Identificar por que os congeladores são mais comuns na parte superior das geladeiras.

Relacionar a localização dos congeladores com as correntes convectivas do ar.

Identificar as propriedades do ar quente e frio.

Reconhecer os propósitos da refrigeração dos alimentos.

Conhecer aspectos históricos do surgimento da refrigeração e qual a sua importância para o homem.

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

Os alunos deverão ser capazes de identificar conceitos de calor, bem como compreender a movimentação de moléculas de acordo com a temperatura.

Introdução: uma abordagem para o professor   

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.   

CONVECÇÃO

Convecção é a forma típica de propagação do calor nos fluidos, onde a própria matéria aquecida é que se desloca, isto é, há transporte de matéria. Quando aquecemos um recipiente sobre uma chama, a parte do líquido no seu interior em contato com o fundo do recipiente se aquece e sua densidade diminui. Com isso, ele sobe, ao passo que no líquido mais frio, tendo densidade maior, desce, ocupando seu lugar. Assim, formam correntes ascendentes do líquido mais quente e descendentes do frio, denominadas correntes de convecção.

Adaptado de: http://www.coladaweb.com/fisica/termologia/calor (consultado em 08/12/10, às 14h21min).    

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 de observação de correntes de convecção, além de leitura de textos e vídeos sobre o assunto estudado.   

Como o professor irá ativar esse processo:

O professor ativará este processo por meio de incentivo às discussões entre os alunos, realização de atividades práticas com a turma, demonstrando os processos físicos da convecção, além de leitura e interpretação de textos sobre o assunto e vídeos informativos para sistematização dos conhecimentos.   

Atividade Inicial: Entendendo o assunto             

Professor, num primeiro momento da aula, sonde os conhecimentos prévios de seus alunos, perguntando sobre situações rotineiras relacionadas à convecção do ar. Coloque alguns questionamentos no quadro para discutir com a turma: Por que um balão de ar quente sobe? Como a geladeira funciona? Peça que os alunos anotem suas opiniões no caderno.   

Atividade prática 1: Observando o ar             

Professor, depois da sondagem dos conhecimentos prévios dos alunos, proponha para a turma a realização de uma atividade para observação do ar quente. Para tanto, você precisará dos seguintes materiais:

Materiais necessários: 

- Secador de cabelo

- Saco plástico   

Modo de preparar: 

Abra o saco e peça que um aluno segure-o de cabeça para baixo. Vire o secador para o saco e ligue-o. Depois de um tempo, desligue o secador e solte o saco. Ele vai subir. Por que isso ocorre?               

Converse com os alunos sobre o que observaram, e cite o exemplo do balão: como ele consegue subir? Como ele funciona? Deixe que eles contem suas experiências e opinem quanto aos questionamentos.             

Explique que ele funciona com um combustível que aquece o ar dentro dele, fazendo então que este ar suba, levantando assim o balão todo. É o mesmo que acontece com o saco do experimento, que subiu devido ao ar quente do secador. Isso porque o ar quente tende a subir. Mostre algumas figuras para os alunos, pedindo que tentem explicar como isso ocorre.

Retirado de: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/balonismo/imagens/balao-de-ar-quente-5.jpg (consultado em 08/12/10, às 14h42min). 

Retirado de; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ec/Mongolfi%C3%A8re.jpg/250px-Mongolfi%C3%A8re.jpg (consultado em 08/12/10, às 14h43min).    

Atividade pratica 2: Observando a geladeira             

Professor, depois das discussões sobre a atividade anterior, proponha para a turma mais um momento de experimentação, e para isso você precisará providenciar os seguintes materiais:

Materiais necessários: 

- Local que tenha uma geladeira (tradicional com congelador na parte superior) ou um freezer.

- Panela

- Ebulidor

- Água   

Modo de preparar: 

Abra a geladeira e peça que os alunos sintam a diferença de temperatura do congelador e do restante da geladeira. Por que o congelador tradicionalmente é na região superior? Ao abrir um freezer podemos observar que o ar frio vai em direção ao solo. Por que isso ocorre?

Ferva água com o ebulidor e peça que os alunos observem a direção em que vai o vapor: o vapor sobe. Por que isso acontece? Deixe os alunos darem suas opiniões sobre o que viram no experimento, contando suas experiências. Instigue-os a falarem o que pensam sobre isso. Mostre a figura de geladeira tradicional, com as correntes de convecção, e instigue-os a pensar sobre a tendência de o ar quente subir e do ar frio descer, fazendo com que toda a geladeira seja resfriada pelo ar frio que vem do congelador. Por isso a importância de o congelador ser na parte superior do refrigerador.

