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Saber como ocorre as trocas de calor nos fluidos.

Representar o movimento de fluidos de diferentes temperaturas em um mesmo recipiente.  

Entender fisicamente o porque das correntes de convec??o . 

2 aulas (100 min)

Temperatura , calor.

Trocas de calor: Desenvolvimento

A.   Import?ncia de entender como ocorre o transporte de calor nos fluidos:

Ao iniciar esta aula, ressalte a import?ncia de entender como ocorre o transporte de calor nos fluidos:

Saber como o calor ? trocado nos fluidos facilitar? entender como os l?quidos trocam calor, como o ar condicionado resfria o ambiente, como os alimentos se mantem frios numa geladeira. Como ocorre a oxigena??o das ?guas num lago, como se formam os ventos. Este mecanismo de troca de calor ocorre em todos os fluidos. Ocorre no oceano, na atmosfera e at? no interior de estrelas.

A principal caracter?stica da troca de calor nos fluidos ? a movimenta??o de part?culas. Nos l?quidos, o calor ? trocado devido ao transporte de mat?ria.

Veja as imagens da figura 1 e 2, onde s?o indicadas correntes ascendentes e descendentes em l?quidos e no ar (fluidos).

Figura 1.  Correntes ascendentes e descendentes  que se formam em l?quidos e gases, denominadas correntes de convec??o.
Imagem obtida no endere?o: http://rogeriofisica.files.wordpress.com/2010/03/corrente_conveccao.jpg

Figura 2.  Correntes ascendentes e descendentes na forma??o dos ventos, que fluem do litoral para o continente durante o dia, devido a diferen?a entre as temperaturas das superf?cies sobre o oceano e sobre o continente. Os ventos s?o formados devido a diferen?a de temperatura existente entre locais. Vento forte-nuvens. Imagem obtida no endere?o: http://www.aeronline.com.br/artigo/t28.jpg

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B.    Hip?teses

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

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1.    O calor nos fluidos ? transportado instantaneamente para todo ele?

2.    Nos fluidos, o calor ? passado de uma regi?o para outra pelo deslocamento de part?culas do meio?

3.    Na panela contendo l?quido, a regi?o em contato com a chama aquece e o calor flui ao longo do l?quido de que maneira?

4.    A regi?o mais quente de um fluido fica menos densa e sobe?

5.    Nos fluidos sempre existir?o correntes ascendentes e descendentes?

6.    O que provoca a movimenta??o dos fluidos? ? causada pela diferen?a entre os volumes, ou seja, das densidades distintas das partes quente e fria do fluido?

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C.   Motiva??o Inicial:

Diga aos alunos que, nesta aula, ser? realizada uma atividade semelhante a que est? no v?deo do link abaixo. Antes de iniciar as experi?ncias, apresente o filme a seguir. Ele mostra de forma criativa e simples o deslocamento de l?quidos de temperaturas distintas para sentidos opostos. Com este filme ? poss?vel levantar uma discuss?o sobre a convec??o e motivar os alunos a realizarem as tarefas seguintes:

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

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D.    Verifica??o da troca de calor num fluido

Para cada grupo, distribua os seguintes materiais e pe?a para que sigam as instru??es, realizem o experimento e em seguida respondam as quest?es relacionadas. Pe?a, tamb?m, que anotem no roteiro, que deve ser entregue no in?cio da atividade, com espa?o para resposta, como segue.

D1 Material:

Item	Descri??o	Quantidade
01	Recipiente transparente de 5 litros	1
02	Vidro de rem?dio pequeno vazio	2
03	corante aliment?cio (2 cores) vermelho e azul preferencialmente	2
04	?gua (fria, ambiente e quente)	1
05	Gelo	200 g
06	Ebulidor	1

D 2.  Realiza??o da atividade de troca de calor nos fluidos.

1? Parte ? Mergulhando o vidro com ?gua gelada no aqu?rio.

a)      Encha o b?quer com ?gua a temperatura ambiente.

b)      Prepare em um copo um pouco de ?gua com gelo de forma que fique bem mais fria que a ?gua do b?quer.

c)       Mergulhe lentamente, para n?o agitar o l?quido do recipiente, o vidro contendo ?gua gelada colorida (com corante 1 - azul).

          com o dedo na tampa do vidro para que a ?gua n?o saia antes de chegar ao fundo do recipiente.

d)      Ao deixar o vidro no fundo do b?quer tombado, retire a m?o devagar para n?o perturbar a ?gua, figura 3.

Figura 3. Ilustra??o da inser??o do recipiente transparente com o vidro contendo ?gua gelada colorida (com corante 1). Imagem do pr?prio autor.

D 3. O que foi observado quando se mergulhou o vidro com ?gua fria e corante 1.

a) Houve deslocamento da ?gua mais fria contida inicialmente no vidrinho?...............

b) De que maneira?

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

c) lustre na figura 3 acima.

d) Como se chamam as correntes de l?quido formadas devido ? diferen?a de temperatura?

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

2? parte: Mergulhando o vidro com ?gua quente no aqu?rio.

