Mudan?as de estado f?sico e calor latente de transforma??o
Autor e Co-autor(es)
Daniel Rodrigues Ventura e Edson Lu?s Nunes
Estrutura Curricular
| Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
|---|---|---|
| Educa??o de Jovens e Adultos - 2? ciclo | Ci?ncias Naturais | Vis?es de mundo |
| Ensino M?dio | F?sica | Calor, ambiente e usos de energia |
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
- As caracter?sticas dos estados f?sicos ou fase da mat?ria.
- As transforma??es de um estdo f?sico para outro sofrido por uma subst?ncia.
- Certificar que a temperatura de uma subst?ncia n?o varia durante o processo de mudan?a de fase.
Duração das atividades
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Calor, temperatura, dilata??o.
Estratégias e recursos da aula
Sugerimos que o professor inicie sua aula interrogando aos alunos se eles sabem quais s?o os estados f?sicos da mat?ria? Pe?a tamb?m que d? exemplos de alguma subst?ncia ou objeto com o respectivo estado f?sico que se encontra, nas condi??es do ambiente em que se encontram.
Em seguida apresente para eles a Figura 01 e explique que a mat?ria no nosso meio se apresenta principalmente em uma das fases ou estados f?sicos, quase sempre percept?veis pelos nossos sentidos. Nessa figura est?o ilustradas as tr?s fases presentes numa x?cara com caf? quente: S?lida, a porcelana da x?cara, fase L?quida est? o caf? e fase gasosa os vapores saindo da x?cara.
Depois o professor dever? falar sobre a situa??o de agrega??o das part?culas em cada uma dessas fases ou estados f?sicos.
? No estado s?lido, as part?culas que constituem o objeto ficam muito pr?ximas umas das outras, por isso, um s?lido tem forma pr?pria e volume definido em condi??es do ambiente.
? No estado l?quido, de uma maneira geral, as part?culas, mol?culas, est?o um pouco mais afastada que no estado s?lido, ent?o as part?culas tem certo grau de liberdade podendo se deslocar dentro da massa do l?quido. ? devido a isso que os l?quidos n?o possuem forma pr?pria embora tenha um volume definido nas condi??es do ambiente.
? Na fase gasosa, as part?culas, ?tomos ou mol?culas est?o bem afastados uns dos outros, por isso tem mais liberdade de movimenta??o, n?o tendo nem volume nem forma pr?pria tendendo ocupar todo o espa?o dispon?vel.
Atividade I
Em seguida o professor deveria explicar que uma subst?ncia pode passar de um estado f?sico para outro desde que seja alterada alguma condi??o em que est? submetida.
Fa?a o seguinte questionamento para responderem individual e oralmente: escolha alguns que se manifestarem em responder e ap?s ouvir algumas respostas, fa?a coment?rios que julgarem convenientes, encaminhando a solu??o para que cada um possa registrar em suas anota??es.
Que grandeza f?sica faz com que as part?culas de um sistema ou de uma subst?ncia se afastam?
- Certamente lembrando do conceito de temperatura e dilata??o dir? que ? o aumento de temperatura. Se necess?rio, o professor dever? fazer com que relembrem disso.
Ao aumentar somente a temperatura de um s?lido fornecendo calor a ele o que dever? ocorrer com os espa?os entre suas part?culas?
- Essa pergunta ? praticamente a resposta da primeira ou vice-versa. ? apenas para for?ar o aluno a pensar um pouco. O aumento da temperatura de um corpo provoca o aumento dos espa?os entre as part?culas.
Se continuarmos a fornecer calor aumentando sua temperatura o que se deve esperar em um determinado limite?
- A distancia aumentar? at? um limite em que o s?lido passar? para a fase l?quida.
Se tiverem dificuldades em responder esse questionamento, o professor dever? fazer um di?logo com os alunos de modo intuitivo a fim de encaminhar ? conclus?o da resposta.
