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Entendendo a Sensação Térmica dos Materiais

 

16/02/2009

Autor e Coautor(es)
ANDREA MARQUES LEAO DOESCHER
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PRESIDENTE PRUDENTE - SP UNOESTE COLEGIO ENSINO MEDIO E PROFISSIONAL

Erwin Doescher e Bruno Pagliarani Mattiazzo

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Física Calor, ambiente e usos de energia
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
* Mostrar que a sensação de frio ou quente depende da condutividade térmica do objeto tocado.
Duração das atividades
Aproximadamente 100 minutos, duas (2) aulas.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Temperatura; Calor.
Estratégias e recursos da aula

As estratégias utilizadas serão:

• Aula interativa;
• Aula conceitual;
• Desenvolvimento de um experimento. Observamos que o professor deverá solicitar previamente aos alunos os materiais (como segue na Tabela 1 abaixo) necessários para a realização do experimento nestas aulas.

Motivação:

Sugerimos que o professor inicie a aula pedindo para que os alunos encostem uma mão na parte de madeira da carteira (Fig. 1), ou em qualquer outro objeto de madeira (mesa, lápis, árvore), e a outra mão na parte de ferro ou algum outro objeto de metal (janela, lataria de um carro, panela). Em seguida, pergunte aos alunos se os dois materiais estão na mesma temperatura.
Ao tatear os dois objetos os alunos terão sensações térmicas diferentes. Como os dois objetos estão em uma sala fechada (no mesmo ambiente), eles deverão estar na mesma temperatura - a ambiente. Contudo, não é isso que os alunos sentirão. Assim que eles tatearem a madeira e o metal, terão a sensação de que o metal está mais gelado, enganado pelos seus sentidos.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1614/imagens/carteira.JPG

Figura 1 – Carteira Escolar
Imagem disponível em:
http://www.tapflex.com.br/imagens/escolar/cadcart_maq11_61.jpg. Acesso em: 03 fev. 2009

É importante que o professor também pergunte aos alunos o que eles entendem sobre “sensação térmica”.
Após ouvir as respostas dos alunos e incentivar a discussão entre eles, o professor deverá destacar que eles poderão entender melhor se há ou não diferença de temperatura dos materiais através do desenvolvimento do experimento que será realizado nestas aulas.

Atividade 1

Após as discussões, estando os alunos organizados, em duplas ou trios, o professor deverá apresentar o recurso (que se trata de uma experiência) postado abaixo:

 

 

A idéia do experimento é segurar duas vasilhas (Fig. 2), uma em cada mão, contendo a mesma quantidade de água quente e com temperaturas iguais. Sendo uma vasilha feita de material que seja um bom condutor de calor (por exemplo, alumínio, ferro ou qualquer outro metal) e outra feita de material que seja um mal condutor de calor (por exemplo, porcelana e plástico).

 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1614/imagens/canecas.JPG

Figura 2 – Canecas de alumínio (1) e porcelana (2).

É importante destacar que essa experiência é importante no estudo de Física, especificamente Termodinâmica, pois mostra que a sensação térmica de algum objeto depende da condutividade térmica deste - por isso sentimos um material como mais quente e um outro como mais frio, estando ambos num mesmo ambiente.

A lista de materiais necessários para a realização desta experiência encontra-se na Tabela 1 abaixo.

Tabela 1 – Lista de Materiais

Item Observações
Uma caneca de porcelana  
Um copo de alumínio Pode ser uma lata de refrigerante.
Água quente
 O suficiente para encher a caneca e o copo.


Para a montagem do experimento, o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:

  • Despejem a mesma quantidade de água quente dentro da caneca de porcelana e dentro do copo de alumínio (Fig. 3).
  • Esperem 30 segundos para que a caneca de porcelana fique na mesma temperatura que a água quente.
  • Segurem o recipiente de alumínio e a caneca, uma em cada mão.
  • Sintam a temperatura de cada um deles.

 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1614/imagens/canecas2.JPG

Figura 3 – Representação do experimento: copo de alumínio e caneca de porcelana com água (fria ou quente)


O professor deverá perguntar aos alunos qual caneca está mais quente e porque.
Muito provavelmente, o professor verificará que muitos alunos irão dizer que a caneca de alumínio está mais quente do que o copo de porcelana. É importante que o professor destaque que a água que foi colocada nas duas canecas está na mesma temperatura, podendo até mesmo ser comprovada se o professor usar dois termômetros nas canecas (um em cada recipiente).

