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Como ocorre a troca de calor nos s?lidos.

Comparar como ? a troca de calor em diferentes materiais.

Diferenciar os materiais bons condutores de calor e exemplificar as aplica??es.

2 aulas (100 min )

Temperatura, calor.

Import?ncia de se entender como ocorre o transporte de calor nos s?lidos:

Saber como o calor ? transportado nos s?lidos ? de grande import?ncia para entender como construir m?quinas, refrigeradores, aquecedores, fornos e estufas.  Saber escolher o material que deve ser feito a panela para preparar cada tipo de alimento. Saber o que usar no isolamento t?rmico diverso.  O calor ? transferido atrav?s de um meio material, de uma mol?cula para  mol?cula vizinha.  

A principal caracter?stica da condu??o ? a transfer?ncia de energia sem a simult?nea transfer?ncia de mat?ria, ocorrendo, assim, predominantemente nos s?lidos.

Motiva??o Inicial:

Antes de iniciar as experi?ncias apresente a anima??o ?Metais ? Condu??o de Calor?  como motiva??o ao estudo. O recurso pode ser acessado pelo link a seguir:

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Metais - Condu??o de Calor 

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Parte A.     Hip?teses

Separe a turma em grupos de no m?ximo 5 alunos. Cada grupo deve anotar as respostas para as seguintes hip?teses, antes de realizar as tarefas .

1.   O calor nos metais ? transportado instantaneamente de um lado para outro?

2.   Nos bons condutores de calor h? deslocamento das mol?culas de um lado para o outro do corpo?

3.   Nas panelas, utilizam cabos de madeira ou de ebonite, porque motivo?

4.   As conchas colocadas em comidas quentes, quando totalmente de metais, aquecem mais, por qu??

5.   Para dois metais de mesmo material e de espessuras diferentes, o de maior espessura conduz melhor ou pior o calor?

6.   Todos os metais conduzem bem o calor e com mesma intensidade?

Parte B 

B 1. Verifica??o da troca de calor num metal

Para cada grupo, distribua os seguintes materiais e pe?am que sigam as instru??es e realizem o experimento e em seguida responda as quest?es relacionadas. 

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B 2. Material:

Item	Descri??o	Quantidade
01	Percevejos (tachinhas ou alfinetes)	10
02	Parafina (vela)	2
03	Lamparina	1
04	Haste met?lica	1
05	F?sforo	1

B 3. Realiza??o da atividade de troca de calor:

Utilizando parafina, fixe os percevejos ao longo do fio, conforme o esquema da figura 1.

Ap?s fixados os percevejos, coloque uma das extremidades do fio sobre uma chama.

Observe o que ocorre com os percevejos.

Figura 1. Haste met?lica com diversos percevejos colados com parafina e uma extremidade colocada em contato com a chama. Imagem do pr?prio autor.

B 4. O que foi observado sobre o fluxo de calor do metal:

a) Quais percevejos cair?o primeiro, os da esquerda ou da direita da barra? Por qu??

........................................................................................................................................................................................................................

b) Ent?o, de acordo com essa observa??o o calor se propaga de onde e para onde?

.....................................................................................................................................................................................................................

c) Como se chama este tipo de propaga??o de calor?

.............................................................................................................................................

d)  As part?culas do meio migram de uma extremidade para outra para transportar o calor?

........................................................................................................................................................

B 5. Modelo de condu??o de calor em s?lidos:

Pe?a aos grupos que fa?am um modelo para o comportamento dos ?tomos durante a condu??o de calor em s?lidos, representando a agita??o das mol?culas no interior do s?lido.

N?o apresente  o apresentado na figura 2. No modelo pode ser representado por bolinhas que vibram mais intensamente na regi?o que est? mais quente, isto ?, mais pr?ximo da fonte quente, como representado na figura 2.

O modelo apresentado por bolinhas que vibram mais intensamente na regi?o que est? mais quente, isto ?, mais pr?ximo da fonte quente, ? representado na figura 2, obtido do site: http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/calor15.jpg

 

Figura 2. Modelo de condu??o de calor na haste met?lica, onde as mol?culas vibram mais intensamente do lado que est? a chama, e v?o diminuindo a vibra??o a medida que distancia da fonte quente. Imagem obtida do endere?o: http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/calor15.jpg .

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B 6.  Apresenta??o do resultado da parte B pelos grupos

Ap?s a discuss?o das quest?es do experimento B e constru??o do esbo?o, pe?a aos grupos que nomeiem um representante para apresentar cada uma das respostas para as quest?es anteriores e o desenho do modelo de condu??o no s?lido. 

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Parte C 

C 1. Testando a condu??o em materiais diferentes. 

Agora ser?o testados materiais de mesma espessura mais de constitui??o diferentes. Pode ser feito com fios grossos ou hastes. Para cada grupo, providencie os seguintes materiais. Os grupos realizam a atividade proposta a seguir e respondem as quest?es relacionadas.

C 2. Material:

Item	Descri??o	Quantidade
01	percevejos	10
02	Parafina (vela)	2
03	Lamparina	1
04	Hastes met?licas diferentes ou fios grossos	3
05	f?sforo	1

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C 3. Verificando a condu??o em materiais de mesma espessura e diferente constitui??o.

a) Coloque tr?s peda?os de varetas de materiais diferentes juntos em uma das extremidades e separados na outra, como mostra a figura 3.

b) Cole percevejos com parafinas nas extremidades separadas

c) A parte em que as hastes est?o juntas deve ser colocada sobre uma fonte de calor que poder? ser uma chama de uma lamparina.