Em seguida o professor dever? apresentar o esquema ilustrado na Figura 02, desenhando o esquema no quadro ou projetando a figura em uma tela, na pr?pria sala de aulas. Dever? ent?o falar sobre cada transforma??o indicada no esquema da figura, inclusive sobre a troca de calor com o meio, ou seja, nas transforma??es cujas setas, no esquema da Figura 02, apontam para a direita a subst?ncia absorve calor durante a transforma??o de fase; nas transforma??es cujas setas, no esquema da figura, apontam para a esquerda a substancia cede calor durante a transforma??o de fase.
Atividade II
Depois o professor poder? fazer a seguinte demonstra??o experimental na sala de aulas.
Material:
- Um term?metro.
- Um b?quer ou recipiente transparente de vidro pirex.
- 6 a 8 bloquinhos de gelo.
- Uma chama quente, g?s ou vela.
Procedimento:
Pegue cerca de 8 bloquinhos de gelo diretamente do congelador da geladeira ou prepare o gelo com anteced?ncia colocando ?gua na forma de fazer gelo ou coloque cerca de 30 ml de ?gua num copinho pl?stico, desses usados para tomar caf? e coloque no congelador da geladeira.
Na hora de iniciar o experimento, coloque o b?quer sobre um suporte e coloque 6 a 8 bloquinhos de gelo nele. Coloque um term?metro com o bulbo no meio do gelo. Para agilizar o processo da fus?o do gelo, acenda uma chama sob o b?quer, esquema ? esquerda da Figura 03. Se for usar a chama de vela, use mais de uma chama para aquecer e derreter o gelo mais r?pido.
Assim que o gelo come?ar a fundir, derreter, e a temperatura indicada pelo term?metro se mostrar est?vel, chame os alunos para que individualmente e de maneira ordenada, anotem o valor da temperatura, escrevendo-o numa folha ou no caderno. Fa?a ent?o uma pausa at? que cerca da metade do gelo sofra fus?o; pe?a novamente aos alunos para checarem e anotarem a temperatura.
A leitura observada poder? ser zero ou um valor pr?ximo ao 0oC; esse depende de muitos fatores, como press?o local, precis?o do term?metro, o gelo proveniente de ?gua n?o pura.
Depois de realizada as duas leituras fa?a a seguinte pergunta:
Que temperatura voc? observou no term?metro quando se iniciou a fus?o do gelo? E quando praticamente todo o gelo se derreteu?
- Devem ter observado o mesmo valor nas duas leituras, se houve pequena diferen?a nos valores, o professor deve explicar que pode ser erros de leitura e considerar essa diferen?a desprez?vel para a ocasi?o. O professor obviamente estar? atento a essa leitura durante todo o tempo, para se for o caso, certificar se algum aluno cometeu erro de leitura.
Durante a fus?o o gelo absorveu calor? Como voc? comprova que houve essa absor??o?
- Certamente absorveu. Ele observou a chama acesa cedendo calor para o recipiente de gelo; ele pode tamb?m alegar que a temperatura do gelo sendo menor, o gelo absorve calor.
O professor ent?o deve explicar que o importante neste experimento ? observar que, enquanto o gelo est? derretendo, sua temperatura n?o varia. Assim, durante a fus?o do gelo, ele absorve calor e sua temperatura n?o varia.
Defina ent?o calor latente(L).
O calor latente (L), de uma subst?ncia, ? a quantidade de calor (Q) absorvida ou cedida pela subst?ncia por unidade de massa (m), sem haver altera??o na temperatura da subst?ncia. O calor latente ocorre normalmente durante a transi??o de fases, sendo um valor caracter?stico da subst?ncia. L = Q/m.
Atividade III
Em seguida o professor poder? fazer outra pr?tica demonstrativa como ilustrada no esquema da Figura 04.
Material:
- Um b?quer de 300 a 500 ml ou um recipiente de vidro resistente ao calor, vidro pirex, por exemplo.
- Um term?metro.
- Uma chama de g?s ou velas.
