do século XVIII, o contexto social e

econômico favorecia o avanço do conhecimento físico, pois a incorporação das

máquinas a vapor à indústria trouxe mudanças no modo de produzir bens e

contribuiu para grandes transformações sociais e tecnológicas e também para o

desenvolvimento da termodinâmica.

Essa primeira revolução industrial se fez mais com conhecimento técnico do

que pelo conhecimento científico. Mas é bom lembrar que a incorporação das

máquinas à indústria unindo técnicos e cientistas na busca pela compreensão da

ciência do calor, para melhoria técnica das máquinas e ainda contribuiu para o

avanço industrial. Com isso o calor passou a ser entendido como uma forma de

energia relacionada ao movimento, o que possibilitou o estabelecimento das Leis da

Termodinâmica.

AS MÁQUINAS TÉRMICAS

Para o embasamento teórico, o estudo se fundamentou na abordagem de

diversas invenções a respeito das máquinas térmicas. Thomas Savery em (1698)

inventou a primeira máquina a vapor com sucesso comercial. Seu trabalho teve

como base um projeto de Edward Somerset (1663), que apesar da eficiência

duvidosa teve importância na utilização no bombeamento de água das minas de

carvão.

Em síntese, essa máquina era formada por um grande cilindro de metal

preenchido de vapor vindo de um ebulidor. Uma válvula interrompia a entrada de

4

vapor, enquanto o cilindro era resfriado com jato de água à temperatura ambiente.

Com o resfriamento, o vapor d'água se condensava formando vácuo no seu interior,

esse vácuo fazia que, por um tubo controlado por outra válvula, fosse aspirada água

de um posto distribuidor. Dessa forma, um novo ciclo se iniciava quando outra

descarga de vapor era introduzida, expulsando água residual. A máquina servia ao

propósito para o qual fora construída que era bombear água de minas de carvão,

que se inundavam com frequência devido à grande profundidade. Mas um dos

grandes problemas que a invenção causava era lidar com o vapor em alta pressão e

alta temperatura, visto que a falta de um resfriamento eficiente do cilindro

possivelmente deve ter provocado uma série de acidentes desagradáveis e reduzido

sua eficiência.

Naquela época, a criatividade estava muitas vezes a serviço da

necessidade, logo, ao se falar da máquina de Thomas Newcomen (1712), é preciso

também lembrar do êmbolo de Denis Papin (1690). Seu invento fazia com que a

água que se condensava no interior do cilindro, o vácuo produzido movesse o

êmbolo no sentido contrário. Na máquina de Savery esse movimento era provocado

pela ação da pressão atmosférica. Com a introdução de um êmbolo (criado por

Papin) que se movia pela ação do vapor se estabeleceu uma assimetria entre o

movimento de entrada do vapor (rápido) e a influência da pressão atmosférica no

retorno (lento).

Apesar da utilidade dessas invenções, um dos sérios problemas da máquina

de Savery era controlar a alta temperatura do vapor d'água. Mas os problemas se

amenizaram com o avanço da técnica introduzida por Newcomen. A questão se

resolveu com a inclusão de um sistema de válvula que permitia a entrada de vapor e

água fria alternadamente. O vapor entrava por um dos lados do êmbolo, enquanto a

água fria era injetada pelo outro lado, sendo o ar produzido na ebulição expelido

com a entrada do vapor.

Observou-se que a máquina de Newcomen desperdiçava a maior parte do

calor no aquecimento das paredes do cilindro, que eram depois resfriadas sempre

que a água fria era injetada para condensar o vapor.

5

Fig. 1 – Máquina de Newcomen

Assim, no inicio de 1765, Watt descobriu uma forma de evitar este

desperdício. Ele criou um novo tipo de máquina a vapor. Com essa máquina o vapor

contido no cilindro, depois de efetuar o trabalho de empurrar o êmbolo, ia para um

recipiente separado para ser condensado. Com esse sistema, o cilindro era mantido

sempre quente e o condensador se mantinha sempre frio.

A máquina a vapor de Watt com condensador separado, superou a máquina

de Newcomen. Isso estimulou o desenvolvimento de máquinas mais avançadas que

podiam fazer muitos outros trabalhos e/ou atividades fabris diversas, condução de

locomotivas, barcos a vapor, entre outros. Esse novo invento deu um estímulo

significativo ao crescimento industrial na Europa e na América e ajudou a

transformar a estrutura econômica e social da civilização ocidental.

Com certeza, o desenvolvimento em larga escala de motores e de máquinas

revolucionou a produção em massa de artigos de consumo, bem como a construção

e os transportes. Com isso, o padrão de vida médio na Europa Ocidental e nos

Estados Unidos cresceu consideravelmente.

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OS EFEITOS SOCIAIS DA INDUSTRIALIZAÇÃO

Hoje, é difícil pensar como era a vida antes da industrialização. Mas não se

pode esquecer que alguns dos efeitos da industrialização não foram benéficos para

uma parte da população. O sistema de fábricas do século XIX oportunizou o

surgimento de patrões gananciosos e sem escrúpulos explorassem os

trabalhadores. Esses patrões tiveram lucros exorbitantes, enquanto mantiveram os

empregados e suas famílias à beira da miséria. A situação fez com que novas leis

surgissem para que fosse garantido o direito dos trabalhadores. Foi o princípio do

êxodo rural, na medida em que as pessoas abandonavam os campos para trabalhar

nas fábricas o conflito entre a classe trabalhadora, constituída por empregados e a

classe média, constituída por patrões e quadros dirigentes, tornou-se mais intenso.

Por outro lado, alguns artistas e intelectuais começaram a atacar as tendências

materialistas da sociedade cada vez mais dominada pelo comércio e pela

maquinaria. A situação era tão complexa que em alguns casos, se confundiam a

própria ciência com aplicações técnicas e denunciavam ambas enquanto recusavam

a aprender algo sobre elas.