Feito isto, faz-se necessário que o professor conclua, juntamente com os alunos, que seria impossível que os recipientes estivessem em temperaturas distintas (um mais quente do que o outro), o que implica que o fluxo de calor da água que passa para as mãos é maior no recipiente de alumínio que no de porcelana. Desta forma, tem-se a sensação que o recipiente de alumínio está mais quente que o de porcelana e que o fluxo de calor na caneca é menor porque a porcelana não conduz calor tão bem quanto o alumínio. Concluindo, devido à condutividade do alumínio ser mais alta que a da porcelana, se tem a impressão que o recipiente de alumínio está mais quente.

O professor deverá destacar que apesar deles terem a sensação que a temperatura do recipiente de alumínio é maior do que a da caneca, ambos estão na mesma temperatura - que é a temperatura da água dentro deles.

Observamos ainda que, esta experiência poderá ser feita usando água gelada ao invés de água quente, pois o importante é que os alunos sintam as sensações térmicas em dois materiais a uma mesma temperatura.

Atividade 2

Após a realização da atividade anterior, bem como feitas as considerações apontadas acima, sugerimos que o professor apresente o seguinte vídeo (Fig. 4) aos alunos:
http://br.youtube.com/watch?v=_uCp0NOts34

 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1614/imagens/video.JPG

Figura 4 – Imagem do vídeo “Mago da Física - Condutividade Térmica”

Este vídeo apresenta duas experiências muito interessantes: a primeira demonstra que quando encostamos a chama de um fósforo numa bexiga com água ela não estoura, devido a água receber o calor mais rapidamente do que a bexiga o usa para estourar. A segunda experiência demonstra que quando aproximamos a chama de um fósforo num pedaço de papel envolvendo um cone de ferro este papel não pega fogo, pois o metal é um excelente condutor de calor, absorvendo assim o calor emitido pelo fósforo antes do papel pegar fogo.

O objetivo deste vídeo é mostrar que existem materiais que conseguem absorver ou emitir calor mais rápido que outros, demonstrando assim que existem sensações térmicas diferentes para cada material que estão numa mesma temperatura.

Ao término destas atividades, retome a pergunta inicial da aula (sobre a madeira e metal) e favoreça que os alunos cheguem a conclusão de que: os dois objetos ou materiais estão na mesma temperatura, mas a condutividade ou sensação térmica deles depende de cada um dos materiais.

 

SUGESTÕES 1

O professor poderá fazer os seguintes questionamentos aos alunos: “Caindo na pele, uma gota de água a 90ºC queima. Um balde ou panela de água a 90ºC (Fig. 5) queima muito mais. Por que isto acontece se a temperatura da água é a mesma?”. 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1614/imagens/canecas3.JPG

Figura 5 – Água numa temperatura alta
Imagem disponível em: http://www.thenext.com.br/loja/images/NXTfis083.jpg. Acesso em: 03 fev. 2009

É importante que o professor incentive a discussão entre os alunos a respeito desta pergunta, bem como medie esta, favorecendo a formação da construção do saber de que a sensação de queimado depende da quantidade de calor transferida para o corpo através da pele. Nesse caso, a temperatura e a substância que transfere calor para a pele são as mesmas, mas a massa de água no balde é muito maior que a contida na gota. Como a quantidade de calor transferida depende diretamente da massa da substância, o balde de água transfere uma quantidade de calor muito maior e queima muito mais.

 

Recursos complementares

Teoria e experimentos:
http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_40.asp

www.inmet.gov.br/html/clima/clima.html - Fica a caráter do professor trabalhar esse texto com os alunos, pois ele trabalha das sensações térmicas na visão da climatologia. Podendo relaciona - lá com o tema dá aula.

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Metal: mais frio ou mais quente Experimento prático
Avaliação
Avalie a participação e envolvimento dos alunos nas discussões e no desenvolvimento dos experimentos.
Opinião de quem acessou

Quatro estrelas 3 classificações

  • Cinco estrelas 2/3 - 66.67%
  • Quatro estrelas 1/3 - 33.33%
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Opiniões

  • aline, escola estadual de ensino fundamental e medio arariboia , Espírito Santo - disse:
    aline.batista@hotmail.com

    12/04/2011

    Cinco estrelas

    muito curioso espetacular nunca imaginei que acontecia isso parabens voce é muito inteligente


  • Ana Cláudia, Escola Estadual Quinto Alves Tolentino , Minas Gerais - disse:
    brunabsm94@hotmail.com

    03/04/2011

    Cinco estrelas

    Adorei Muito boa.... Uma ótima apresentação de conteúdo , com materiais acessíveis a qualquer unidade de ensino.. Simples e objetivo


  • Ana, pessoa física , Minas Gerais - disse:
    ap.anapaulass@yahoo.com.br

    04/07/2010

    Quatro estrelas

    Isso sim é qualidade de ensino. É o tipo de aula que os alunos nunca esquecem. Prende a atenção, puxa o raciocínio... todos participam. Parabéns.


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