Guia do Professor Vídeo Os Curiosos Temperatura - Versão 1.0 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 20 de outubro de 2010 Projeto Financiado

Transcrição

1 Guia do Professor Vídeo Os Curiosos Temperatura 1

2 Ficha de Catalogação Tema: Temperatura. Série escolar: 2ª série do Ensino Médio. Tempo de duração do vídeo: aprox. 10 minutos. Tempo sugerido/previsto para utilização do vídeo: 1 aula de 50 minutos. Pré-requisitos: Conceito de energia; Conhecimento de unidades de medida. Objetivos da atividade: Entender o conceito de temperatura e suas relações com as situações do cotidiano; Diferenciar temperatura e calor. Introdução Caro professor, este vídeo foi desenvolvido visando discutir e problematizar com os alunos do ensino médio o tema temperatura com destaque para diferenciar temperatura de energia térmica (calor), e, em algumas passagens, sensação térmica. Normalmente o conceito de temperatura é confundido pelos alunos com o conceito de calor, e, como essas palavras são usadas em diferentes contextos no nosso dia a dia, isso dificulta a diferenciação. 2

3 Acreditamos que o vídeo é um excelente meio de comunicação integrador e motivador para os alunos. Ele aproxima a sala de aula do cotidiano, das linguagens de aprendizagem e comunicação da sociedade urbana, assim como também introduz novas questões no processo educacional. Para o desenvolvimento dessa temática são apresentadas situações referentes ao cotidiano dos alunos, através de situações curiosas e inusitadas vividas por nossos jovens curiosos, sempre se baseando em questionamentos e situações problematizadoras. Mas afinal, o que é temperatura? Qual a diferença entre temperatura e calor? Quanto mais calor um corpo recebe, maior sua temperatura? O vídeo irá propor situações inusitadas e curiosas do cotidiano, visando auxiliar o aluno a consolidar o conceito físico de temperatura. Dicas para utilização do vídeo Os vídeos do projeto Acessa Física foram desenvolvidos pensando em problematizar situações físicas presentes no cotidiano dos alunos. Em cada episódio, alguns jovens curiosos resolvem problemas e vivenciam situações inusitadas e curiosas, instigadas inicialmente por um professor de Física. Todas as mídias têm por objetivos ser um meio de comunicação integrador e motivador para os alunos. No entanto, a maneira como, você, professor irá utilizá-lo pode variar. O vídeo pode ser Motivador Nesse caso o professor poderá utilizá-lo antes da discussão e explicação do tema do vídeo. As tramas podem ser utilizadas para introduzir um novo assunto, já que objetivam despertar a curiosidade e motivação para o tema a ser discutido. O vídeo pode ser também Demonstrativo ou Investigativo Nesse caso deverá ser utilizado após a discussão e explicação do tema do vídeo. O professor pode optar em abordar e explicar a temática em questão antes de sua utilização, e, assim, a mídia ajudará a mostrar e levantar novas questões referentes às explicações e discussões já vividas em sala. Há também a possibilidade do vídeo ser utilizado como suporte de ensino Nesse caso pode ser usado durante a explicação do professor, não antes ou 3

4 depois. As tramas podem ser utilizadas para responder questões, assim como para levantar outras. Todos os vídeos têm duração de 10 minutos, mas é importante que o professor se prepare e planeje suas aulas e forma de aplicação da melhor maneira para cumprir os seus objetivos específicos de ensino, levando em consideração o tempo previsto para execução da atividade e discussão da temática. É importante destacar também, que cada turma reage de forma diferente à exibição dos vídeos, o guia do professor traz algumas sugestões de como utilizar e também se preparar para a aplicação da peça, dá subsídios para questões prévias e desafios interessantes para que essa atividade atenda ao propósito para a qual você, professor, planejou. Leia atentamente o guia a seguir, assista ao vídeo proposto e boa atividade a todos! Sinopse Esta atividade é uma sugestão para trabalhar os conceitos de temperatura e calor. Para isso as equipes de curiosos irão fazer experimentos, que podem ser realizados também em sala de aula, e que mostram a diferença entre esses dois conceitos que os alunos frequentemente confundem. A equipe azul irá construir um termômetro e uma escala termométrica com materiais simples e de fácil acesso, enquanto a equipe amarela tem o desafio de diferenciar temperatura e calor. Por último, irão mostrar algumas curiosidades em termos de medidas de temperatura. Preparação Antes da exibição do vídeo, sugerimos a você, professor, que: Assista ao vídeo antes para conhecê-lo É importante assistir atentamente ao material. Atente-se às questões e situações levantadas, cheque a qualidade da cópia e deixe preparado no ponto exato para a exibição. 4