Retirado de: http://www.mundoeducacao.com.br/upload/conteudo/GELADEIRA.jpg (consultado em 08/12/10, às 14h50min).    

Atividade prática 3: Observando a convecção             

Depois das discussões sobre a geladeira, proponha mais um momento de atividade prática para observação das correntes de convecção. Para tanto, você precisará providenciar os seguintes materiais:

Materiais necessários:

- Bolinhas de isopor pequenas

- Panela ou tigela de vidro

- Fogareiro

- Água   

Modo de preparar: 

Encha a tigela com água fria, coloque as bolinhas de isopor e leve para aquecer. Peça que os alunos observem a movimentação das bolinhas na água.  O que está acontecendo com as bolinhas? Por que elas se movimentam neste sentido? O que isso tem a ver com a movimentação do ar quente e frio da geladeira? Deixe os alunos discutirem entre eles.

Retirado de: http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/banco_objetos_crv/%7B90E4B418-AC2A-4BEF-935B-BA84222B87C5%7D_fig15_top5e6.jpg (consultado em 08/12/10, às 14h57min).      

Discutindo             

Disponha os alunos em círculo e inicie com eles uma discussão sobre o que observaram nas atividades práticas. Deixe que eles discutam entre si, instigue-os a falarem suas opiniões e explicarem os fenômenos que aconteceram.             

Leve-os a pensarem que, ao fornecer energia para as moléculas de água, elas ficam mais agitas e precisam de mais espaço e sobem, ficam mais “leves” por isso o balão sobe. Já o ar frio tem menos energia, as moléculas estão mais próximas e acabam descendo, ficam mais “pesadas”.             

Assim, podemos dizer que o ar quente sobe e o ar frio desce, e por isso, nas geladeiras tradicionais, o congelador deve ficar na parte superior, para o ar frio descer e o ar quente subir, conservando os alimentos. Para que as correntes de ar sejam efetivas na geladeira, não se devem colocar objetos que as bloqueiem, alimentos muito quentes aumentam o consumo de energia.              

No ambiente também podemos observar esse princípio: o ar circula devido a essa diferença de temperatura, e assim são gerados os ventos e as brisas. A movimentação do magma e as correntes marítimas também ocorrem pelo mesmo motivo.             

Mostre algumas figuras e peça que os alunos expliquem cada uma delas, a partir do que aprenderam sobre correntes convectivas.   

Brisa

Retirado de: http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia1999/Grupo2B/Calor/conveccao2.gif (consultado em 08/12/10, às 15h04min).    

Correntes de convecção no manto terrestre

Retirado de: http://domingos.home.sapo.pt/fig_esq_32.gif (consultado em 08/12/10, às 15h05min).    

Brisa marítima

Retirado de: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/calor/img63.gif (consultado em 08/12/10, às 15h06min).    

Texto para os alunos:             

Professor, depois das discussões sobre as atividades práticas, entregue para os alunos um texto informativo sobre o funcionamento da geladeira. Peça que eles façam uma leitura atenciosa, escrevendo no caderno as ideias principais.   

Como funciona a geladeira?

Ao retirar o calor do seu interior e jogá-lo para fora, esse eletrodoméstico garante a conservação dos alimentos! 

Um sorvete! Uma água geladinha! Um suco cheio de pedrinhas de gelo! O que seria desses e de outros itens refrescantes sem a geladeira? Além de gelar, esse eletrodoméstico é também muito importante para a conservação de alimentos. E sabe o que há de especial no seu funcionamento? Anote aí: a função de retirar calor do interior e jogá-lo para fora.

Para entender como essa troca acontece, podemos começar prestando atenção na estrutura de uma geladeira por fora e por dentro. Observe, então, seu lado externo: na parte de trás, há um tubo longo e sinuoso chamado serpentina, que vai de cima a baixo. Dentro dele existe a chamada “substância refrigerante”, que é conhecida assim por causa das transformações pelas quais passa para que a geladeira cumpra sua função de refrigerar.

No caminho pela serpentina, essa substância passa por constantes mudanças de pressão, que alteram o seu estado. Dentro da serpentina, pelo lado de fora, ela é um líquido, até chegar a um compressor, na parte inferior da geladeira. No compressor, há uma válvula que estreita a passagem do líquido e aumenta a pressão dentro do tubo, transformando-o em gás. O caminho continua além do compressor e a pressão vai diminuindo à medida que a serpentina passa pelo lado de dentro da geladeira. Nesse processo, a temperatura do gás vai ficando mais baixa até chegar à parte superior da geladeira, onde se espalha e refrigera o que está em todo o aparelho.

