13/09/2011
Daniel Rodrigues Ventura, José Higino Dias Filho, Edson Luís Nunes
Modalidad / Nivel de Enseñanza | Disciplina | Tema |
---|---|---|
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo | Ciências Naturais | Visões de mundo |
Ensino Médio | Física | Calor, ambiente e usos de energia |
Conceitos básicos de temperatura e efeitos do calor.
Sugerimos inicialmente que o professor inicie a aula apresentando para a turma, na própria sala de aulas, ou em um ambiente próprio caso exista em sua escola, um filme sobre escalas Celsius e Fahrenheit. Indicamos o filme que se encontra disponível na internet com o seguinte título e endereço.
Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 22 (2 de 2)
http://www.youtube.com/watch?v=fKpt8KreWnI
Depois de fazer apreciações sobre partes do filme que julgar relevantes, faça um breve histórico, através de textos ou oralmente, sobre as 3 principais escalas termométricas; escalas: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
Em 1942 o sueco Anders Celsius teria construído um termômetro tomando como base dois pontos em que a temperatura é sempre a mesma; a temperatura em que o gelo funde sob pressão de 1,0 atm e a temperatura em que a água entra em ebulição sob essa mesma pressão, que ele determinou de 0(zero) e 100(cem) graus, respectivamente. Possivelmente Celsius teria usado o mercúrio e seguido os passos esquematizado na Figura 01, cujo objetivo é fornecer uma idéia dos passos seguidos por Celsius na construção do termômetro.
1. Primeiro ele construiu um dispositivo formando por um reservatório, bulbo, conectado num tubo fino transparente e colocou o líquido no dispositivo, esquema A da Figura 01.
2. Aqueceu bem o conjunto deixando transbordar parte do líquido para expulsar o ar, e em seguida, com tubo ainda cheio, vedou sua extremidade, esquema B da figura.
3. Colocou o bulbo dentro de um recipiente contendo gelo em fusão, gelo derretendo, esperou a coluna descer até parar em certo ponto, quando o líquido entrou em equilíbrio térmico com o gelo, marcou esse ponto e denominou de ponto zero, esquema C da figura.
4. Depois pôs o bulbo em um recipiente com água sendo aquecenda. Com a água em ebulição quando a coluna do líquido parou de subir, ou seja, entrou em equilíbrio térmico com a água em ebulição, assinalou esse ponto e denominou essa temperatura de 100 graus, esquema D, Figura 01.
5. Finalmente, dividiu o espaço entre os dois pontos marcados em 100 partes iguais equivalentes às temperaturas a partir de 0 sucessivamente até 100 graus, esquema E na figura.
Após explicação sobre a construção do termômetro por Celsius, o professor deverá explicar para os alunos que antes de Celsius, em 1714, foi desenvolvida outro termômetro por Fahrenheit em que tomou como pontos fixos, a temperatura do gelo fundindo, este gelo era proveniente de uma mistura de sais e água, ponto zero de sua escala; o outro ponto fixo referia a temperatura do corpo humano que correspondia a 100 graus na sua escala. Inicialmente ele usou o álcool como líquido de seu aparelho e posteriormente substituiu o álcool por mercúrio. Ainda hoje esta escala é muito utilizada, sobretudo nos países de língua inglesa.
Ao término da explicação da escala Fahrenheit, se for possível, o professor poderá mostrar para a turma um termômetro de escala Fahrenheit ou apresentar a foto de um termômetro dessa escala projetando numa tela, como a foto da Figura 02, aseguir, a fim de que o aluno perceba que também podemos defrontar com termômetros de escala Fahrenheit.
Acessado em 27/07/2011.
Em seguida o professor poderá repassar para a turma preferencialmente através de uma tela, as seguintes notícias:
“Nova Iorque registrou a maior temperatura até hoje no mês de janeiro”.
“Os termômetros indicaram neste 6 de janeiro de 2007 a maior temperatura já registrada em Nova Iorque em um mês de janeiro. Era 1:37 da tarde quando o Serviço Meteorológico Nacional dos Estados Unidos observou 72 Fahrenheit, recorde tanto para o dia 6 como para janeiro todo desde o início dos registros meteorológicos em 1869 no Central Park.”
http://www.metsul.com/secoes/visualiza.php?cod_subsecao=55&cod_texto=477
Acesso em 27/07/2011
“Russos se refrescam em meio a onda de calor”
Segundo o serviço meteorológico russo, a temperatura alcançou os 42 graus em regiões do sul
http://www.band.com.br/noticias/mundo/noticia/?id=100000446407
Acessado em quarta-feira, 27/07/2011.