5 Informe aos alunos somente aspectos gerais do vídeo (autor, duração, tema). Não interprete, nem antecipe as questões que serão tratadas no vídeo para que ele não se torne mera demonstração do já discutido. Deixe que cada um possa fazer a sua leitura. O professor, sem antecipar as situações do vídeo, pode instigar os alunos a pensar sobre o tema da atividade com questionamentos. Exemplos de questionamentos: O que é temperatura? Por que sentimos o metal da carteira mais gelado que a madeira? Como podemos medir a temperatura? O que fazer para modificar a temperatura de um corpo? Como ocorre a transferência de energia térmica (calor)? Associar o assunto com a previsão do tempo: Amanhã fará muito calor em São Paulo, por exemplo o que isso significa? Possivelmente os alunos irão resgatar o uso da palavra temperatura e calor associando-as aos termos do dia a dia, como: hoje está fazendo muito calor, o frio está entrando pela janela, entre outros. Essas menções são bastante importantes e motivadoras. Elas ajudam a criar um clima descontraído e propício para a introdução do conceito de temperatura e sua relação com as colocações feitas pelos alunos. A busca por esses exemplos corresponde a uma rica atividade e motivação para assistirem ao vídeo. Não se preocupe, professor, nesse momento da atividade, em encontrar respostas corretas e únicas, mas em despertar as dúvidas e questionamentos sobre os conceitos que serão abordados e desenvolvidos no vídeo. O professor pode optar também por somente informar os alunos do que se trata e pedir que eles apresentem ideias e hipóteses sobre o que irão assistir. Estas informações podem ser anotadas coletivamente ou individualmente pelos alunos em um exercício de reflexão sobre o que eu sei. Nessa atividade os alunos poderão escrever o que sabem sobre o tema a ser abordado. Cuidado, professor, com as concepções alternativas dos alunos relacionadas ao tema temperatura. Muitos alunos associam temperatura a ter calor. Frise aos alunos que são conceitos diferentes, porém relacionados. 5

6 Durante a atividade Professor, atente-se as cenas mais importantes e anote-as para uma discussão posterior. É importante também observar as reações do grupo: como eles reagem à exibição do vídeo. Se necessário, pause a exibição do vídeo para esclarecer e discutir a(s) passagem(s) que julgar interessante. Pode-se também atribuir uma tarefa aos alunos relacionada ao conteúdo do segmento do vídeo que estão prestes a assistir (uma questão, uma pesquisa ou mesmo uma observação). Os alunos, por exemplo, deverão anotar as informações que foram solicitadas. Dessa forma, dois objetivos serão atingidos através desta atividade: primeiro, que os estudantes prestem atenção durante o segmento, e segundo, que estejam alerta às respostas que forem solicitadas. A seguir, a discussão das questões abordadas no vídeo: 1. Podemos construir um termômetro e definir uma escala termométrica? Resposta: É possível. No vídeo a equipe azul demonstra que é possível construir um termômetro com materiais simples e acessíveis. E, além disso, também discutem que precisamos de duas referências para definir uma escala termométrica, por exemplo, a temperatura do corpo humano e o ponto de ebulição da água. A questão da utilização da temperatura do corpo humano como uma referência pode ser explorada em sala de aula. Será que essa é uma boa referência? Será que é estável o suficiente? Isso pode ser abordado de forma a trazer também para a discussão o tema de sistemas de unidades. Como sabemos, várias referências de medidas já foram baseadas em dimensões humanas e historicamente foram abandonadas. Durante o experimento apresentado mostra-se que existe uma preocupação com a substância termométrica utilizada, o álcool, pois essa substância deve possuir pelo menos uma de suas propriedades físicas, volume, pressão, comprimento, resistência elétrica etc., variando de forma mensurável e linear com a temperatura. Após a escolha da substância a ser utilizada, o álcool, outro cuidado é com a 6

