Portal do Professor

• Compreender as diferen?as entre os dois tipos de energia: recebida do Sol e refletida pela Terra;

• Aplicar de maneira coerente os conceitos de absorvidade, refletividade e transmissividade;

• Identificar qualitativamente a reflex?o e absor??o de radia??o solar envolvendo a atmosfera terrestre;

• Entender o porqu? da denomina??o ?estufa?, ao comparar o Planeta  Terra a uma estufa utilizada para cultivar plantas.

De 2 a 3 aulas com a dura??o de 50 minutos cada.

• Conceito de calor;

• Fontes de calor;

• Espectro eletromagn?tico;

• Introdu??o ao tema transfer?ncia de calor por irradia??o.

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O clima ou conjunto de aspectos meteorol?gicos em um determinado tempo sobre determinada regi?o se deve principalmente ? intera??o existente entre os campos magn?ticos do sol e da Terra. Devido ? alta transpar?ncia da atmosfera ? luz solar, tem-se o efeito estufa como o processo cont?nuo pelo qual o Planeta Terra mant?m sua temperatura pr?pria para a sobreviv?ncia dos diferentes ecossistemas existentes.

Esta aula prop?e uma investiga??o pr?via do efeito estufa com base no conceito descrito acima, onde os alunos poder?o utilizar materiais de simples manejo e obten??o. A aula ? indicada ? faixa et?ria aproximada de 12 a 14 anos, a confec??o das caixas pode ser realizada em qualquer espa?o (preferencialmente aberto) da escola.

Ela ? dividida nas seguintes etapas:

• Etapa 1: Explica??o pr?via da defini??o de calor;

• Etapa 2: Definir efeito-estufa com o intuito de concluir que o g?s carb?nico ? o principal respons?vel pela reten??o do calor. As compara??es das atmosferas de V?nus e da Terra devem subsidiar tal conclus?o;

• Etapa 3: Constru??o de uma caixa-estufa para demonstra??o e constata??o por parte dos alunos com rela??o ao que o professor abordara;

• Etapa 4: Constru??o de uma segunda caixa submetida ?s mesmas condi??es meteorol?gicas da anterior para fins de compara??o.

Materiais para confec??o das caixas-estufa:

• Placas finas ou m?dias de madeira de diversos tamanhos;

• Papel de cor preta;

• 2 Term?metros de tamanhos quaisquer;

• Uma serra fina (apenas o professor respons?vel deve utiliz?-la);

• Martelo pequeno;

• Pregos pequenos ou m?dios;

• Peda?o de vidro transparente;

• Tesoura.

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Primeira Etapa ? Defini??o de Calor

Nesta etapa ? importante distinguir introdutoriamente o significado dos termos ?temperatura? e ?calor?. Visto que temperatura ? um par?metro para medir a intensidade da agita??o de mol?culas, ou seja, o grau em que a energia cin?tica se transforma em energia t?rmica, sendo esta a defini??o de calor. Sugere-se que o professor fa?a uma analogia com objetos comuns do cotidiano que transmitam calor, como por exemplo, l?mpadas, placas de metal (como a existente no ferro de passar roupa), uma jarra contendo ?gua sendo aquecida, dentre outros. Por fim, o professor poder? explanar o tema efeito-estufa, utilizando como ilustra??o a seguinte imagem:

Fonte: Portal S?o Francisco.

Assim, a partir do entendimento dos itens da imagem anterior, ? importante a posterior compara??o com o efeito-estufa ilustrado mais adiante.