Mesmo as máquinas a vapor já não sendo tão utilizadas, atualmente, como

fontes diretas de energia na indústria e nos transportes, o vapor é ainda

indiretamente a maior fonte de energia. A turbina a vapor, inventada pelo engenheiro

Fig.2- Máquina de Watt

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inglês Charles Parsons em 1884, substituiu largamente outros tipos de máquinas a

vapor mais antigas. Atualmente, é por meio de turbinas a vapor que trabalham os

geradores elétricos na maior parte das centrais elétricas. Não se pode esquecer que

são os geradores elétricos movidos a vapor que fornecem a maior parte de energia

para a maquinaria da civilização moderna, mesmo nas centrais nucleares, a energia

nuclear é utilizada para produzir vapor que depois move as turbinas e os geradores

elétricos. Lembrando que o princípio básico da turbina de Parsons é mais simples do

que o das máquinas de Newcomen e Watt: um jato de vapor a alta pressão toca as

pás de um rotor, fazendo-o mover a alta velocidade.

TEMPERATURA X CALOR

Comumente os conceitos de calor e de temperatura são usados como

sinônimos, isso quando são empregados indistintamente: “hoje está muito calor”,

“ele queimou a mão porque a panela passou temperatura” etc.

Esse contexto sintetiza o pensamento espontâneo encontrado nas falas

diárias de muitas pessoas (mesmo as escolarizadas!). Uma rápida olhada na

história da ciência permite reconhecer idéias semelhantes em pensadores da

Antiguidade. De fato, o conceito de calor era entendido na Grécia antiga por

Aristóteles (384-322 a.C.) como sendo uma substância que permeava a matéria ou

ainda para Platão (427-347 a.C.) o fogo era um elemento que ao penetrar na

matéria, colocava as partículas do corpo em movimento, e para ser esfriado, o ar

iria expulsar o fogo e comprimir novamente as partículas. Já o conceito de

temperatura surge nos tratados do célebre médico Galeno (129-200), o qual

afirmava que no corpo humano há uma mescla (mistura) de calor e de frio e que o

homem não possui quantidades iguais desses elementos, sendo que os estados

de doença eram determinados pelo desequilíbrio dessa quantidade. Quando se

traduziu as obras de Galeno para o latim, a palavra mescla foi traduzida pela

equivalente: temperatura. O sucesso desses tratados médicos e a consequente

repercussão alcançada fizeram aparecer à palavra temperatura, nos discursos de

todos os cientistas que vieram depois.

8

Assim temperatura por muito tempo passa a representar a medida do

calor, o que significava que os dois conceitos expressavam a mesma idéia. No

século XVI, Francis Bacon (1561-1626), propõe uma nova concepção do calor,

qual seja, de que o calor era o movimento vibratório das partículas de um corpo.

Essa nova idéia é geradora de uma também nova corrente de pensamento na física,

da teoria mecânica do calor, a qual será desenvolvida e modificada nos 200 anos

seguintes, configurando como a mais aceita hoje em dia, em detrimento da anterior

que reconhecia o calor como substância.

Voltando ao propósito central deste texto, para todo cientista e pensador

dos séculos XVI e XVII, calor e temperatura eram conceitos idênticos, mesmo

sendo adeptos de uma ou de outra teoria. O aperfeiçoamento do termômetro no

século XVIII, por Daniel Fahrenheit (1686-1736), permite que se meça a

temperatura de forma muito precisa, reforçando a idéia de que os conceitos eram

iguais.

Foi só em 1760 que Joseph Black (1728-1799), realiza experiências

muito precisas para medir os pontos de ebulição da água e de fusão do gelo. O

cientista observou que mesmo fornecendo calor para uma massa de água ou de

gelo. Nas palavras do próprio Black, nesses pontos a temperatura não se altera, o

que implica em distinguir os dois conceitos.

A fusão está universalmente considerada como produzida por uma

pequena adição de uma quantidade de calor a um corpo sólido, quando ele é

aquecido até o seu ponto de fusão e o retorno de tal corpo para o estado sólido

depende de uma pequena diminuição da quantidade de calor após ele ter esfriado

de um mesmo número de graus. Acreditava-se que esta pequena adição de calor

ao corpo não fazia necessariamente o aumento de um pequeno valor na

temperatura de um corpo, indicada pela medida de um termômetro, colocado no

líquido resultante. [...] encontrei uma razão para desaprová-la, como inconsistente

em relação a muitos fatos observáveis quando atentamente considerados. [...]

Quando o gelo ou outra substância é fundida, é possível pensar que ele recebe

uma grande quantidade de calor, maior que aquela que é perceptível nele,

imediatamente depois por meio de um termômetro. "Uma grande quantidade de

calor penetra a substância naquela ocasião sem aparentemente fazê-lo mais

quente”. Ainda, segundo o cientista, este calor deve ser introduzido para dar

forma de líquido e que esta maior adição é a principal causa da liquefação

9

produzida. Em outro trecho da obra ele usa um argumento simples e convincente:

"Se fosse suficiente uma quantidade muito pequena de calor transmitida pelo ar, na

primavera, para reduzir em água imensas quantidades de gelo e neve, formados ao

longo do inverno, assim a fusão seria operada em poucos minutos e inevitavelmente

iria produzir inundações catastróficas" (extraído da obra Lectures on the Elements

of Chemistry, de 1803).

Para entender o que Black quer dizer com essas palavras, é preciso conotar

que o fato do gelo se fundir a uma temperatura constante já era conhecido, mas se

acreditava que uma pequena quantidade de calor era suficiente para transformar

muito gelo em água líquida. Black argumenta o contrário. Outro ponto importante

é o cuidado que se deve ter com as palavras do autor, pois ele foi um adepto do

modelo substancialista do calor.

REVOLUÇÃO INDUSTRIAL E SUA IMPORTÂNCIA PARA O

DESENVOLVIMENTO DA TERMODINÂMICA

O texto A Revolução Industrial e a Termodinâmica (RAFAEL, 2007), aborda

a questão da Termodinâmica como uma construção humana e sua relação com o

contexto cultural, social e econômico do período histórico em que a Revolução

Industrial se consolidou, bem como apresenta a história da ciência como instrumento

facilitador para a compreensão da construção e desenvolvimento da Termodinâmica.

Em principio o texto apresenta uma conceituação de Revolução Industrial,

bem como aborda as questões das mudanças de paradigma da economia agrária

para a produção mecanizada.

