• Compreender as diferenças entre os dois tipos de energia: recebida do Sol e refletida pela Terra;

• Aplicar de maneira coerente os conceitos de absorvidade, refletividade e transmissividade;

• Identificar qualitativamente a reflexão e absorção de radiação solar envolvendo a atmosfera terrestre;

• Entender o porquê da denominação “estufa”, ao comparar o Planeta  Terra a uma estufa utilizada para cultivar plantas.

• Conceito de calor;

• Fontes de calor;

• Espectro eletromagnético;

• Introdução ao tema transferência de calor por irradiação.

   

O clima ou conjunto de aspectos meteorológicos em um determinado tempo sobre determinada região se deve principalmente à interação existente entre os campos magnéticos do sol e da Terra. Devido à alta transparência da atmosfera à luz solar, tem-se o efeito estufa como o processo contínuo pelo qual o Planeta Terra mantém sua temperatura própria para a sobrevivência dos diferentes ecossistemas existentes.

Esta aula propõe uma investigação prévia do efeito estufa com base no conceito descrito acima, onde os alunos poderão utilizar materiais de simples manejo e obtenção. A aula é indicada à faixa etária aproximada de 12 a 14 anos, a confecção das caixas pode ser realizada em qualquer espaço (preferencialmente aberto) da escola.

Ela é dividida nas seguintes etapas:

• Etapa 1: Explicação prévia da definição de calor;

• Etapa 2: Definir efeito-estufa com o intuito de concluir que o gás carbônico é o principal responsável pela retenção do calor. As comparações das atmosferas de Vênus e da Terra devem subsidiar tal conclusão;

• Etapa 3: Construção de uma caixa-estufa para demonstração e constatação por parte dos alunos com relação ao que o professor abordara;

• Etapa 4: Construção de uma segunda caixa submetida às mesmas condições meteorológicas da anterior para fins de comparação.

Materiais para confecção das caixas-estufa:

• Placas finas ou médias de madeira de diversos tamanhos;

• Papel de cor preta;

• 2 Termômetros de tamanhos quaisquer;

• Uma serra fina (apenas o professor responsável deve utilizá-la);

• Martelo pequeno;

• Pregos pequenos ou médios;

• Pedaço de vidro transparente;

• Tesoura.

Primeira Etapa – Definição de Calor

Nesta etapa é importante distinguir introdutoriamente o significado dos termos “temperatura” e “calor”. Visto que temperatura é um parâmetro para medir a intensidade da agitação de moléculas, ou seja, o grau em que a energia cinética se transforma em energia térmica, sendo esta a definição de calor. Sugere-se que o professor faça uma analogia com objetos comuns do cotidiano que transmitam calor, como por exemplo, lâmpadas, placas de metal (como a existente no ferro de passar roupa), uma jarra contendo água sendo aquecida, dentre outros. Por fim, o professor poderá explanar o tema efeito-estufa, utilizando como ilustração a seguinte imagem:

Fonte: Portal São Francisco.

Assim, a partir do entendimento dos itens da imagem anterior, é importante a posterior comparação com o efeito-estufa ilustrado mais adiante.

Segunda Etapa – O Efeito Estufa e a Comparação entre as atmosferas de Vênus e da Terra

Efeito-estufa: O clima ou conjunto de aspectos meteorológicos em um determinado tempo sobre determinada região se deve principalmente à interação existente entre os campos magnéticos do sol e da Terra. Devido à alta transparência da atmosfera à luz solar, tem-se o efeito estufa como o processo contínuo pelo qual o Planeta Terra mantém sua temperatura própria para a sobrevivência dos diferentes ecossistemas existentes. Com base no Relatório de 2007 do IPCC (Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas) o Efeito Estufa consiste, basicamente, na ação do dióxido de carbono e outros gases sobre os raios infravermelhos refletidos pela superfície da terra, reenviando-os para ela, mantendo assim uma temperatura estável no planeta. Ao irradiarem a Terra, os raios luminosos oriundos do Sol são absorvidos, transformados em calor e só parte destes chegam a deixar a Terra, sendo assim refletidos para o espaço. Em consequência da ação refletora, os chamados "Gases de Efeito Estufa" (dióxido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos – CFCs e óxidos de azoto) reagem na atmosfera, bloqueando tal radiação reenviando-a para a superfície terrestre na forma de raios infravermelhos. Porém, o acúmulo destes gases que se combinam impede a passagem de parte da radiação para o espaço causando o aumento da temperatura média do Planeta. Conforme os GCMs (Modelos Gerais de Circulação) utilizados para a simulação do clima, se a concentração de gás carbônico dobrar, nos próximos cem anos a referida temperatura poderá sofrer um aumento entre 2,0 e 4,5ºC, o que não só irá alterar o clima em nível mundial como também irá aumentar o nível médio das águas do mar em, pelo menos, 30 cm (trinta centímetros). Acarretando a interferência na vida de milhões de habitantes das áreas costeiras mais baixas. 

Fonte: GreenitBrasil.

Nesta etapa é importante a comparação por meio de imagens para a melhor fixação e aprendizado por parte do público alvo. Sugere-se a leitura prévia e abordagem desta comparação pelo professor com base no artigo “Vênus” do Centro de Divulgação da Astronomia da Universidade de São Paulo (USP) contido no link a seguir: http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/sistema-solar/venus.html.

Fonte: Centro de Divulgação da Astronomia da Universidade de São Paulo - USP.

