Identificar as propriedades de condução de calor de diferentes materiais.

Reconhecer a importância da condução de calor para a fabricação de alguns objetos.

Identificar o conceito de calor.

Relacionar a perda de calor dos materiais para o ambiente quando estão mais quentes, com as propriedades dos materiais.

Desenvolver a leitura de textos científicos relacionados com o assunto e sua interpretação.

Os alunos deverão ser capazes de reconhecer o conceito de energia, bem como saberem os principais tipos de energia, em especial a energia térmica.

Introdução: uma abordagem para o professor

Calor

Quando dois corpos, em temperaturas diferentes, são postos em contato, observa-se que a temperatura do corpo mais quente diminui, enquanto que a temperatura do corpo mais frio aumenta. Essas variações de temperatura cessam quando as temperaturas de ambos se igualam (equilíbrio térmico). Portanto, durante esse processo, o nível energético (grau de agitação molecular) do corpo mais quente diminui, enquanto que o do corpo mais frio aumenta. Como a energia térmica de um corpo depende, além da sua massa e da substância que a constitui, da sua temperatura, conclui-se que as variações de temperatura estão associadas às variações de energia térmica. Concluindo, a diferença de temperatura entre dois corpos provoca uma transferência espontânea de energia térmica do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Essa quantidade de energia térmica que se transferiu é chamada de calor.

PROPAGAÇÃO DO CALOR

O Calor pode se propagar de três formas: por condução, por convecção e por irradiação.

CONDUÇÃO

A condução de calor ocorre sempre que há diferença de temperatura, do ponto de maior para o de menor temperatura, sendo esta forma típica de propagação de calor nos sólidos. As partículas que constituem o corpo, no ponto de maior temperatura, vibram intensamente, transmitindo sua energia cinética às partículas vizinhas. O calor é transmitido do ponto de maior para o de menor temperatura, sem que a posição relativa das partículas varie. Somente o calor caminha através do corpo. Na natureza existem bons e maus condutores de calor. Os metais são bons condutores de calor. Borracha, cortiça, isopor, vidro, amianto, etc. são maus condutores de calor (isolantes térmicos).

Adaptado de: http://www.coladaweb.com/fisica/termologia/calor (consultado em 08/12/10, às 13h24min). 

Estratégia   

Como os alunos poderão atingir os objetivos propostos: 

Os alunos poderão atingir os objetivos propostos através de discussões entre eles, realização de atividades práticas para observação de condutores e isolantes térmicos, bem como leitura de texto e vídeos sobre o assunto.   

Como o professor irá ativar esse processo:

O professor ativará este processo por meio de incentivo às discussões entre os alunos, apresentação de atividades práticas para compreensão do assunto, além de leitura e interpretação de texto e vídeos para sistematização dos conhecimentos.   

Atividade inicial: Entendendo o calor             

Professor, num primeiro momento da aula, sonde dos alunos o que eles sabem sobre o calor, o que pensam ser isso. Pergunte se eles acham que o calor tem a ver com energia, e deixe que eles contem suas experiências. Depois deste momento de sondagem, proponha para a turma a realização de uma atividade. Para isso, você precisará providenciar feijões e pote transparente. Coloque alguns grãos de feijão no pote e agite levemente. Em seguida agite com mais velocidade. Pergunte aos alunos o que aconteceu nas duas situações. Deixe-os se manifestarem.             

Explique para a turma que cada material apresenta moléculas que podem ter mais ou menos energia. No caso do pote com feijão, cada grão representa uma molécula que pode se agitar quando balançamos o pote. Se fossem pedras, por exemplo, elas se agitariam com velocidade diferente mesmo se balançasse igualmente o pote.             

Dizer que um corpo está mais quente ou frio que outro significa que esses corpos apresentam quantidades de energias diferentes e podem passar de um para o outro.             

Alguns objetos são melhores que outros em transmitir o calor.             