Também está exemplificado o desenvolvimento da máquina a vapor, desde

o século XVI até o século XIX, período de grandes e profundas mudanças

sociais e econômicas, na Europa, as quais foram concretizadas com o

estabelecimento do modo de produção capitalista marcado pelo rompimento da

produção artesanal e doméstica, bem como a organização do trabalho, através da

divisão e da especialização das tarefas.

O texto apresenta a máquina a vapor como um aparelho que possibilitou a

transformação da energia de alguns combustíveis como a (energia química do

carvão ou do petróleo, nuclear do urânio, térmica) em energia mecânica.

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O texto ainda destaca a importância de cientistas com Thomas Savery

(1698) que inventou a primeira máquina a vapor com sucesso comercial baseada

num projeto de Edward Somerset (1663).

Sua invenção possibilitou o bombeamento de água das minas de carvão.

Lembrando que foi a criatividade desses homens que estimulou o desenvolvimento

de máquinas mais avançadas que podiam fazer muitos outros trabalhos e/ou

atividades fabris diversas, condução de locomotivas, barcos a vapor, e assim por

diante.

Foi a partir desses novos inventos que se deu um estímulo enorme ao

crescimento industrial na Europa e na América e ajudou a transformar a estrutura

econômica e social da civilização ocidental. Isso fez com que o padrão de vida

médio na Europa Ocidental e nos Estados Unidos crescesse consideravelmente.

Finalizando o texto aponta que, hoje, é difícil pensar como era a vida antes da

industrialização, mas essa é uma afirmação que pode trazer alguma polêmica.

Portanto, foi nesse contexto social, econômico e político, enfim, histórico, que se deu

a evolução da Termodinâmica.

CONCEITUANDO TERMODINÂMICA

A revolução industrial teve início a partir de quando se descobriu a

possibilidade da utilização de fontes de energia diferentes daquelas fornecidas pelos

animais. Então, a termodinâmica nasceu dessa necessidade do uso de máquinas

térmicas. Se a Termodinâmica é um ramo da Física que estuda as relações entre

calor e temperatura, pode-se dizer que “Calor é a energia térmica em movimento,

que se transfere do corpo de maior temperatura para o corpo de menor

temperatura”.

Após essa aceitação da teoria mecânica (ou cinética) do calor, passou-se a

relacionar temperatura ao grau de agitação das partículas de um corpo, sendo

uma medida média e macroscópica, tendo relação com o calor, mas não sendo a

mesma coisa. Por fim, o calor, após o estabelecimento da teoria mecânica será

entendido como a energia que é transferida de um corpo a outro, devido a uma

11

diferença nos valores de temperaturas dos corpos. Quando esta energia é

recebida, fará aumentar a energia cinética das partículas do corpo que recebeu.

MÁQUINAS TÉRMICAS E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

Para a compreensão da Segunda Lei e a realização das próximas atividades

algumas definições são necessárias.

A primeira, o que é uma máquina térmica? Máquinas Térmicas são

dispositivos que operando em ciclos termodinâmicos:

(1) – realizam algum trabalho líquido à custa da transferência de calor de um corpo a

uma temperatura elevada para outro a uma temperatura mais baixa ou,

(2) – transferem calor de algum corpo que está a uma temperatura baixa para outro

a uma temperatura mais elevada à custa de um trabalho externo (Figura 8).

A figura 3-a esboça o funcionamento de um motor. Combustível é transformado em

energia, na forma de calor, parte dessa energia faz com que um móvel se locomova

e outra parte é transferida para o ar atmosférico. Na figura 3-b, o esboço é o de um

refrigerador. Utilizamos energia elétrica, na forma de trabalho, para transferirmos

calor de um lugar que está frio, dentro do refrigerador, para um local que está mais

quente, o ambiente da cozinha.

De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica ∆E = Q – W. Tendo em

vista que tanto um motor como um refrigerador funcionam em ciclos, 0E =∆ , ou

seja, WQ =

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combustível

ar atmosférico/radiador

motor

espaçorefrigerado

cozinha

energia elétrica

W

Q E

SQ Q E

SQ

W

temperaturaalta

temperaturabaixa

a b

Figura 3 - Digramas esquemáticos de um motor e um refrigerador.

A segunda definição é decorrente da primeira resposta. O que é “operando

em ciclo termodinâmico”? Operar em ciclo termodinâmico é fazer um sistema sair de

um estado inicial de equilíbrio, sofrer uma série de transformações termodinâmicas e

voltar para este mesmo estado inicial de equilíbrio. É por isso que 0E =∆ . A energia

que o sistema possui no estado inicial tem que ser igual à energia que ele chega

nesse estado, caso contrário o sistema não completa o ciclo.

Para um sistema que executa um ciclo, existem somente duas hipóteses

para as grandezas Q e W.

Hipótese 1 Q = W > 0 (positivos). [MOTORES]

Quando Q = W > 0, convencionalmente, esta expressão indica que calor

está sendo fornecido para o sistema e que trabalho está sendo realizado pelo

sistema. Mostraremos através de um exemplo como estas formas de energia atuam

em um sistema que executa um ciclo. Cabe ressaltar que esta interpretação vale

para qualquer ciclo.

A figura 4 apresenta um ciclo, idealizado, de um motor composto por duas

transformações adiabáticas e duas transformações isovolumétricas.

Em um motor, certa quantidade calor QE é transferida de um reservatório

quente, a alta temperatura, para um sistema capaz de realizar trabalho útil, e certa

quantidade calor QS é transferida para um reservatório frio.

13

P

V

1

4

2

3

QE

QS

Q = W =QE - QS

W

Figura 4-Ciclo idealizado de um motor que opera com um gás ideal.

Do estado 1 até o estado 2 (adiabática), o sistema realiza trabalho sobre o

meio exterior (ou simplesmente, o trabalho é realizado pelo sistema); do estado 3

até o 4 (outra adiabática), o meio exterior realiza trabalho sobre o sistema. O

trabalho total W realizado pelo sistema para completar um ciclo é dado pela

diferença entre estas duas quantidades, ou seja, pela área hachurada formada pelo

ciclo. Observe que nos processos isovolumétricos 32 → e 14 → , o trabalho

mecânico é nulo ( 0dV = ).