Terceira e Quarta Etapas – Confecção das caixas 

Procedimento para confecção das caixas

1 - Corte as placas de madeira com a serra fina de modo a formar uma pequena caixa estreita que comporte o termômetro em questão. Serão necessários 5 partes como na ilustração a seguir, se dividindo em partes de mesmo tamanho: 2 partes (frontal e traseira),  2 partes (laterais esquerda e direita). Base de tamanho diferente (5ª parte). Imagem ilustrativa, os tamanhos podem ser diferentes.

Créditos da imagem exemplificada: Ao autor e co-autor.

2 - Confeccione duas caixas iguais (caixa 1) e (caixa 2).

3 - Com o auxílio da tesoura recorte o papel preto e forre o interior de ambas as caixas.

4 - Coloque um termômetro em cada caixa.

5 - Sobre uma das caixas (caixa 1) posicione o pedaço de vidro transparente de maneira que esta fique coberta pelo mesmo, enquanto que a segunda caixa (caixa 2) permaneça descoberta. As caixas montadas de acordo com o procedimento devem ficar conforme a imagem abaixo:

6 - Observe as temperaturas iniciais do interior das caixas e anote-as.

7 - Deixe as duas caixas expostas ao sol por 30 minutos.

8 - Após este tempo de exposição observe as temperaturas finais do interior das caixas e anote-as.

Tópico Adicional: Imagens Referentes à Avaliação

Figura 1 - Fontes de Calor.

Figura 2 - Efeito Estufa em Proporções. 

Figura 3 - Tabela comparativa das atmosferas de Vênus e da Terra.

Figura 4 - Estufa para o cultivo de plantas.

Um recurso interessante e muito didático é fazer uso de softwares criados de simples manipulação para a simulação do clima e bem como também a observação deste em tempo real. A seguir algumas sugestões:

• Google Earth: permite observar o Planeta Terra de várias perspectivas e em qualquer lugar do mundo, pode-se também ver o clima dentre outras coisas em tempo real. Programa desenvolvido pela Google. SA., é gratuito e de fácil utilização, download no link: http://www.baixaki.com.br/download/google-earth.htm. Maiores informações em -http://www.google.com.br/intl/pt-BR/earth/index.html;

• Simulador do Ciclo do Carbono e da emissão de CO₂ na atmosfera durante o passar das décadas: simulador desenvolvido pela SEED Science (Schlumberger Excellence in Educational Development) com a colaboração do Instituto de Sustentabilidade (http://www.donellameadows.org/) e a Sociedade de Aprendizado Organizacional (http://www.solonline.org/?home). Link de acesso ao simulador:  http://www.planetseed.com/files/uploadedfiles/Science/Features/Earth_Science/Global_Climate_Change_and_Energy/anim/challenge/pt/climateChangeChallenge.html?width=835&height=680&popup=true. Maiores informações em - http://www.planetseed.com/pt-br/relatedarticle/o-desafio-do-clima-nossas-opcoes.

Sugerem-se as seguintes questões como avaliação referente às etapas da aula:

Primeira e Segunda Etapa

1) Ao ligar uma lâmpada incandescente de 100 W, por exemplo, o que ela emite ao espaço que está ao seu redor?

2) Sugerindo que suas mãos se aproximem a alguns centímetros da lâmpada, sua resposta à questão anterior permaneceria a mesma?

3) Luz, raios, calor, radiação, energia: afinal de contas, estes termos são sinônimos? Representam a mesma coisa? Dê sua opinião.

4) Observe os corpos da Figura 1 (Fontes de calor). Eles são fontes de calor, pois são mais quentes que o ambiente que os circunda, o que faz com que o calor flua espontaneamente a partir deles. Calor e luz são formas de energia. Quando um corpo emite calor, necessariamente emite luz? E a recíproca é verdadeira?

Terceira e Quarta Etapas

1) Você esperava o resultado observado? Qual das caixas atingiu maior temperatura? Construa uma justificativa a partir dos elementos presentes nas duas caixas.

2) Observe o desenho da Figura 2 (Efeito Estufa em Proporções) e construa uma tabela, organizando percentualmente o destino dos raios solares ao chegar à atmosfera terrestre.

3) Qual é, aproximadamente, a absorvidade, refletividade e transmissividade da atmosfera terrestre em relação aos raios solares? 

4) Observe e compare os dados do planeta Terra e do planeta Vênus de acordo com a Figura 3 (Tabela comparativa das atmosferas de Vênus e da Terra). Que características são muito parecidas ao compararmos os dois planetas? Que  características são discrepantes?

5) Elabore uma explicação baseada nas evidências que constam na Figura 3. para a ocorrência de uma temperatura moderada em nosso planeta em relação à temperatura de Vênus.

6) As estufas são construídas para manter a temperatura no interior da casa onde se cultivam plantas acima da temperatura em seu exterior. Elabore uma síntese do efeito estufa na atmosfera terrestre, a partir do desenho da Figura 4 (Estufa para o cultivo de plantas) e das investigações realizadas.

Referência das Atividades:

Barbosa, L.G.D’C. (2007), O Ensino de Conceitos de Termodinâmica a partir do tema aquecimento global, Monografia, Departamento de Especialização de Ensino de Ciências,  CECIMIG/FaE/UFMG, Belo Horizonte, 55 p., jul. 2013.

Referência Adicional:

Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas - IPCC (2007). Disponível em:<http://www.ipcc.ch/>. Acesso em: 13 jul. 2013.