Mostre alguns objetos feitos de materiais diferentes para a turma e pergunte qual deles eles consideram que transmite melhor o calor e qual é o pior. Instigue os alunos a pensarem de que são feitos objetos para aquecer alimentos, evitar perda de calor durante o frio. Abaixo seguem exemplos de figuras que poderão ser mostradas à turma:

Retirado de: http://images04.olx.com.br/ui/9/69/25/1289144496_8316425_1-Fotos-de--Compre-panelas-de-pedra-sabao-1289144496.jpg (consultado em 08/12/10, às 13h35min). 

Retirado de: http://4.bp.blogspot.com/_gF8XdIeQoDY/SnSCT95yfxI/AAAAAAAABHk/zeE-oyrUxC8/s400/Panela+a%C3%A7o+inoxidavel.jpg (consultado em 08/12/10, às 13h36min). 

Retirado de: http://thumbs.dreamstime.com/thumblarge_42/1141012678p4mvnC.jpg (consultado em 08/12/10, às 13h37min). 

Retirado de: http://thumbs.dreamstime.com/thumblarge_556/1289787456VUQyWD.jpg (consultado em 08/12/10, às 13h38min). 

Retirado de: http://4.bp.blogspot.com/_x5x6kZr2g8s/SiawAlphFOI/AAAAAAAABMI/RhZfW-W5AFM/s320/blusa_la_pink+(2).JPG (consultado em 08/12/10, às 13h39min). 

Atividade prática: Testando a condução             

Professor, depois das discussões iniciais, proponha mais um momento de atividade  prática para os alunos. Você precisará providenciar os seguintes materiais:

Materiais necessários: 

- Régua de plástico

- Água quente

- Lápis de madeira

- Colher de metal

- Manteiga

- Massa de modelar

- Travessa de vidro

- Três botões do mesmo tamanho

- Pano grosso um pouco maior que a travessa   

Modo de preparar:

Com a massa de modelar, cole a régua, a colher e o lápis na beira da travessa. Cole um botão em cada um com um pouco de manteiga. Cubra a travessa com o pano de maneira que deixe exposto o lápis, a régua e a colher. Com cuidado, encha a travessa com água quente. Observe e anote o que está acontecendo. Após alguns minutos o botão preso à colher escorrega antes dos outros. Por que isso acontece?   

Discutindo o assunto             

Professor, depois de realizadas as atividades práticas, discuta com os alunos os resultados observados, pedindo que cada um exponha suas ideias, dando explicações para os fenômenos observados. Se for possível, disponha os alunos em círculo na sala, para que caracterize mais um debate. Lance perguntas sobre as atividades realizadas, instigue os alunos a discutirem as opiniões entre si.             

Comente que o botão preso à colher desceu primeiro por que o metal é um bom condutor de calor, isso significa que suas moléculas são capazes de transmitir rapidamente a energia (calor) uma para outra. Já a madeira e o plástico não são bons condutores, suas moléculas demoram para transmitir o calor e por isso o botão demorou mais para escorregar.             

Em nosso cotidiano podemos observar que panelas são feitas de que material? Metal, pois sua finalidade não é aquecer os alimentos rapidamente. Já as colheres são feitas, na maioria, de madeira ou plástico, para evitar que a cozinheira queime a mão.    

Observem também que as casas de regiões frias costumam ser de madeira, por que o calor gerado no seu interior não é facilmente perdido para o exterior. O mesmo acontece com os iglus, o gelo é um mau condutor.             

Os materiais esquentam ou esfriam devido a esse fluxo de energia que uma molécula transfere para outra, até que ambas adquiram a temperatura de equilíbrio - mais alta ou mais baixa, dependendo da fonte que está liberando calor. É só pensar em um leite muito quente... Você pode esperar ele esfriar sozinho, perdendo calor para o ar, ou pode colocar leite frio e ao misturar você sentirá que todo o leite tem a mesma “temperatura” e não que algumas partes estão mais frias e outras mais quentes!             