Considerando que as transformações 21→ e 43→ são adiabáticas, não

existe troca de calor entre o meio exterior e o sistema. Quando o sistema evolui do

estado 2 para o 3, calor é transferido dele para o meio exterior, e vamos denominar

esta quantidade de QS (negativo). Por outro lado, para evoluir do estado 4 até o

estado 1, calor entra no sistema, e nós vamos chamar esta quantidade de QE

(positivo). De acordo com esta nomenclatura, a quantidade de calor Q para o

sistema realizar este ciclo é igual à sE QQ − , com QS sendo diferente de zero, pois

senão o sistema não completa o ciclo. Voltando à lei de conservação de energia

aplicada no ciclo, escrevemos:

SESE QWQWQQQ +=∴=−= (1).

14

Esta expressão mostra que a energia QE, entrando no sistema na forma de

calor, apenas uma parte dela pode ser utilizada para realizar trabalho, uma vez que

uma fração desta energia QS tem que, necessariamente, ser transferida para o meio

exterior.

Agora, é conveniente introduzir o conceito de eficiência térmica para uma

máquina que opera em ciclos. A eficiência é definida como a razão entre o que é

produzido (trabalho útil, W) e o calor que é transferido do reservatório quente

(energia QE):

Etérmica Q

W

custo

benefício==η (2).

Usando a relação (1), a eficiência térmica pode ser escrita como:

E

S

E

SE

Etérmica Q

Q1

Q

QQ

Q

W −=−

==η (3).

A eficiência é máxima quando 0QS = . Essa seria a máquina dos sonhos:

todo calor fornecido é convertido em trabalho, ciclo após ciclo. Infelizmente, esse

aparato não pode ser construído. A limitação não é devido ao desenho, à substância

utilizada ou qualquer outro fator envolvendo tecnologia ou escolha criteriosa de

novos materiais. Note que, mesmo sendo uma máquina idealizada e reversível, o

rendimento é sempre menor que a unidade. Esse fato reflete uma propriedade da

Natureza, não uma característica particular da máquina térmica.

O exemplo seguinte envolve a aplicação de uma máquina térmica bastante

familiar – o motor de combustão interna de um automóvel. Ele realmente não

absorve calor, mas podemos simular que a energia térmica vem de fora e não de

dentro (queima do combustível) e tratá-lo, também, como uma máquina térmica.

EXEMPLO 01

A potência do motor de um automóvel é de 100 HP e sua eficiência é igual a 30%.

Sabendo que a queima do combustível fornece 35000 kJ/kg ao motor, determinar a

taxa de transferência de calor para o meio e a vazão em massa de combustível

consumido em kg/s.

15

SOLUÇÃO

A potência de um motor é dada por:

A energia do combustível que entra é:

Ou, a potência que entra é:

Consequetemente, a taxa de transferência de calor para o meio é:

Obs.- Esses resultados mostram que para esse motor funcionar, 171,61 kJ de

energia são necessariamente transferidas para o meio exterior, e como veremos

adiante, essa quantidade não é devido tão somente a perdas causadas pelo atrito.

A quantidade em massa por unidade de tempo do combustível é calculada

por:

skgqueima

tQ

t

m E /100.735000

16.245/ 3−×===

Isto significa que um motor a gasolina queima 7,00 gramas de combustível por

segundo.

Hipótese 2 Q = W < 0 (negativos) [REFRIGERADORES]

16

Essas condições se verificam quando o calor que sai do sistema é maior do

que o calor que entra: 0QQQ SE <−= . Além disso, o ciclo no diagrama P V é

percorrido no sentido anti-horário: isso significa que o meio realiza trabalho sobre o

sistema. Em refrigeradores domésticos e em aparelhos de ar condicionado, esse

trabalho é realizado por um motor elétrico. Ambos resfriam um volume específico e

rejeitam calor para o exterior. O ar condicionado expele esse calor para regiões

extra-ambiente, enquanto para um refrigerador doméstico a troca ocorre em suas

proximidades. Portanto, se você estiver pensando em resfriar o ambiente mantendo

aberta a porta de geladeira, isso é um péssimo procedimento: o resultado líquido é a

elevação da temperatura ambiente, e não seu decréscimo.

Figura 5 – Ciclo idealizado de um refrigerador que opera com um gás perfeito.

Do estado 4 até o estado 3 o sistema realiza trabalho sobre o meio exterior,

e do estado 2 para o estado 1, trabalho é realizado sobre o sistema. Note que

3412 WW →→ > e, consequentemente, o trabalho líquido é negativo.

Nos processos que envolvem troca de calor: do estado 1 para o estado 4,

calor é transferido para o meio exterior, e do estado 3 para o estado 2, calor é

absorvido pelo sistema.

Como definir a eficiência de um refrigerador? O parâmetro relevante ainda é

a razão “ custobenefício ”, e nesse caso o benefício é o calor retirado do ambiente

pelo sistema e o custo é caracterizado pelo trabalho realizado sobre ele. Como a

função de um refrigerador é retirar calor de uma região fria e rejeitar calor em uma

região quente, define-se o coeficiente de desempenho (COD) como sendo:

P

V

1

4

2

3

Q E

Q S

-W

17

gasta) W(energia

)frio ioreservatór do extraído calor(QCOD E= (4).

Como esse coeficiente é positivo, o trabalho W deve ser considerado como uma

grandeza positiva, já que 0QE > . Basta, então, escrever:

0QQW ES >−= .

Substituindo na expressão (4), temos:

1Q

Q1

QQ

QCOD

E

SES

E

−=

−= (5)

Da definição (D), vemos que o COD é inversamente proporcional à variável

básica de economia – o custo por Joule extraído. Altos coeficientes de eficiência

revelam otimização de refrigeração: paga-se menos para resfriar determinado

volume.

Foi por meio de análises semelhantes que Sadi Carnot (1823) idealizou o

motor e o refrigerador mais eficientes que a natureza permite. O motor de Carnot

não existe, é impossível ser construído, mas suas análises serviram de base para o

estabelecimento da Segunda Lei da Termodinâmica.