Atividade I
Peça aos alunos para ler as duas notícias, individual e silenciosamente, observar os valores expressos das temperaturas em cada texto apresentado. Depois pergunte a turma para que respondam oralmente:
Em que escala se encontra a temperatura informada na segunda notícia?
Em qual das notícias a temperatura é maior?
O objetivo dessas perguntas é gerar uma discussão para mostrar a necessidade de informar a unidade de temperatura relacionada na medida e também a necessidade de converter as unidades de temperatura para fazer comparações de leituras quando feitas em escalas diferentes.
Deverá também comentar sobre a escala Kelvin que é de muita importância do ponto de vista teórico científico, principalmente para a Física e para a Química.
A temperatura está relacionada à energia de movimento das moléculas de um corpo; assim, ao diminuirmos sua temperatura, suas moléculas ficam mais lentas. Podemos imaginar um estado em que todas as moléculas estão paradas, ou seja, agitação térmica nula, portanto correspondendo à temperatura zero.
O físico irlandês, Willian Thomson, que recebeu o título de nobreza lorde Kelvin, estabeleceu, em 1848, uma escala absoluta, hoje denominada de Escala Kelvin.
Kelvin verificou experimentalmente que a pressão de um gás diminuía 1/273 do valor inicial, quando resfriado a volume constante de 1°C. Como a pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a agitação térmica seria nula. Conclui-se, então, que isso aconteceria se a temperatura do gás atingisse -273°C.
Kelvin atribuiu o valor zero a este estado térmico das partículas em repouso e a variação de 1 kelvin igual a variação de 1 grau Celsius. Hoje sabemos que o zero absoluto corresponde a -273,15oC e impossível de ser atingido segundo leis da termodinâmica.
A Figura 03 ilustra a relação das três escalas mais importante, indicando o valor numérico de cada uma para o ponto de fusão de gelo à pressão de 1,0 atm e da ebulição da água, também sob pressão de 1,0 atm.
Para que os alunos entendam bem como fazer a conversão de uma escala em outra, considere a Figura 04 que ilustra duas escalas hipotéticas X e Y, e dois pares de temperaturas respectivamente correspondentes entre elas, 90oX = 110oY e 10oX = -10oY. Peça aos alunos para encontrarem uma relação entre as escalas x e y.
Depois de uns dois minutos resolva com eles chamando a atenção para observarem que X e Y maiúsculos na parte superior do esquema correspondem a unidade da escala enquanto que x e y minúsculos são as leituras das respectivas escalas. É bom também chamar a atenção para o intervalo entre -10 e 110, ou seja, a variação correspondente é: 110 – (-10) = 110 +10 = 120. Faça as simplificações mostrando os passos detalhadamente para a turma. A resolução se encontra no quadro à direita na Figura 04.
Atividade II.
Depois peça aos alunos para retornarem à Figura 03 e seguindo o mesmo raciocínio do exercício anterior, encontrar a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit.
No quadro à direita na Figura 05 está indicado a resolução para chegar a relação final entre as escalas das temperaturas Celsius e fahrenheit.
Peça também que determinem a relação entre as escalas Celsius e Kelvin.
A solução está desenvolvida na Figura 06. O professor poderá utilizar a figura para que os alunos confiram suas respostas.
Atividade III
Divida os alunos em equipes para que façam uma pesquisa, sobre a existência de outras escalas termométricas, sobretudo as escalas Réaumur e Rankine, para ser entregue ao professor que depois de avaliado por ele, poderá selecionar os melhores trabalhos para uma rápida apresentação, em uma aula posterior.
Além de pesquisar o assunto em bibliotecas e livros de Física, o aluno ainda poderá acessar o assunto pela internet, alguns sites estão sugeridos abaixo: não havendo tempo e material disponível para a pesquisa, o professor deverá permitir que os alunos façam a pesquisa em outro horário para ser discutido em outra aula de física.
Escalas termométricas
http://www.laboratoriodefisica.com.br/questoes/Escalas%20Termom%C3%A9tricas.pdf
Medição de temperatura
René-Antoine Ferchault de Réaumur
http://www.brasilescola.com/biografia/rene-antoine-ferchault.htm
William John Macquorn Rankine
http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/WilliJoh.html
O professor poderá acessar os seguintes textos:
http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/denise/caloretemperatura/energiacaltemp.pdf
O professor poderá elaborar alguns exercícios relacionados com o conteúdo da aula para que os alunos resolvam individualmente fora do horário de suas aulas. Segue exercícios como sugestão.
É de se esperar que todos resolvam o exercício, mas o professor deverá resolvê-los para que confiram.
Solução:
tC/5 = 27/9
tC = 15oC
-3 = (tF – 32)/9
-3.(9) = tF – 32
-27 = tF – 32
tF = 5oF
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