A)     Ap?s ser observado como se d? o movimento das correntes de l?quido ou ar frio, coloque no mesmo recipiente que cont?m o primeiro vidro e seu corante 1, um outro vidro contendo ?gua quente e corante 2.

B)     Deve ser colocado lentamente e destampado somente quando estiver no fundo do recipiente.

C)     Este vidro pode ser deixado em p?, como ilustrado na figura 4.

Figura 4. Ilustra??o do recipiente transparente, com os vidros contendo ?gua gelada colorida com corante 1 e o vidro contendo ?gua quente com corante 2. Imagem do pr?prio autor.

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 D 4. O que foi observado quando se mergulhou o vidro com ?gua quente e corante 2.

A) Para onde se deslocou o l?quido 2?

B) Ilustre na figura acima, com cores diferentes,  como ficaram os l?quidos nos recipientes.

C) Qual dos l?quidos tem maior densidade?....................................

D) Explique fisicamente o motivo para tal deslocamento.          
            ....................................................................................................................................................................................

E) Explique tamb?m, porque numa geladeira o congelador deve ser colocado na parte superior.

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

E. Apresenta??o do resultado pelos grupos

Ap?s a discuss?o das quest?es do experimento, peca aos grupos que nomeiem um representante para apresentar cada uma das respostas para as quest?es anteriores.

F. Discuss?o das hip?teses iniciais:

Ap?s a realiza??o das etapas anteriores e da apresenta??o dos resultados obtidos pelos grupos, pe?a aos alunos que retornem aos grupos e reavaliem as hip?teses iniciais.

Ap?s a reavalia??o das hip?teses pelos grupos, a an?lise do que foi mudado deve ser apresentada novamente, para que numa discuss?o coletiva seja sanadas as eventuais controv?rsias, evidenciando as caracter?sticas do movimento de convec??o que ocorre para os fluidos, como pode ser observado no esquema da figura 5.

Figura 5. Movimenta??o do ar. Representa??o que ar quente sobe e ar frio desce. Imagem obtida de: http://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2009/03/arquenteargelado.jpg

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 G. A chama de um forno funciona melhor se for posicionada do lado do assado ou por baixo?

G 1 Experimento de convec??o com dois term?metros:

Agora que as principais habilidades sobre a troca de calor foram adquiridas, cada aluno dever? descrever a experi?ncia proposta no v?deo a seguir.

Um experimento simples usando dois term?metros, um suporte e uma vela acesa pode exemplificar a convec??o, de acordo com a figura 6.
Apresente o v?deo: http://www.youtube.com/watch?v=0V6_imnbJJQ

Figura 6. Montagem do experimento simples, usando dois term?metros, um suporte e uma vela acesa para exemplificar a convec??o. Imagem obtida do v?deo: http://www.youtube.com/watch?v=0V6_imnbJJQ

G 2.  Separe para cada grupo o seguinte material :

• Dois term?metros
• Vela
• F?sforo 
• Suporte do tipo trip?

G 3. Realiza??o da experi?ncia do v?deo

Agora pe?a aos grupos, que repitam a experi?ncia e anotem na tabela seguinte os valores observados para a temperatura nos dois term?metros 1 e 2 a cada 2 minutos.

Neste experimento, dois term?metros s?o posicionados equidistantes da chama, como pode ser observado na figura 6. O term?metro 1 ? o colocado em cima da chama a 4 cm dela e e o outro, o term?metro 2 , deve ser posicionado a 4 cm da chama, mas ao lado dela, ou seja, esta distancia ? horizontal.  A temperatura deve ser anotada na tabela abaixo a cada instante. 

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Temperatura em fun??o do tempo para dois term?metros equidistantes de uma chama um sobre ela (1)  e outro do lado da mesma (2). 

Tempo (min)	Temperatura 1 (oC)	Temperatura 2(oC)
2	?	?
4	?	?
6	?	?
8	?	?
10	?	?
12	?	?
14	?	?
16	?	?
18	?	?
20	?	?
22	?	?

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G 4. Constru??o do Gr?fico 

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Ap?s preencher a tabela, os alunos devem  construir num mesmo gr?fico a temperatura de cada term?metro em fun??o do tempo e observar o comportamento deles.  

Pe?a a um representante de cada grupo, para explicar para os demais colegas o que foi observado nos gr?ficos dos dois term?metros.

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Explicando a convec??o:

http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/propaga.htm#conveccao

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No endere?o a seguir ? explicado como funciona o ar condicionado:

http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/arcondi.htm

No filme a seguir, um bal?o contendo g?s ? resfriado com nitrog?nio l?quido e se murcha. Logo depois ele se aquece com a temperatura do ambiente e aumenta de volume o que podemos concluir que o ar frio ? mais denso, pois ocupa menor volume, pois a densidade ? a raz?o entre a massa e o volume,  d = m/V. O filme pode ser acessado em:

http://www.youtube.com/watch?v=aqvXzpwV6OA&feature=endscreen&NR=1

Ap?s a realiza??o destes experimentos o aluno deve ser capaz: 

Explicar porque o  congelador de uma geladeira fica na parte superior.

Explicar porque a chama do queimar de um forno de fog?o dom?stico fica debaixo do tabuleiro.

Porque as diferen?as de temperatura formam os ventos.