FORMULAÇÕES DA SEGUNDA LEI

Existem dois aspectos marcantes sobre as pesquisas de Carnot. Primeiro,

ele encontrou que a eficiência com que o calor pode ser convertido em outras

formas de energia depende da natureza dos processos cíclicos empregados, mas

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não dependia da substância de trabalho – o material que sofre a transformação

cíclica. Segundo, Carnot descobriu o mais eficiente processo cíclico para converter

calor em outras formas de energia. As conclusões de Carnot são verdadeiramente

monumentais: sem o benefício de uma teoria correta do calor, ele estabeleceu o

padrão último de eficiência de uma máquina térmica. As análises subsequentes de

Clausius e de Lord Kelvin levaram ao estabelecimento da segunda lei da

termodinâmica.

O enunciado de Kelvin da segunda lei é esse:

“É impossível dispor de processo cujo único resultado seja o de converter calor,

extraído de um único reservatório, totalmente em trabalho”.

Evidentemente a palavra “único” no enunciado é uma qualificação fundamental.

Muitos processos podem ser realizados nos quais um sistema converte calor

integralmente em trabalho. Um exemplo fiel dessa situação é uma expansão

isotérmica de um gás ideal. Em tais processos o resultado é que o estado final difere

do estado inicial (não completa um ciclo). Portanto, não aconteceu um único

resultado.

O enunciado de Clausius para a segunda lei afirma que:

“É impossível obter um processo cujo único resultado seja extrair calor de um

reservatório a transferi-lo para outro reservatório com temperatura maior”.

Como todas as outras leis da Natureza, a segunda lei da termodinâmica

sobrevive somente porque ela está de acordo com os experimentos. Nenhuma

quantidade de evidências experimentais poderia estabelecê-la como verdadeira. A

evidência que suporta a segunda lei é o fracasso de todas as tentativas de se

construir máquinas de movimento perpétuo de segunda espécie (rendimento igual a

100%). Fama, fortuna, imortalidade científica instantaneamente seriam conseguidas

por alguém que violasse a segunda lei.

Além de trabalhar questões como: O que é uma máquina térmica? O que

um aparelho que resfria alimento e fabrica gelo tem de semelhante com um motor de

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carro? A produção didático-pedagógica, elaborada de acordo com o projeto de

intervenção pedagógica na escola “Segunda lei da termodinâmica: Algumas

relações com o cotidiano” trazem a discussão da evolução do trabalho humano ao

longo da história, possibilitando ao aluno reconhecer a utilização do calor para

benefício do homem, além de fazer com que o educando seja capaz de avaliar os

impactos sociais e econômicos advindos da primeira Revolução Industrial, bem

como, o desenvolvimento dos conceitos de calor e temperatura através dos textos

“Revolução Industrial e a Termodinâmica” e “Calor e Temperatura”.

A continuidade das atividades teve como base a proposta do Grupo de

Reelaboração do Ensino de Física (GREF). Foi utilizado como fio condutor o

desenvolvimento da Termodinâmica, desde o desenvolvimento das primeiras

máquinas térmicas, passando pela Revolução Industrial e a evolução dos conceitos

de calor e de temperatura até chegar à definição da Segunda Lei da Termodinâmica.

DUAS MÁQUINAS TÉRMICAS DO COTIDIANO: O MOTOR E A GE LADEIRA

Sabe-se que muitos alunos que não gostam de física, no entanto, todos

gostam de automóveis. O que eles desconhecem é que o automóvel é uma aula de

física ambulante.

O automóvel possui um motor movido à explosão. Isso permite classificá-lo

fisicamente como uma máquina térmica que converte energia química do

combustível em trabalho. Gasolina, álcool, diesel são compostos orgânicos que ao

reagir com o oxigênio produz calor pela reação de combustão.

A quantidade de calor produzida por cada unidade de massa do combustível

é defina pela propriedade chamada de poder calorífico, que é aproximadamente

10.500kcal/kg na gasolina e 6.500 kcal/kg no álcool. Essa é a razão pela qual os

motores apresentam menor consumo por quilômetro rodado quando utilizam a

gasolina.

Uma maneira de conhecer um motor por dentro é visitando uma oficina

mecânica e fazer uma entrevista com o mecânico

20

Certamente ele vai lhe mostrar as várias partes dos motores e falar sobre a

função de cada uma delas. Depois dessa discussão com o técnico, fica mais fácil

"descobrir" os princípios físicos em que se baseia essa máquina térmica.

A expansão do gás sob o efeito do calor é o que produz o movimento nas

máquinas térmicas. A conversão é feita de uma forma cíclica, ou seja, o estado

inicial do gás sempre se repete após uma sucessão de transformações (como ocorre

no movimento do pistão do motor do carro).

São muito válidas as sugestões dos seguintes vídeos:

1. www.youtube.com/watch?v=9y8HCnLob78

2. www.youtube.com/watch?v=emRxXykWB3Y

O primeiro apresenta a montagem de um motor e o segundo mostra os pistões em

movimento.

O MOTOR

O motor é o que faz um veículo se movimentar. Nessa época, de constantes

avanços tecnológicos, os motores estão ficando cada vez mais complexos e exigem

que a sua manipulação seja feita por profissionais especializados com instrumentos

específicos, pois apresentam cada vez mais componentes eletrônicos. Porém, os

conceitos básicos e os princípios de funcionamento são os mesmos.

A produção de movimento nesses motores se dá através da queima de

combustível em seu interior. A energia liberada por essa combustão movimenta o

motor. O motor funciona em ciclos de oscilação do pistão (cujo movimento oscilatório

é transmitido ao eixo da roda). O ciclo de um motor a gasolina pode ser dividido

aproximadamente em quatro transformações de pressão e volume do gás:

21

Figura 6 – Esquema do motor de quatro tempos. Fonte:www.portalsaofrancisco.com.br

A figura acima mostra um esquema do motor "quatro tempos", assim

denominado porque seu funcionamento se faz em quatro etapas.

Primeiro tempo (indução)

A válvula de admissão se abre e uma mistura de combustível e ar é injetada

no cilindro através da válvula de admissão enquanto o virabrequim, que gira,

empurra o pistão para baixo.

Segundo tempo (compressão)

A válvula de admissão se fecha; a mistura é comprimida à medida que o

pistão se eleva e, antes que este chegue à parte superior, a vela se ascende.

Terceiro tempo (potência)

A mistura acende-se; os gases quentes que se expandem, formados na

explosão, produzem uma força que faz com que o pistão abaixe novamente,

acionando o virabrequim.

