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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

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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.




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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.




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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




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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.




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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.




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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.




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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.




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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.




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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.




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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.




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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




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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




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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

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