Mostre algumas figuras relativas ao assunto, e peça que os alunos discutam sobre elas, explicando os processos de propagação de calor em cada caso:

Retirado de: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/dilatacao/imagens/transferencia-e-calor.7.gif (consultado em 08/12/10, às 13h53min). 

Retirado de: http://fisicailegal.no.sapo.pt/experiencias_ficheiros/exp8i2.gif (consultado em 08/12/10, às 13h54min). 

Retirado de: http://1.bp.blogspot.com/_1z8A03k6cbc/S6_mUBrLmtI/AAAAAAAABpI/5tUQDAIb5IU/s1600/casa+de+madeira+3.jpg (consultado em 08/12/10, às 13h55min). 

Retirado de: http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/iglu.jpg (consultado em 08/12/10, às 13h56min). 

Texto para os alunos:             

Professor, após as discussões acerca das atividades realizadas, entregue para os alunos um texto informativo sobre a condução de calor. Peça que leiam com atenção, grifando as partes mais importantes. Depois desta leitura inicial, faça junto com eles uma leitura oral, destacando as partes mais importantes e explicando as dúvidas que surgirem.       

Condução térmica

Considere dois cubos de ferro, um a 10ºC e outro a 30ºC, que não estejam diretamente em contato, porque entre eles foi colocada uma camada de outro material. Se por causa disso, o equilíbrio térmico for retardado, dizemos que esse material é um isolante térmico.

Não existe um material que isole de modo perfeito e impeça completamente a troca de calor, mas há materiais que, na prática, retardam bastante essa troca. Esses materiais são bons isolantes térmicos. Entre eles podemos citar a cortiça, o isopor, a madeira, o ar, a cerâmica, o vidro e a lã de vidro.

Se, por outro lado, a camada de material colocada entre os cubos permitir a troca de calor, como se os cubos estivessem diretamente em contato, então o material é denominado condutor térmico.

Embora não exista um material que conduza de modo perfeito o calor, há vários exemplos que atuam como bons condutores de calor. Alguns deles são a prata, o cobre, o alumínio, o aço e o latão.

O conceito de condução térmica

Quando a troca de calor ocorre entre dois corpos em contato direto ou que estejam unidos por um material condutor de calor, o processo é chamado condução térmica.

No processo de condução térmica, não há movimentação de material de um corpo para outro. Há, apenas, transporte de energia, ou seja, transferência de calor.

A condução térmica no cotidiano

Desde a Pré-História o ser humano observa a natureza e aprende com ela. Os humanos primitivos perceberam que alguns animais que resistem bem ao frio são revestidos de pêlos. É o caso de ursos e renas. Essa observação deve ter inspirado o ser humano pré-histórico a usar peles de animais para se proteger do frio. Atualmente usamos roupas apropriadas para isso: os agasalhos.

Os agasalhos que usamos, os pêlos dos animais e a camada de gordura que alguns deles têm sob a pele são bons isolantes térmicos, que dificultam a saída de calor do organismo para o ambiente frio.

As penas das aves também têm o papel de dificultar a perda de calor para o ambiente. Entre as penas, fica retido um pouco de ar, que é um bom isolante térmico e reduz ainda mais a perda de calor. O isopor, usado para fazer caixas térmicas isolantes, se vale exatamente desse mesmo princípio. Ele nada mais é do que um tipo de plástico (chamado poliestireno) fabricado de modo a conter muitas minúsculas bolhas de ar dentro de si. Essas bolhas são tão pequenas que não as conseguimos ver, mas é a sua presença que deixa o isopor fofo e o torna um bom isolante térmico.

O gelo também é, por incrível que possa parecer, um bom isolante térmico. Os esquimós possivelmente perceberam que a camada de gelo que se forma na superfície dos lagos impede o contato da água que fica abaixo dela com o ar frio, ou seja, funciona como isolante térmico e, por isso, essa água não congela. Possivelmente daí surgiu a inspiração para fazer os iglus, construções de gelo cujo interior é mais quente que o ambiente externo.