Quarto tempo (exaustão)

A válvula de escape abre-se e os gases são expulsos pelo pistão que se

eleva.

Os motores modernos usam sistemas eletrônicos que regulam com precisão

a quantidade e o teor da mistura introduzida nos cilindros, conhecidos por injeção

eletrônica.

22

Para melhorar o rendimento dos motores, estes funcionam, normalmente,

com vários cilindros. Em um motor de quatro cilindros, quando um dos cilindros está

em aspiração, outro está em compressão, o terceiro está em explosão e o quarto

está em exaustão.

Se o motor está parado, os primeiros movimentos do pistão são feito através

de um motor elétrico, conhecido como motor de arranque. Depois das primeiras

explosões do combustível o motor de arranque é desligado e os pistões passam a

funcionar em ciclos, como os que foram descritos.

Nos motores de dois tempos, como os usados em motos e barcos, também

ocorrem a admissão, a compressão, a expansão e a exaustão, porém com apenas

dois cursos do pistão; a cada ciclo são duas fases simultâneas. Enquanto o pistão

sobe, simultaneamente há a aspiração na parte inferior do motor e compressão do

combustível na parte superior. Com a ignição, a expansão dos gases impulsiona o

pistão para baixo, abrindo a saída para a exaustão, enquanto a mistura de

combustível flui da parte inferior do motor para a parte superior.

Os motores diferem pela quantidade de cilindros e quanto ao ciclo de

funcionamento, dois tempos ou quatro tempos, em que cada pistão trabalha num

ciclo e se constitui numa máquina térmica.

Num ciclo completo do motor, a energia química do combustível só é

transformada em trabalho no 3º tempo. Nas outras etapas (1º, 2º e 4º tempos) o

pistão é empurrado devido ao giro do virabrequim.

O REFRIGERADOR E A REVOLUÇÃO DOS HÁBITOS DE COMPRA E DE

ALIMENTAÇÃO

É possível considerar uma geladeira a uma máquina térmica? A resposta a

essa pergunta seria sim, mas com uma ressalva, visto que o motor da geladeira

opera em sentido contrário, ou seja, usa trabalho do motor elétrico, em vez de

produzi-lo e o fluxo do calor é de um meio de baixa temperatura para outro de maior

temperatura.

Armazenar, conservar e transportar alimentos perecíveis sempre foi um

problema para homem. Por muitas décadas as técnicas utilizadas para conservação

23

dos alimentos foi a defumação, o uso de sal e condimentos, etc. Uma invenção que

resolveu esse problema e transformou os hábitos da sociedade foi o refrigerador.

A geladeira funciona em ciclos utilizando um

fluído (freon) que é um gás refrigerante num um

circuito fechado. Tem como partes essenciais o

compressor, o condensador, uma válvula

descompressora e o evaporador (congelador).

1-Compressor- Comprime o gás, aumentando a

pressão e a temperatura, fazendo-o circular

através da tubulação.

Figura 7 – Esquema do circuito da geladeira. Fonte: GREF.Física 2, pg.114

2-Condensador- O gás perde calor para o exterior quando passa pela serpentina,

liquefazendo-se. É a parte quente que você já deve ter observado.

3-Válvula descompressora- O gás ainda em alta pressão e liquefeito chega a um

estreitamento da tubulação (tubo capilar), onde ocorre uma diminuição da pressão.

4-Congelador- Quando o freon líquido e a baixa pressão chega à serpentina do

evaporador, de diâmetro bem maior que o capilar, se vaporiza, retirando calor do

interior do congelador. O gás a baixa pressão e temperatura é aspirado para o

compressor, onde se inicia um novo ciclo.

Enquanto no motor o calor flui espontaneamente da fonte quente para a fria

(água de refrigeração e meio ambiente), na geladeira o fluxo de calor não é

espontâneo. Na geladeira a troca de calor se dá do mais frio (interior da geladeira)

para o mais quente (meio ambiente). É importante ressaltar que a geladeira não usa

calor, mas sim o bombeia de uma temperatura mais baixa para uma mais alta.

Uma máquina que tem com objetivo o resfriamento os valores serão

negativos, pois o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a maior.

Conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente,

logo é necessário que haja um trabalho externo, assim:

24

Figura 8 – Esquema de funcionamento de um refrigerador. Fonte: Adaptação da figura disponível no site: www.sofísica.com.br

Em cada ciclo, a quantidade de calor cedida para o meio ambiente através do

condensador é igual à quantidade de calor retirada do interior da geladeira, mais o

trabalho realizado pelo compressor.

Q condensador = Q congelador + W compressor

RREENNDDIIMMEENNTTOO DDAASS MMÁÁQQUUIINNAASS TTÉÉRRMMIICCAASS

Em qualquer máquina térmica as perdas térmicas são muito grandes. Essa

“perda” é a energia necessária para fazer o motor completar o ciclo. Sem essa

“perda”, o motor não funciona. É muito diferente da perda por atrito.

O rendimento real de um motor a explosão que funciona com gasolina está

em torno de 21% a 25%. Nesse motor ocorreram perdas térmicas e mecânicas de

75% a 80%.

As perdas térmicas se devem à troca de calor do motor com o ambiente pelo

sistema de refrigeração, pela eliminação dos gases pelo escapamento e ainda em

uma porcentagem pequena de perdas mecânicas que se devem ao atrito das

superfícies metálicas.

Fonte de aquecimento

Q1

Q2

W

Máquina térmica

Fonte de resfriamento

25

η=

Se toda energia fosse convertida em trabalho mecânico, o rendimento seria

igual a 1 ou 100%. Na realidade isso nunca acontece.

Pode-se chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia

utilizada como forma de trabalho e a energia fornecida.

Considerando:

η=

η=rendimento;

W= trabalho convertido através da energia térmica fornecida;

Q1=quantidade de calor fornecida pela fonte de aquecimento;

Q2=quantidade de calor não transformada em trabalho.

O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum

trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor

recebido em trabalho, mas como visto, isso não é possível. Para sabermos este

rendimento em percentual, multiplica-se o resultado obtido por 100%.

