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Entendendo as Mudanças de Estado dos Materiais na Termodinâmica

 

24/03/2009

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
* As Mudanças de Estados Físicos (Sólido para o Líquido e vice versa, Líquido para o Gasoso e vice versa) dos materiais quando aquecidos ou resfriados.
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 Tabela 1 necessários para a realização do experimento nestas aulas.


Atividade 1

Estando os alunos organizados, em grupos de quatro ou cinco integrantes, na sala de aula, o professor deverá entregar o recurso (que se trata de uma experiência) postado a seguir.

Recurso:

 

Link do Recurso no site do Portal do Professor:
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/13609/mudancadeestado1.pdf


O recurso acima consiste num experimento (Fig. 1)  que aborda as mudanças de estado físico (de sólido para o líquido, de líquido para  o sólido e de líquido para o gasoso),  de uma determinada matéria, através da utilização da parafina.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/vela2.JPG

Figura 1 – Imagem do experimento.


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


Tabela 1 – Lista de Materiais

Item Observações
Uma vela  Para aquecer e retirar parafina
Caixa de palitos de fósforo  Para acender a vela
Uma colher de sopa Para colocar a parafina
Um estilete  Para retirar da vela a parafina a ser derretida

 

É importante destacar que essa experiência é de grande valia no ensino de Física, na área da termodinâmica, pois ela propicia a demonstração de que, a uma certa temperatura, os materiais mudam de estado físico.

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

  • Retirem com o estilete cerca de três milímetros cúbicos de parafina do lado da vela.
  • Coloquem na colher a parafina que foi retirada (Fig. 2).

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/colher.JPG

Figura 2 – Parafina colocada na colher.

  • Fixem a vela em algum lugar seguro e a acendam.
  • Segurem a colher logo acima da chama da vela.
  • Esperem a parafina derreter.
  • Retirem a colher de cima da chama e esperem a parafina esfriar até voltar para o seu estado sólido.
  • Voltem a segurar a colher logo acima da chama da vela.
  • Esperem até que a parafina se decomponha, passando para o estado gasoso (Fig. 3).

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/parafina.JPG

Figura 3 – Parafina sendo evaporada.

 

Favoreça, neste momento, que os alunos concluam que na temperatura ambiente a parafina está no estado sólido, quando aquecida ela vira líquido e se for fornecido mais calor ela evapora. Na hora que a parafina está no estado líquido e é retirada do fogo ela virá sólido, pois perdeu calor para o meio (ar).

Sugestão:

Após a explicação sobre o processo da parafina, sugerimos que o professor relacione as mudanças de estado da parafina com as da água, principalmente na formação das chuvas (Fig. 4). Assim, pergunte aos alunos se eles sabem como a água (em estado líquido) do mar ou do rio virá gás. Pergunte sobre o caso contrário também, quando as nuvens, que são um aglomerado de gases (água, nitrogênio, hidrogênio e outros), torna-se água (em estado líquido), caindo na terra, rios, mares etc. em forma de chuva.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/chuva.jpg

Figura 4 – Chuva em alto mar.
Imagem disponível em: http://segundavida.blogs.sapo.pt/arquivo/chuva.jpg. Acesso em: 04 mar. 2009
 

Favoreça que os alunos cheguem na conclusão que na temperatura ambiente a água do mar ou do rio está no estado líquido, quando ela é aquecida pelo sol, ela evapora e se transforma em gás (igualmente quando a parafina no estado líquido é aquecida pelo fogo), se acumulando no céu e formando as nuvens. Com o passar do tempo às nuvens concentram uma grande quantidade de água gasosa e com o resfriamento dela nas nuvens esse gás se transforma em líquido e cai em forma de chuva. Essa inversão de mudança de estado (gasoso para o líquido) pode ser relacionada com a inversão da parafina líquida para o estado sólido.

É importante destacar aos alunos que podemos presenciar a mudança de estado dos materiais em várias outras ocasiões, tais como: a água que se transforma em gelo no congelador - líquido para o sólido (Fig. 5); a água para fazer café, que é aquecida até sair bolhas ou gás - líquido para o gás (Fig. 6); a roupa molhada pendurada no varal que fica seca - líquido em gás e diversos outros exemplos.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/cubo_de_gelo.jpg

Figura 5 – Cubo de gelo.
Imagem disponível em: http://www.digitalphoto.pl/foto_galeria/4123_2008-0684_b.jpg. Acesso em: 09 mar. 2009

 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/canecas3.JPG

Figura 6 – Água fervendo.
Imagem disponível em: http://www.thenext.com.br/loja/images/NXTfis083.jpg. Acesso em: 09 mar. 2009

 

CURIOSIDADES:

O professor poderá fazer o seguinte questionamento aos alunos: “Vocês põem água para ferver em uma panela (Fig.7). Que alteração a intensidade da chama do fogão causa na temperatura da água antes da fervura e durante ela (com a água já em ebulição)?”.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1767/imagens/panela.jpg

Figura 7 – Panela sendo aquecida.
Imagem disponível em: http://br.geocities.com/saladefisica8/termologia/latente50.jpg. Acesso em: 04 mar. 2009


É importante que o professor incentive a discussão entre os alunos a respeito desta pergunta, bem como medie a mesma, favorecendo a formação da construção do saber de que antes da fervura, quanto mais intensa a chama, mais rapidamente a temperatura da água sobe. Depois que a água entra em ebulição, a intensidade não influi mais na temperatura, mas na quantidade de água que se transforma em vapor em determinado intervalo de tempo. Ou seja, depois que a água entra em ebulição, quanto mais intensa a chama, maior a razão entre a massa de água transformada em vapor e o tempo correspondente (1).

 

Referências Bibliográficas
(1) – Gaspar, Alberto. Física 1º Edição. p. 365, 2008.
 

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Mudança de estado - 1 Experimento prático
Recursos Complementares
Teoria e experimentos: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u42.jhtm http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/estados-fisicos-da-materia/mudancas-de-estados-fisicos.php
Avaliação
Avalie a participação dos alunos no desenvolvimento do experimento e nas discussões.
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