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Zero Absoluto e o Quinto Estado da Matéria

 

21/12/2009

Autor e Coautor(es)
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Eziquiel Menta

CURITIBA - PR

SECRETARIA ESTADUAL DE EDUCAÇÃO

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MARCELO CESAR RIBEIRO

CURITIBA - PR

SECRETARIA ESTADUAL DE EDUCAÇÃO

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ROSANGELA MENTA MELLO

CURITIBA - PR

SECRETARIA ESTADUAL DE EDUCAÇÃO

Eziquiel Menta, Rosangela Menta Mello

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Química Transformações: caracterização, aspectos energéticos, aspectos dinâmicos
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula

É muito importante que o aluno conheça as diferentes escalas de temperaturas Fahrenheit, Kelvin e Celsius que existem, e de que maneira essas escalas podem influenciar o estado da matéria.

Duração das atividades
1 Aula de 50 minutos
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

As leis dos Gases

  • Transformação Isotérmica e a Lei de Boyle
  • Transdormação Isobárica e a Lei de Charles
  • Transformação Isocórica e a Lei de Gay-Lussac
  • Equação de Estado do Gás Ideal 
Estratégias e recursos da aula

Momento 01 -

Olá Professor !

Inicie a aula problematizando a seguinte questão com os alunos:

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O átomo, quando atinge a temperatura de 0 Kelvin, ou o Zero Absoluto, pela lógica, não possui movimento, ou seja, seria a perda total de energia de um corpo.

Observe as imagens abaixo e se possível passe-as aos seus alunos:

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Fonte: http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/arch2006-06-11_2006-06-17.html acessado 09/11/09

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Fonte: http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/images/esc_c_k.jpg acessado 09/11/09

A grande maioria das pessoas já ouviu falar do zero absoluto como sendo a menor temperatura possível. Mas o que isto realmente isto significa? Seria realmente a temperatura mais fria ou apenas a menor temperatura que nós somos capazes de medir? Existe uma temperatura correspondente mais alta possível? Segundo Moses Chan, professor de física da Universidade Penn State, nos Estados Unidos, responder a essas questões exige que se entenda exatamente o significado de temperatura.

Zero absoluto"Temperatura é uma medida do grau de desordem ou 'bagunça' de um sistema," explica o professor Moses Chan, da Universidade da Pensilvânia, Estados Unidos. "Quando um sistema é resfriado até o zero absoluto, então aquele sistema está perfeitamente ordenado e todos os seus constituintes - átomos e moléculas - estão no seu devido lugar. Esta é a temperatura mais baixa possível."Esta temperatura mais baixa possível, chamada de zero absoluto ou 0 Kelvin, corresponde a -273.16º C.

Temperatura inatingívelNa verdade nós nunca poderemos usar toda a energia do universo, de forma que a mais alta temperatura possível não é atingível. Mas poderíamos então experimentar pelo menos o outro extremo da escala, o zero absoluto? "Não, nós podemos chegar muito perto, mas nunca ao zero absoluto," explica Chan. Verifique o autor desta citação: REFERÊNCIAS..."Alguns laboratórios, incluindo o nosso aqui na Universidade da Pensilvânia, podem resfriar amostras de vapor até uns poucos nanoKelvins, ou bilionésimos de grau. Mas para trazer algo para uma ordem perfeita, você tem que se livrar de toda a desordem. À medida em que o sistema se aproxima do zero absoluto, torna-se mais e mais difícil remover a desordem."Quinto Estado da MatériaEm 1995, físicos d a Universidade do Colorado, nos Estados Unidos (EUA), concentraram e  congelaram um conjunto de 2 mil átomos de rubídio a uma tempera tura de apenas 170 bilionésimos de grau acima do zero absoluto (273ºC negativos). Com isso, pela primeira vez construíram um condensado de Bose-Einstein - uma minúscula porção de matéria cujas partículas se comportam de maneira extremamente organizada, vibrando com a mesma en ergia e a mesma direção, como se constituíssem um único super átomo. Esse é o quinto estado da matéria, previsto pel o físico alemão Albert Einstein e pelo matemático indiano Satyendra Nath Bose, em 1924.Até então, conheciam-se apenas quatro estados: sólido, líquido, gasoso e plasma. Todos se ligam ao movimento de átomos e de moléculas. Essa movimentação define também a emperatura.Quanto mais eles se mexem, mai s alta ela é; quanto menos se movimentam, mais baixa ela fica. O plas ma, um tipo de gás ionizado, constitui o estado mais caótico, em que os á tomos se movem em diferentes velocidades e direções. A partir daí, a matéria se ordena cada vez mais ao passar para os estados gasoso, líquido e sólido. Mas somente no quinto estado a organização chega ao extremo. Nele, todas as partículas se movem coordenadamente, na mesma direção e em velocidade idêntica. Até o feito dos cientistas norte-americanos, somente se conhecia tal organização na luz. No raio laser, todos os raios luminosos se alinham perfeitamente. Agora os pesquisadores acreditam que com o condensado de Bose-Einstein será possível construir um laser de matéria. Ondas de matéria fluindo com a mesma energia e na mesma direção constituem um instrumento valioso para o estudo das partículasatômicas.