Para aumentar o rendimento de um motor a combustão, os construtores

aumentam a razão entre o volume máximo e o mínimo dentro do cilindro, ocupado

pela mistura combustível. Se a mistura é bastante comprimida antes de explodir, a

pressão obtida no momento da explosão é maior. Assim o deslocamento do pistão é

tanto maior quanto maior a razão entre o volume máximo e o mínimo.

É possível melhorar o desempenho de um motor e torn á-lo mais potentes e/ou

mais eficiente.

Aumentar a cilindrada - mais deslocamento volumétrico significa mais potência

porque permite queimar mais combustível durante cada rotação do motor. É

possível aumentar a cilindrada usando cilindros maiores ou acrescentando mais

W Q1

Q1 – Q2

Q1

26

cilindros (o limite prático é o de 16 cilindros). A cilindrada também pode ser

aumentada por meio de maior curso dos pistões.

Elevar a taxa de compressão - taxas de compressão mais altas produzem mais

potência, até certo ponto. Entretanto, quanto mais se comprime a mistura ar-

combustível, maior a possibilidade de que parte da mistura na câmara detone

espontaneamente (depois de ocorrer a centelha da vela de ignição). A gasolina de

alta octanagem, como a premium ou a Podium, diminui o risco ou evita essa

detonação. É por isso que os carros de alto desempenho geralmente precisam de

gasolina de alta octanagem - seus motores normalmente têm taxas de compressão

mais elevadas para obter mais potência.

Colocar mais ar em cada cilindro - é possível empurrar mais ar (e mais

combustível) para um cilindro de determinado tamanho (do mesmo modo que se

faria aumentando o tamanho do cilindro). Os turbo compressores e compressores

pressurizam o ar que entra para que seja fornecido efetivamente mais ar aos

cilindros.

Resfriar o ar na admissão - comprimir o ar aumenta sua temperatura, mas é

melhor ter o ar mais frio possível no cilindro (quanto mais quente o ar, menos denso

ele se torna, menos oxigênio por volume). Assim, muitos carros equipados com turbo

compressor ou compressor têm um intercooler . O intercooler é um radiador por

onde o ar comprimido passa para ser resfriado antes de entrar nos cilindros.

Facilitar a entrada de ar - à medida que o pistão se move no seu curso de

admissão, a resistência do ar pode roubar potência do motor. A resistência do ar

pode ser fortemente diminuída colocando uma válvula maior ou, preferencialmente

por questão de peso, duas passagens de ar total. Alguns carros mais novos estão

usando coletores de admissão polidos internamente para eliminar a resistência do

ar. Filtros de ar maiores podem também melhorar o fluxo de ar.

Facilitar a saída dos gases queimados - se a resistência do ar dificultar a saída

dos gases queimados em um cilindro, ocorrerá roubo de potência do motor. A

resistência do ar pode ser amenizada acrescentando-se uma válvula

de escapamento em cada cilindro ou, preferencialmente, duas válvulas menores,

mas que resulte em aumento total da área de /passagem (um carro com duas

válvulas de admissão e duas válvulas de exaustão tem quatro válvulas por cilindro, o

27

que melhora o desempenho - quando você ouve um comercial dizer que o carro tem

quatro cilindros e 16 válvulas, o que o comercial está dizendo é que o motor tem

quatro válvulas por cilindro). Se o diâmetro do cano do escapamento é muito

pequeno ou o silenciador oferece muita resistência ao ar, pode haver contrapressão,

que terá o mesmo efeito de válvula de escapamento muito pequena. Sistemas de

escapamento de alto desempenho usam coletores especiais (muitas vezes

chamados de "dimensionados"), tubos de escape de grande diâmetro e

silenciadores de alta vazão para diminuir a contrapressão no sistema de

escapamento. Quando você ouve que um carro tem "duplo escapamento", o objetivo

é melhorar o fluxo dos gases de escape tendo dois tubos de escapamento em

vez de apenas um.

Diminuir o peso dos componentes - componentes leves ajudam o motor a ter um

desempenho melhor. Cada vez que um pistão muda de direção ele utiliza energia

para interromper o trajeto em uma direção e iniciá-lo em outra. Quanto mais leve o

pistão, menos energia ele dissipa. Essa é também a razão de se usar duas válvulas

menores em vez de apenas uma grande.

Injeção de combustível - a injeção de combustível permite uma dosagem muito

precisa de combustível em cada cilindro. Isso melhora o desempenho e reduz o

consumo de combustível.

CCOONNSSTTRRUUÇÇÃÃOO DDEE UUMMAA MMÁÁQQUUIINNAA TTÉÉRRMMIICCAA

A atividade prática consistiu na construção de um modelo rudimentar

de máquina térmica pelos alunos em sala de aula. Os alunos foram divididos em

grupo para realizar o experimento. A montagem deste experimento não foi uma

máquina térmica no sentido estrito do termo, mas os alunos tiveram a oportunidade

de observar alguns aspectos relativos ao funcionamento das máquinas, bem como

aos conteúdos envolvidos. Tais como: mudança de estado da água, rendimento e

leis da termodinâmica.

Material utilizado:

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� Lata de refrigerante vazia.

� Lamparinas pequenas a álcool, velas ou giz embebido com álcool.

� Agulha número 2 de injeção de uso veterinário

� Diversos: cola durepoxi, pedaços de isopor, arame, madeira, alumínio,

cordões, carretel de máquina de costura ou semelhante, papel cartão, etc.

Construção da caldeira

1. Retire totalmente a tampinha da lata.

2. Faca um pequeno furo no meio da tampinha e encaixe nele a agulha de

injeção colando-a.

3. Recoloque a tampinha no local de onde foi tirada utilizando para isso cola

durepoxi com a agulha voltada para fora da lata, procure colocar a cola em toda

região da tampa.

4. Coloque um pouco d’água na lata de refrigerante, para isso utilize uma seringa

com uma agulha mais fina.

5. Apoie horizontalmente a caldeira numa armação de arame de maneira que a

agulha fique na parte mais alta.

6. Abaixo da caldeira coloque as lamparinas a álcool (fonte de energia térmica da

caldeira).

Construção da turbina

1. Cole, nas laterais do carretel, aletas de papel cartão, isopor ou de alumínio.

2. Ponha a turbina numa armação, ajustando a altura para que coincidam com

a agulha da caldeira, por onde sairá o jato de vapor de água.