Segunda Etapa ? O Efeito Estufa e a Compara??o entre as atmosferas de V?nus e da Terra

Efeito-estufa: O clima ou conjunto de aspectos meteorol?gicos em um determinado tempo sobre determinada regi?o se deve principalmente ? intera??o existente entre os campos magn?ticos do sol e da Terra. Devido ? alta transpar?ncia da atmosfera ? luz solar, tem-se o efeito estufa como o processo cont?nuo pelo qual o Planeta Terra mant?m sua temperatura pr?pria para a sobreviv?ncia dos diferentes ecossistemas existentes. Com base no Relat?rio de 2007 do IPCC (Painel Intergovernamental de Mudan?as Clim?ticas) o Efeito Estufa consiste, basicamente, na a??o do di?xido de carbono e outros gases sobre os raios infravermelhos refletidos pela superf?cie da terra, reenviando-os para ela, mantendo assim uma temperatura est?vel no planeta. Ao irradiarem a Terra, os raios luminosos oriundos do Sol s?o absorvidos, transformados em calor e s? parte destes chegam a deixar a Terra, sendo assim refletidos para o espa?o. Em consequ?ncia da a??o refletora, os chamados "Gases de Efeito Estufa" (di?xido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos ? CFCs e ?xidos de azoto) reagem na atmosfera, bloqueando tal radia??o reenviando-a para a superf?cie terrestre na forma de raios infravermelhos. Por?m, o ac?mulo destes gases que se combinam impede a passagem de parte da radia??o para o espa?o causando o aumento da temperatura m?dia do Planeta. Conforme os GCMs (Modelos Gerais de Circula??o) utilizados para a simula??o do clima, se a concentra??o de g?s carb?nico dobrar, nos pr?ximos cem anos a referida temperatura poder? sofrer um aumento entre 2,0 e 4,5?C, o que n?o s? ir? alterar o clima em n?vel mundial como tamb?m ir? aumentar o n?vel m?dio das ?guas do mar em, pelo menos, 30 cm (trinta cent?metros). Acarretando a interfer?ncia na vida de milh?es de habitantes das ?reas costeiras mais baixas. 

Fonte: GreenitBrasil.

Nesta etapa ? importante a compara??o por meio de imagens para a melhor fixa??o e aprendizado por parte do p?blico alvo. Sugere-se a leitura pr?via e abordagem desta compara??o pelo professor com base no artigo ?V?nus? do Centro de Divulga??o da Astronomia da Universidade de S?o Paulo (USP) contido no link a seguir: http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/sistema-solar/venus.html.

Fonte: Centro de Divulga??o da Astronomia da Universidade de S?o Paulo - USP.

Terceira e Quarta Etapas ? Confec??o das caixas 

Procedimento para confec??o das caixas

1 - Corte as placas de madeira com a serra fina de modo a formar uma pequena caixa estreita que comporte o term?metro em quest?o. Ser?o necess?rios 5 partes como na ilustra??o a seguir, se dividindo em partes de mesmo tamanho: 2 partes (frontal e traseira),  2 partes (laterais esquerda e direita). Base de tamanho diferente (5? parte). Imagem ilustrativa, os tamanhos podem ser diferentes.

Cr?ditos da imagem exemplificada: Ao autor e co-autor.

2 - Confeccione duas caixas iguais (caixa 1) e (caixa 2).

3 - Com o aux?lio da tesoura recorte o papel preto e forre o interior de ambas as caixas.

4 - Coloque um term?metro em cada caixa.

5 - Sobre uma das caixas (caixa 1) posicione o peda?o de vidro transparente de maneira que esta fique coberta pelo mesmo, enquanto que a segunda caixa (caixa 2) permane?a descoberta. As caixas montadas de acordo com o procedimento devem ficar conforme a imagem abaixo:

6 - Observe as temperaturas iniciais do interior das caixas e anote-as.

7 - Deixe as duas caixas expostas ao sol por 30 minutos.

8 - Ap?s este tempo de exposi??o observe as temperaturas finais do interior das caixas e anote-as.

T?pico Adicional: Imagens Referentes ? Avalia??o

Figura 1 - Fontes de Calor.

Figura 2 - Efeito Estufa em Propor??es. 

Figura 3 - Tabela comparativa das atmosferas de V?nus e da Terra.

Figura 4 - Estufa para o cultivo de plantas.