É da parte superior que sai o ar mais frio para refrigerar tudo o que está na geladeira. Por que o ar sai por cima? Porque o ar frio é mais pesado e se espalha com facilidade de cima para baixo. Se fosse o contrário, seria difícil fazer o ar frio, que é pesado, subir e se espalhar. Enfim, é pelas divisórias que há na geladeira que o ar frio sai e se espalha, tornando tudo o que está lá dentro geladinho, geladinho!

Convecção térmica de gases   

O ar quente apresenta tendência a subir, e o ar frio, tendência a descer. O ar nas proximidades de um aquecedor fica mais quente e sobe. Isso favorece a circulação de ar no ambiente. Se o aquecedor estivesse próximo ao teto, o ar de cima ficaria aquecido e não desceria. O ar frio, por sua vez, ficaria acumulado na parte de baixo do cômodo e, assim, o aparelho não cumpriria sua finalidade: aquecer o ambiente.

Denomina-se convecção térmica o processo de transferência de calor que acontece graças a movimentação de um material.

Perceba que é exatamente isso que acontece no exemplo mostrado. O material que se move pelo ambiente é o ar e, com o movimento, o calor é distribuído pelo cômodo. A movimentação do ar, mais quente e mais frio, cria as chamadas correntes de convecção.

E no caso de um aparelho de ar condicionado: a fim de garantir eficiência no resfriamento do ar da sala, é mais indicado colocá-lo no alto ou embaixo? No alto, é claro!

A convecção térmica no cotidiano

A geladeira é um bom exemplo para comprovar o que se estudou até aqui sobre convecção. Se colocarmos as mãos rentes ao chão, diante da geladeira aberta, sentiremos o ar frio que desce ao sair da geladeira. No ar das cidades também constatamos a convecção. Os gases poluentes que saem do escapamento dos veículos e das chaminés das fábricas tendem a subir, pois estão quentes. Esse é um exemplo em que as correntes de convecção favorecem a dispersão dos poluentes.

Adaptado de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/Calor6.php (consultado em 08/12/10, às 15h11min) e d  isponível em: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/revista/revista-chc-2010/209/como-funciona-a-geladeira/?searchterm=geladeira (consultado em 08/12/10, às 15h08min). 

Ferramentas tecnológicas – Atividades Visuais:             

Apresente para a turma alguns vídeos informativos, para construção de novos conhecimentos e sistematização do que já aprenderam. Depois de assistirem, promova na turma uma pequena discussão, em que os alunos deverão comentar o que aprenderam com os vídeos e com os textos.

Como funcionam as geladeiras - parte 1: http://www.youtube.com/watch?v=VaCzrxwPwtM&playnext=1&list=PL380F621B02FE56E0&index=11 (consultado em 08/12/10, às 15h12min).  

Como funcionam as geladeiras - parte 2: http://www.youtube.com/watch?v=LWQnaY6nedg&feature=channel (consultado em 08/12/10, às 15h13min).  

Como funcionam as geladeiras - parte 3: http://www.youtube.com/watch?v=aYzUqCn2YOE&feature=channel (consultado em 08/12/10, às 15h14min).          

Conheça o refrigerador/ geladeira: http://www.youtube.com/watch?v=paAnZzJcqys (consultado em 08/12/10, às 15h15min).  

pontociência - Correntes de convecção: http://www.youtube.com/watch?v=jhikrhfAQmo (consultado em 08/12/10, às 15h16min).  

Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 24 (1 de 2): http://www.youtube.com/watch?v=Ce2fd6GwIWA (consultado em 08/12/10, às 15h17min).  

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 15h18min).  

Demonstração G2 - Propagação do Calor: Convecção: http://www.youtube.com/watch?v=0V6_imnbJJQ (consultado em 08/12/10, às 15h19min). 

Professor, abaixo seguem alguns recursos complementares que poderão ajudá-lo a saber mais sobre o assunto:  

http://www.cienciamao.usp.br/dados/t2k/_ciencias_cie1g45.arquivo.pdf (consultado em 08/12/10, às 15h20min).    

http://www.infoescola.com/termodinamica/corrente-de-conveccao/ (consultado em 08/12/10, às 15h21min).    

http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef008/mef008_02/Beatriz/conveccao.htm (consultado em 08/12/10, às 15h22min).    

http://chc.cienciahoje.uol.com.br/revista/revista-chc-2010/210/como-funciona-a-garrafa-termica/?searchterm=convecção (consultado em 08/12/10, às 15h23min). 

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.             

Peça que os alunos realizem uma pesquisa sobre a importância da invenção da geladeira para conservar os alimentos e como esta invenção influencia o estilo de vida da população humana. Esta pesquisa também deverá conter um resumo sobre o funcionamento desse eletrodoméstico (correntes de convecção). Essa pesquisa ajudará você, professor, a avaliar o processo de ensino-aprendizagem de seus alunos.