3. O eixo da turbina pode ser fixado à armação para que o carretel gire livremente,

ou fixado ao carretel para que seu eixo, apoiado na armação, gire livremente.

A turbina gira por ação direta e visível do vapor decorrente do aquecimento e da

ebulição da água. Podemos observar uma grande quantidade de vapor que uma

pequena porção de água pode gerar.

Neste pequeno experimento podemos observar a fonte quente que é, fogo e a fonte

fria que é meio ambiente, podendo assim realizar um trabalho.

29

Fig. 9 Foto do Experimento

Fonte: Autor

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O desenvolvimento desta pesquisa sobre as duas leis da Termodinâmica,

com os alunos do ensino médio, permitiu melhor incrementar e consolidar o

conhecimento sobre esse conteúdo de física que muitas vezes não é assimilado

com facilidade pelos alunos. Logo, pode-se dizer que as conclusões se deram de

maneira satisfatória, os objetivos propostos foram alcançados com êxito, tanto em

relação à fundamentação teórica quanto ao desenvolvimento e análise durante a

parte experimental. Entendeu-se que os alunos compreenderam a importância de se

estudar as duas leis, visto que, enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece

a conservação de energia em qualquer transformação, a segunda lei estabelece

condições para que as transformações termodinâmicas possam ocorrer e isso

possibilitou que fizéssemos reflexões e debates sobre o tema desenvolvido em sala

de aula. Foi ressaltada com os alunos, a importância do conteúdo do estudo para a

formação de cada educando, possibilitando-lhes a compreensão da evolução do

trabalho humano ao longo da historia e a utilização do calor para beneficio do

homem, avaliando os impactos sociais e econômicos advindos da primeira

Revolução Industrial. A pesquisa fez com os alunos também percebessem que a

Termodinâmica rompeu todos os limites possíveis em suas aplicações. Citando

como exemplo, em temperatura do espaço sideral que está embasada em algum

princípio da Primeira Lei da Termodinâmica. Nas falam dos próprios alunos, entendi

30

que o trabalho foi de suma relevância ao seu desenvolvimento, principalmente

porque é um conteúdo da realidade deles. Estaremos relacionando esses conteúdos

ao funcionamento dos veículos motorizados e dos refrigeradores, assim pude

perceber a ansiedade dos alunos para iniciar o trabalho que com certeza foi um

aprendizado significativo por fazer parte do cotidiano do seu dia a dia, conhecimento

esse que permitiu um aprofundamento e ampliação dos conhecimentos dos

conteúdos propostos, principalmente as atividades realizadas com o suporte dos

recursos tecnológicos presentes na escola. Um ponto importante foi a socialização

dos resultados obtidos aos professores, direção e equipe pedagógica do colégio.

Considero que houve um avanço significativo na aprendizagem dos

educandos em relação ao trabalho desenvolvido. O presente trabalho poderá ser

utilizado e/ou aperfeiçoado por outros profissionais da educação, através ações que

possam melhorar as aulas de física bem como o conhecimento dos alunos do ensino

médio.

REFERÊNCIAS

FIGUEIREDO, A.; PIETROCOLA, M. Física um outro lado : Calor e Temperatura. São Paulo: FTD, 2000.

GASPAR, Alberto. Experiências de Ciências para o Ensino Fundamental . São Paulo:Ática, 2003.

GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Leituras de Física . 2. ed. Disponível em: http://www.if.usp.br/profis/gref_leituras.html.

GREF (Grupo de Reelaboração de Ensino de Física). Física 2. Física Térmica/Óptica - 5. ed. 3. reimpr. - São Paulo: EDUSP, 2005.

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/motor-explosao/motor-explosao.php . Acessado dia 23/04/10 às 15h

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/2leidatermodinamica.php Acessado dia 23/04/10

31

MARSHALL BRAIN. "HowStuffWorks - Como funcionam os motores de carros" . Publicado em 01 de abril de 2000 (atualizado em 03 de novembro de 2009) http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros3.htm. Acessado dia 20/07/10 PARANÁ/SEED/DEB. Diretrizes Curriculares da Educação Básica – Física . Curitiba: SEED/DEB, 2008

PERRY, Marvin et al. Civilização 0cidental: Uma história concisa . São Paulo: Martins Fontes, 1985.

PIETROCOLA, Mauricio. Ensino de Física : Conteúdo, metodologia e epistemologia em uma concepção integradora . Florianópolis: editora da UFSC,2005

QUADROS, S. A termodinâmica e a invenção das máquinas a vapor . São Paulo: Scipione, 1996.

RAFAEL, F. J. Elaboração e aplicação de uma estratégia de ensi no sobre os conceitos de calor e de temperatura . Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN, Natal, 2007.

SAVI, A A. COLUCI C C. Livro de Termodinâmica utilizado no EAD /Física – UEM, 2010.

SILVA, Dirceu. Estudo das Trajetórias Cognitivas de Alunos: no e nsino da diferenciação dos conceitos de calor e temperatura . Tese de Doutorado, Faculdade de Educação, USP, São Paulo, 1995.

FIGURAS

FIGURAS 01 e 02:Disponível na Dissertação de Mestrado “Elaboração e aplicação de uma estratégia de ensino sobre os conceitos de c alor e de temperatura” de Francisco Josélio Rafael. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN, Natal, 2007.

FIGURAS 03,04 e 05:Disponível no Livro de Termodinâmica utilizado no EAD/Física – UEM de Arlindo Antonio Savi e C. C. Coluci, 2010.

FIGURA 06:Disponível em http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/motor-explosao /motor-explosao.php . Acessado dia 23/04/10 às 15h

32

FIGURA 07:Disponível no livro GREF (Grupo de Reelaboração de Ensino de Física). Física 2. Física Térmica/Óptica - 5. ed. 3. reimpr. - São Paulo: EDUSP, 2005, p. 114. FIGURA 08: Adaptação da figura disponível no site: www.sofisica.com.br/conteudos/ Termologia/Termodinâmica/2leidatermodinamica.php .Acessado dia 23/04/10.

FIGURA 09: Foto do Experimento – Fonte: Autor