Na cozinha encontramos inúmeros exemplos de troca de calor por condução. Ao colocar gelo em um copo de refrigerante, por exemplo, a troca de calor esquenta o gelo e esfria a bebida.

Usando colheres de madeira ou de plástico, podemos misturar o alimento em fervura sem queimar as mãos. Colheres de metal, ao contrário, propagam calor rapidamente, e o cabo esquenta, oferecendo risco de queimaduras.

Alumínio e aço inox são metais empregados em panelas, pois garantem rápida transferência de calor da chama para o alimento. Já o cabo de muitas panelas é de madeira ou baquelite, que são materiais isolantes que evitam queimaduras em quem os manuseia.

Vidro e cerâmica, ao contrário dos metais, não são bons condutores de calor. Panelas e vasilhas de vidro ou de cerâmica exigem maior tempo para transferir o calor ao ambiente. É por isso que, para mantermos a temperatura do alimento, o ideal é servimos em vasilhas de cerâmica.

Adaptado de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/Calor4.php (consultado em 08/12/10, às 13h58min). e http://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/Calor5.php (consultado em 08/12/10, às 13h59min). 

Ferramentas tecnológicas – Atividades Visuais:             

Professor, após as discussões e interpretação do texto, apresente para a turma alguns vídeos sobre o assunto, para que construam novos conhecimentos e sistematizem o que já aprenderam. Depois peça que cada aluno resuma no caderno os vídeos, escrevendo as ideias principais de cada um. Abaixo seguem sugestões de vídeos:             

Pontociência - Condução térmica em metais - http://www.youtube.com/watch?v=xK1ae0ArO-Y&feature=fvst (consultado em 08/12/10, às 14h03min).  

Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 24 (1 de 2) - http://www.youtube.com/watch?v=Ce2fd6GwIWA (consultado em 08/12/10, às 14h04min).  

Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 24 (2 de 2) - http://www.youtube.com/watch?v=x8C2SQX0uH0&feature=related (consultado em 08/12/10, às 14h05min).  

Demonstração G1 - Propagação do Calor: Condução - http://www.youtube.com/watch?v=II7oMgZTlUM (consultado em 08/12/10, às 14h06min).  

Transmissão de Calor Por Condução - http://www.youtube.com/watch?v=SyxmQysa1N8&feature=related (consultado em 08/12/10, às 14h07min). 

 Charge que será entregue aos alunos para a atividade de avaliação.

Retirado de: http://www.fisica.net/einsteinjr/6/Image373.gif (consultado em 08/12/10, às 14h11min). 

Abaixo seguem alguns recursos complementares para a aula, caso seja necessário  complementar as informações.  

http://www.escolainterativa.com.br/canais/18_vestibular/estude/fisic/tem/fis_011.asp (consultado em 08/12/10, às 14h12min).  

http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/fte13.htm (consultado em 08/12/10, às 14h13min).    

http://www.cienciamao.usp.br/dados/t2k/_ciencias_cie1g45.arquivo.pdf (consultado em 08/12/10, às 14h14min).   

Avaliar numa perspectiva formativa implica estar atento à construção de conhecimentos conceituais, comportamentais e atitudinais de nossos alunos. Por isso é importante estar atento a todo o percurso do aluno enquanto aprende: suas ideias iniciais, aquelas apresentadas durante a investigação, à maneira que relaciona com os colegas, sua atitude investigativa e crítica, no decorrer da aula. Feitas estas considerações, propomos mais um momento para que os alunos sejam avaliados.

Entregue para cada aluno a charge a seguir e peça que eles façam um texto, interpretando a charge e falando sobre a condução de calor. Desta forma, você poderá avaliar o processo de ensino-aprendizagem, verificando se os alunos atingiram os objetivos da aula.