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Fonte: http://www.algosobre.com.br/fisica/quinta-estado-da-materia-o.html acessado 09/11/09

Após as discussões do tema vamos organizar a turma em grupos e aplicar está dinâmica:

roteiros

1. Componentes:

    * Coordenador: pode ser o professor, um conferencista, um diretor da discussão, etc. A sua função é definir bem uma situação e propô-la ao auditório, fazendo-o, depois, fracionar-se em grupos de seis, para que reflitam, opinem ou deliberem sobre a mesma, durante seis minutos.
    * Secretário: tem a função de ir consignando no quadro-negro as opiniões dos pequenos grupos, aproximando idéias afins e consignando, depois, no mesmo local, as conclusões gerais.
    * Auditório: pode ser constituído por pessoas interessadas em determinado tema, assistentes de uma conferência ou pelos educandos de uma classe. Os grupos indicarão, imediatamente, um orientador ou um relator.

2. Desenvolvimento:

    * O coordenador expõe clara e precisamente uma questão, solicitando a cooperação de todos os componentes do auditório para seu estudo, solução ou sugestões de solução.
    * Tendo em vista obter essa cooperação, o coordenador orienta o auditório para que se divida em grupos de 6 membros. O coordenador esclarece, também, que, formado o grupo, cada um deve escolher o seu orientador e o seu relator. O orientador tem por função controlar o tempo e fazer com que todos os membros expressem as suas idéias. O relator deverá anotar as ideais do grupo, estas, d epois de criticadas, selecionadas ou melhoradas, serão lidas para o secretário as consigne no quadro-negro.
    * Formados os grupos de seis, passam então a trabalhar. O grupo pensará du rante um minuto, antes de cada um expor suas idéias. Após cada membro ter-se expressado, haverá a discussão livre e espontânea dessas idéias. Feito isso, será elabo rado um resumo ou tiradas conclusões, que serão anotadas pelo relator.
    * Quando faltar um minuto para se esgotar o tempo, que é de seis minut os, o coordenador avisa os grupos que devem apressar-se para o término de seus trabalhos. Caso o “entusiasmo” seja muito em prosseguir na discussão, o coordenador p oderá conceder mais alguns minutos.
    * Encerrada a discussão, o coordenador convida cada relator a apresentar, para todas as conclusões do seu grupo, que serão consignadas no quadro-negro, pelo secretário. Aliás, conforme a natureza e extensão da questão, as conclusões podem ser apresentadas apenas oralmente, sem consignação no quadro-negro. É possível, também, que cada grupo encaminhe as suas conclusões por escrito para o coordenador, a fim de serem selecionadas e agrupadas por afinidade. Este levantamento poderá fornecer motivo não só para a presente sessão, como também para outra em que as conclusões serão apresentadas e discutidas.
    * O coordenador passará a examinar o material obtido através das sug estões, com a participação de toda a assistência, em forma de discussão, objetivando alcançar soluções ou conclusões que sejam aceitas por todos.
  &nb sp; * Havendo outras questões, o coordenador prepara o ambiente e apresenta uma seguinte, repetindo-se os passos anteriormente indicados.
    * No caso específico de aplicação escolar, o coordenador será o professor que poderá fazer uma apreciação dos trabalhos realizados. As conclusões, se desajustadas, poderão dar margem a que se realizem futuramente simpósios, painéis e foros.

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 1) A imagem demonstra de forma tridimensional a água

Água

Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/10732/agua.jpg acessado 17/11/09

atividade gir

1) Agora você poderá construir um termômetro usando uma coluna de água e introduzir a idéia de escala termométrica.

Termômetro de água

Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/17971/termometro_agua.pdf acessado 17/11/09

referencias gif

NÉRICE, Imídeo G. Metodologia do Ensino: uma introdução. São Paulo: Atlas, 1981. p. 244-248.

SARDELLA, Antonio; Curso Completo de Química. São Paulo: Edito ra Ática, 2º Edição 1999

LEMBO; Química Realidade e Contexto. São Paulo: Editora Ática, 1º Edicação / 6º Impressão 2004

Atkins, P.; Jones, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Editora Bookman, 2001.

Tutomania Maníacos por Conhecimentos

http://www.tutomania.com.br/ acessa do 09/11/09

Inovação Tecnológica Tudo o que Acontece na Fronteira do Conhecimento

http://www.inovacaotecnologica.com.br acessado 09/11/09

Física na Veia

http://fisicamoderna.blog.uol.com.br acessado 09/11/09

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Termômetro de água Experimento prático
Água Imagem
Recursos Complementares

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Propriedades da Água

A água possui características diferenciadas em relação aos compostos em geral.

Exemplos: - Sua densidade em estado sólido (a água fica menos densa em estado sólido).

http://www.youtube.com/watch?v=u13-8QcnmNc acessado 09/11/09

Explicação sobre o condensado de Bose-Einstein (Legendado)

http://www.youtube.com/watch?v=dXiQMmqeLOQ acessado 09/11/09

Explicações sobre os Estados da Matéria

http://www.youtube.com/watch?v=aZ4xOo1vedw acessado 09/11/09

Avaliação

Baseando-se na chamada Terceira Lei da Termodinâmica, os cientistas afirmam que é impossível atingir o ZERO ABSOLUTO. Será realmente verdade? Faça sua defesa frente a esse questionamento feito pelos cientistas em um texto argumentativo, justificando seu ponto de vista. Deve possuir de 20 a 30 linhas.

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