Um recurso interessante e muito did?tico ? fazer uso de softwares criados de simples manipula??o para a simula??o do clima e bem como tamb?m a observa??o deste em tempo real. A seguir algumas sugest?es:

• Google Earth: permite observar o Planeta Terra de v?rias perspectivas e em qualquer lugar do mundo, pode-se tamb?m ver o clima dentre outras coisas em tempo real. Programa desenvolvido pela Google. SA., ? gratuito e de f?cil utiliza??o, download no link: http://www.baixaki.com.br/download/google-earth.htm. Maiores informa??es em -http://www.google.com.br/intl/pt-BR/earth/index.html;

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• Simulador do Ciclo do Carbono e da emiss?o de CO₂ na atmosfera durante o passar das d?cadas: simulador desenvolvido pela SEED Science (Schlumberger Excellence in Educational Development) com a colabora??o do Instituto de Sustentabilidade (http://www.donellameadows.org/) e a Sociedade de Aprendizado Organizacional (http://www.solonline.org/?home). Link de acesso ao simulador:  http://www.planetseed.com/files/uploadedfiles/Science/Features/Earth_Science/Global_Climate_Change_and_Energy/anim/challenge/pt/climateChangeChallenge.html?width=835&height=680&popup=true. Maiores informa??es em - http://www.planetseed.com/pt-br/relatedarticle/o-desafio-do-clima-nossas-opcoes.

Sugerem-se as seguintes quest?es como avalia??o referente ?s etapas da aula:

Primeira e Segunda Etapa

1) Ao ligar uma l?mpada incandescente de 100 W, por exemplo, o que ela emite ao espa?o que est? ao seu redor?

2) Sugerindo que suas m?os se aproximem a alguns cent?metros da l?mpada, sua resposta ? quest?o anterior permaneceria a mesma?

3) Luz, raios, calor, radia??o, energia: afinal de contas, estes termos s?o sin?nimos? Representam a mesma coisa? D? sua opini?o.

4) Observe os corpos da Figura 1 (Fontes de calor). Eles s?o fontes de calor, pois s?o mais quentes que o ambiente que os circunda, o que faz com que o calor flua espontaneamente a partir deles. Calor e luz s?o formas de energia. Quando um corpo emite calor, necessariamente emite luz? E a rec?proca ? verdadeira?

Terceira e Quarta Etapas

1) Voc? esperava o resultado observado? Qual das caixas atingiu maior temperatura? Construa uma justificativa a partir dos elementos presentes nas duas caixas.

2) Observe o desenho da Figura 2 (Efeito Estufa em Propor??es) e construa uma tabela, organizando percentualmente o destino dos raios solares ao chegar ? atmosfera terrestre.

3) Qual ?, aproximadamente, a absorvidade, refletividade e transmissividade da atmosfera terrestre em rela??o aos raios solares? 

4) Observe e compare os dados do planeta Terra e do planeta V?nus de acordo com a Figura 3 (Tabela comparativa das atmosferas de V?nus e da Terra). Que caracter?sticas s?o muito parecidas ao compararmos os dois planetas? Que  caracter?sticas s?o discrepantes?

5) Elabore uma explica??o baseada nas evid?ncias que constam na Figura 3. para a ocorr?ncia de uma temperatura moderada em nosso planeta em rela??o ? temperatura de V?nus.

6) As estufas s?o constru?das para manter a temperatura no interior da casa onde se cultivam plantas acima da temperatura em seu exterior. Elabore uma s?ntese do efeito estufa na atmosfera terrestre, a partir do desenho da Figura 4 (Estufa para o cultivo de plantas) e das investiga??es realizadas.

Refer?ncia das Atividades:

Barbosa, L.G.D?C. (2007), O Ensino de Conceitos de Termodin?mica a partir do tema aquecimento global, Monografia, Departamento de Especializa??o de Ensino de Ci?ncias,  CECIMIG/FaE/UFMG, Belo Horizonte, 55 p., jul. 2013.

Refer?ncia Adicional:

Painel Intergovernamental de Mudan?as Clim?ticas - IPCC (2007). Dispon?vel em:<http://www.ipcc.ch/>. Acesso em: 13 jul. 2013.