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Figura 3. Metais com bolinhas na ponta, esquema da montagem para testar qual material ? melhor condutor de calor. Imagem esbo?ada pelo pr?prio autor. 

 C 4. O que foi observado sobre o fluxo de calor em diferentes metais:

Oriente os alunos, para que ao observarem o experimento, anotem o resultado em cada etapa orientado pelas quest?es que seguem.

a)      Em qual dos fios a bolinha caiu primeiro? ...........................

b)      Em qual dos fios a bolinha caiu  por ?ltimo?..................................

c)      Qual dos fios o calor se propaga mais r?pido?..........................

d)     Qual dos fios o calor se propaga mais lentamente?............................................

e)      Dos tr?s materiais, qual ? o melhor condutor de calor? .......................

f)       Dos tr?s materiais, qual ? o pior condutor de calor ?....................................................

g)      O que se pode concluir sobre os coeficientes de condutibilidade t?rmica desses tr?s materiais? .......................................................

h)      Escreva-os em ordem crescente de valores.
....................................menor que ............................ menor que .............................................

i)        Se repetirmos esta experi?ncia usando fios de espessura vari?vel e de mesmo tipo de material para que espessura a condu??o ser? maior .  ...........................................................

j)        Relacione a proporcionalidade da condutividade t?rmica com a espessura e com o comprimento do material

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C 5.   Apresenta??o do resultado da parte C pelos grupos

Ap?s a realiza??o do experimento e discuss?o das quest?es relativas ao experimento da parte C, pe?a aos grupos que nomeiem um representante para apresentar cada uma das respostas para as quest?es anteriores.

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Parte D. Aplica??es e simula??es que apresentem estudo de condu??o

D 1. V?deo que exibe uma experi?ncia semelhante ao que realizamos na parte B, pode ser encontrado no endere?o abaixo:

http://www.youtube.com/watch?v=SyxmQysa1N8

D2. Apresente o v?deo a seguir que ilustra um experimento semelhante ao que foi realizado na parte C, onde a condu??o ? comparada entre materiais distintos.

http://www.youtube.com/watch?v=r85BDphmzBA&feature=related

D 3.  A seguir, uma simula??o ? apresentada, onde ? comparada a condu??o de dois materiais distintos. Anima??o que ilustra a condutibilidade t?rmica: 

http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/images/f/fd/Experiencia.swf

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Figura 4. Ilustra??o da simula??o de condu??o entre dois materiais diferentes. Imagem obtida em: http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/images/f/fd/Experiencia.swf

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D 4. Ao tocarmos materiais diferentes temos sensa??es t?rmicas diferentes. 

1. Pe?a a um aluno de cada um dos grupos que levante e v? at? a porta.
2. Pe?a ao aluno do primeiro grupo que coloque a m?o direita na madeira da porta e a m?o esquerda na ma?aneta met?lica. 
3. Caso n?o tenha uma porta nestas condi??es, leve para sala uma panela met?lica com um cabo de madeira para fazer algo semelhante.
4. Questione aos grupos sobre a sensa??o t?rmica.
5. Pergunte ao aluno em qual das m?os ele teve a sensa??o que est? mais frio.
6. Questione aos alunos, sobre as partes da porta, Se elas estando no mesmo ambiente,  h? grande diferen?a na temperatura destas partes.
7. Pe?a a eles para explicarem o porque desta sensa??o diferente.
8. Ao final conclua com eles que quando tocamos a ma?aneta met?lica de uma porta ou a madeira,  a porta nos parece estar mais quente, mesmo ambos estando no mesmo local, ou seja,  estando ambos praticamente a uma mesma temperatura. A parte met?lica conduz melhor o calor e consequentemente rouba calor de nossa m?o mais rapidamente, o que cria a sensa??o que est? mais fria. De forma an?loga, quando deixamos numa geladeira uma garrafa pl?stica de refrigerante ou uma lata,  ap?s o equil?brio t?rmico com a geladeira a lata nos parece estar mais fria. 

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D 3. Discuss?o das hip?teses iniciais:

Reveja as hip?teses iniciais ap?s a realiza??o das experi?ncias. Fa?a uma discuss?o sobre o que era esperado e o que foi observado. 

Nome	Tipo
Metais - Condu??o de Calor	Anima??o/simula??o

Um v?deo exibe um experimento de condu??o do calor, onde os percevejos colados com parafina v?o caindo sucessivamente. O v?deo esta em:

http://www.youtube.com/watch?v=SyxmQysa1N8

No endere?o a seguir ? poss?vel obter a condutibilidade t?rmica de diferentes materiais

http://www.construclima.com.br/pdf/02.pdf

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Na tabela a seguir, s?o fornecidos alguns valores para o coeficiente  de  condutibilidade t?rmica (K),  de materiais usuais, nas unidades  (Kcal / h * m* ?C).

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Coeficiente de condutibilidade t?rmica

Material	K  (Kcal / h * m* ?C).
?gua (Parada)	0,50
Alum?nio	175
A?o	39
Bloco de Vidro	0,39
Borracha	0,15
Cer?mica	0,40
Cobre	332
Gelo	0,80
Ouro	267
Madeira (Peroba)	0,20
Ferro	40

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Nos slides a seguir, s?o apresentados os principais processos de troca de calor: 

http://www.slideshare.net/exata/transmissao-de-calor-11844147

Ao realizar as atividades desta aula, o aluno deve ser capaz de:

Saber como testar se o material ? um bom condutor de calor.

Representar esquematicamente um modelo para a agita??o das mol?culas de um s?lido, durante a condu??o de calor,  desde a fonte quente at? a outra extremidade. 

Dar exemplos de situa??es em que a boa condu??o de calor ? necess?ria.