- Suporte para o recipiente de vidro.
Procedimento:
Coloque ?gua at? aproximadamente ? metade do recipiente e coloque o recipiente sobre o suporte. Acomode o bulbo do term?metro dentro da ?gua sem que ele toque o fundo do recipiente, use um suporte para ele se necess?rio. Acenda a chama de g?s sob o suporte, se usar a chama de velas utilize pelo menos 3 velas para que n?o demore muito para aquecer a ?gua. Para ganhar tempo, sendo poss?vel, coloque a ?gua quente ou morna no recipiente para que ela entre em ebuli??o em menos tempo.
Ao passo que a ?gua entrar em ebuli??o, come?ar a ferver, pe?a novamente aos alunos para que individualmente e de maneira ordenada, anotem o valor da temperatura, escrevendo-o numa folha ou no caderno. Fa?a ent?o uma pausa de cerca de tr?s minutos para que anotem a temperatura da ?gua de novo.
Pergunta a eles o que perceberam de semelhante entre a fus?o do gelo e a ebuli??o da ?gua?
Certamente v?o concluir que, da mesma maneira que ocorreu durante a fus?o do gelo, durante a ebuli??o da ?gua n?o houve altera??o de sua temperatura.
O professor ent?o dever? explicar que o calor absorvido pela subst?ncia durante a fus?o ? denominado de calor latente de fus?o e durante a ebuli??o de calor latente de vaporiza??o. Assim como o calor cedido durante uma solidifica??o ? o calor latente de solidifica??o, etc. Que para uma mesma subst?ncia, sob mesma press?o, o calor latente de fus?o tem o mesmo valor do calor latente de solidifica??o. Assim como o calor latente de vaporiza??o ? igual em valor ao calor latente de condensa??o.
Abaixo, apresentamos uma tabela dos valores do calor latente de fus?o e de vaporiza??o de algumas subst?ncias sobre press?o de 1,0 atm.
Pe?a aos alunos que individualmente calculem a quantidade de calor que deve ser fornecido a 1,0 kg de gelo, sob press?o de 1,0 atm, apenas para transform?-lo em ?gua?
? Usando a defini??o de calor latente, L = Q/m, tem-se que Q = mL. m = 1,0 kg =1000g e L = 80 cal/g, veja a tabela.
? Q = 1000g.80cal/g
? Q = 8,0.104 cal
Se ao final da aula o professor desejar fazer um refor?o do conte?do da aula, poder? acessar e apresentar aos alunos o laborat?rio virtual, dispon?vel em:
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Recursos Educacionais
| Nome | Tipo |
|---|---|
| Calorimetria - Mudan?as de Estado F?sico | Anima??o/simula??o |
Recursos Complementares
Acesse o site abaixo:
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Avaliação
O professor poder? elaborar exerc?cios para aplica??o do conte?do da aula afim de que os alunos resolvam em equipes para serem apreciados durante outro hor?rio de aulas. Como sugest?o segue o seguinte exerc?cio:
Uma senhorita queria perder 5 kg de sua massa corporal em apenas 15 dias. Seguia ao p? da letra as metas tra?adas pela sua nutricionista at? que no oitavo dia de sua penit?ncia n?o resistiu ?s tenta??es e comeu uma barra de chocolate. Verificou que a barra de chocolate usado tinha 232 kcal. Com peso na consci?ncia resolveu descobrir uma maneira de anular o excesso de calorias que seriam convertidos em seu organismo. Teve o seguinte racioc?nio. Se chupasse gelo a 0oC ingerindo a ?gua resultante, o gelo e a ?gua absorveriam calor do organismo, temperatura mais alta, e assim anularia a quantidade de calor adicionada ao organismo pela ingest?o da barra de chocolate.
Supondo o racioc?nio correto, considerando 36oC a temperatura do corpo, calcule quantos gramas de gelo deveria esta senhorita usar para anular os 232 kcal a mais em sua dieta.