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Fusão nuclear – A energia das estrelas como o SOL

 

06/08/2010

Autor e Coautor(es)
DANIEL RODRIGUES VENTURA
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VICOSA - MG COL DE APLICACAO DA UFV - COLUNI

Edson Luís Nunes, José Ângelo de Faria e José Marcelo Gomes

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Química Transformações: caracterização, aspectos energéticos, aspectos dinâmicos
Ensino Médio Física Calor, ambiente e usos de energia
Educação Profissional Ambiente, Saúde e Segurança Técnico em Radiologia
Ensino Médio Física Oscilações, ondas, óptica e radiação
Educação Profissional Ambiente, Saúde e Segurança Técnico em Segurança do Trabalho
Ensino Médio Química Modelos de constituição: substâncias, transformações químicas
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
  • como é produzida a energia no interior das estrelas.
  • como acontece a fusão nuclear e como ocorre a liberação de energia.
  • sobre as possibilidades de se produzir artificialmente energia por fusão nuclear.
Duração das atividades
2 aulas (100 minutos)
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
  • Noções do que é energia mecânica.
  • Saber o que é energia térmica. 
  • Modelos atômicos.
  • Conhecer a relação massa energia, para neste contexto aplicar a equação de Einstein.
Estratégias e recursos da aula

1. Introdução:

 Toda a matéria existente vem de material estelar.

 O professor pode iniciar este estudo de forma mais envolvente, falando da origem de toda a matéria,  que teve sua criação nas estrelas. Para isto pode exibir os seguintes filmes, nesta ordem:   http://www.youtube.com/watch?v=dkIsX980e6c  e http://www.youtube.com/watch?v=2jpni-wsAyM&feature=related. Estes filmes podem ser obtidos também da TV Escola/MEC. 

A seguir sugira a seguinte atividade:

Atividade 1

Dicussão de como surgiram os elementos químicos

Peça aos alunos, que em grupos,  discutam, relatem e apresentem para os colegas as seguintes questões:

  • Como sugiram os elementos químicos?
  • Como, no interior da estrela, ocorre a reação de fusão?
  • O que a reação de fusão cria, além dos elementos químicos diferentes?

O processo de fusão

Entregue aos grupos, cópias do texto "Processo de fusão", texto explicativo, que pode ser acessado pelo endereço:  http://physicsact.wordpress.com/2007/11/13/256/  

Para entender como a partir da fusão de dois elementos é possível uma parte da massa ser transformada em energia, retome a aula: "Relatividade - Relação Massa-Energia" (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=10426) que já foi publicada neste portal que apresenta a equação de Einstein, a famosa E = mc2.

Figura 1. Fusão de núcleos de átomos isótopos do hidrogênio, deutério e trítio, formando um átomo de hélio com liberação de energia e um nêutron. Imagem obtida do endereço: http://physicsact.files.wordpress.com/2007/11/fusao.jpg?w=622&h=392 

Atividade 2.

Sugira que em grupo, elaborem uma animação com objetos visuais ou desenhos, de como ocorre a fusão. Os alunos podem usar massa de modelar de cores diferentes que, ao se juntarem, transformam em um novo elemento, tendo cor distinta, o que está relacionada ao novo elemento. Ressalte que uma parte da massa inicial é transformada em energia pela desintegração. Se oriente também pela animação que pode ser vista na segunda parte do filme a seguir: http://www.youtube.com/watch?v=7rsHbyHeB3A&feature=related onde exibe a fusão: 

A Fusão Artificial

Passe aos alunos a fusão aplicada pelo homem em diversas situações:

  1. As bombas de hidrogênio são artefatos poderosos que se iniciaram a partir da segunda guerra mundial e o primeiro teste deste tipo de bomba foi feito nas Ilhas Marshall em Março de 1954, de como pode ser visto no filme feito pelo exército americano a seguir: http://www.youtube.com/watch?v=RQ2I7H2cQmY
  2. Um projeto de fusão artificial no laboratório, onde a energia de raios laser criam um ambiente propício para a fusão site:   http://www.youtube.com/watch?v=_WMH8pHqPy8&NR=1  

Atividade 3 . A Energia limpa produzida pela fusão   

A partir do filme exibido, promova um debate na sala sobre as possibilidades de uso da energia da fusão. Para nortear o debate crie questões semelhantes as que seguem:

  • A bomba de hidrogênio, que é uma bomba de fusão de átomos de hidrogênio, pode destruir mais que a bomba de fissão de Urânio?
  • A fusão pode ser usada na produção de energia elétrica?
  • Poderiam ser construídos veículos que se deslocassem com a energia do hidrogênio?
  • A fusão nuclear produz resíduos ou lixo, tanto quanto a fissão?
Recursos Complementares

História da bomba e tecnologia nuclear pode ser acessada em: http://www.youtube.com/watch?v=XQv09m8CRKA 

Avaliação

Após o estudo de fusão nuclear o estudante deve ser capaz de:

  • Descrever sucintamente como é produzida a energia no interior das estrelas.
  • Mostrar as dificuldades em se produzir artificialmente energia por fusão nuclear.
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