7 definição da escala termométrica. Como o álcool está contido em um tubo, a sua variação de volume com a temperatura se manifesta essencialmente na variação do comprimento da coluna do líquido e devemos atribuir um certo incremento para definir o grau de temperatura nessa escala. 2. Como diferenciar calor de temperatura? Resposta: Podemos demonstrar que para uma mesma variação de temperatura em corpos diferentes temos que fornecer quantidades de energia térmica também diferentes. No vídeo a equipe amarela aquece duas quantidades diferentes de água, usando fontes de calor iguais até a fervura, e verificam que um tempo maior é necessário para aquecer a maior quantidade de água. Isso demonstra que calor não é temperatura e vice versa, pois foram necessárias quantidades de calor diferentes para que volumes de água diferentes chegassem a mesma temperatura. Ou seja, quando fornecemos calor para um sistema alguns parâmetros podem influenciar a variação de temperatura sofrida. Esses parâmetros são a massa e o calor específico de cada material. Se define calor específico (c) como a quantidade de calor que temos que fornecer ou retirar de um grama de substância para variar sua temperatura em um grau centígrado. No caso particular da água, c vale 1 cal/(g ºC) ou 4186 J/(kg ºK). 7

8 A seguir destacaremos comentários e explicações de fenômenos citados pelo físico no vídeo: Passagem Calor Comentário e explicação Exemplo Energia em transferência O café transfere calor para o entre dois corpos que meio enquanto esfria (diminui possuem diferentes sua temperatura) sobre a temperaturas. mesa. Temperatura Medida do grau de agitação das moléculas. Conforme aumentamos a energia térmica de um corpo, as moléculas ficam cada vez mais agitadas, o que implica em uma maior temperatura. Informações do programa de previsão do tempo mundial apresentado no vídeo pelas equipes de curiosos no vídeo. Iara: A maior temperatura já registrada no Brasil foi de 49 C na cidade do Rio de Janeiro, capital, no dia 15 de janeiro de Edu: Já a menor temperatura registrada foi de 17,8 C NEGATIVOS, no Morro da Igreja, em Urubici, Santa Catarina, em 29 de junho de Luize: A menor temperatura da Terra foi de 89,2 C NEGATIVOS, na Estação Vostok, na Antártida, em 21 de Julho de Jonathan: E a maior foi 57,7 C, em Al 'Aziziyah, na Líbia, em 13 de Setembro de Jana: Menos 1 C no deserto da Arábia! De dia, gente! É que é em um resort de ski indoors (em recinto fechado), em Dubai, nos Emirados Árabes Unidos. 8

9 Pietro: Segundo o Guinness, o "livro dos recordes", a maior temperatura já registrada no oceano é de 404 ºC. Esse calor animal foi medido no oceano Pacífico, a mais ou menos 480 quilômetros da costa oeste dos Estados Unidos, a mais de 2 mil metros de profundidade, num lugar em que o magma vulcânico fica muito próximo do leito do oceano, aquecendo a água. Depois da atividade Depois da exibição do vídeo, professor, você pode rever as cenas mais importantes ou que considerar de difícil compreensão, ou, se necessário, exibilo uma segunda vez, chamando a atenção para determinadas cenas, diálogos, situações. É importante que o grupo (professor e alunos) desenvolva uma conversa sobre o vídeo, destacando questões, dúvidas, e comentários sobre a mídia. Pode-se também resgatar a dinâmica em que os alunos refletem e escrevem em uma folha, agora sobre o que aprenderam, ou seja, eles escreverão sobre algo novo que tenham aprendido com o vídeo. Podem ainda trocar a folha com os colegas. A seguir, sugestões de algumas questões que podem ser feitas após a exibição do vídeo. Questões Questões do vídeo Como podemos medir a temperatura dos corpos? Sugestão de Resposta Usamos os termômetros e suas escalas termométricas. Os termômetros são instrumentos que quando colocados em contato com outro corpo, entram em equilíbrio térmico e, devido a isso, a substância de que é feito se dilata conforme a temperatura aumenta. Para mensurar essa dilatação ou contração, utilizamos o que chamamos de escala termométrica. São três as principais escalas termométricas: 1 Escala Celsius Em 1742, o astrônomo sueco Anders Celsius ( ) criou uma versão "invertida" da versão moderna da escala de temperatura. Celsius marcou o 9

10 zero no ponto de ebulição da água e o cem no ponto de fusão; também determinou com grande precisão como o ponto de ebulição da água variava em função da pressão atmosférica. Celsius propôs que o zero, na sua escala de temperatura (ponto de ebulição da água), devia ser calibrado à pressão atmosférica ao nível do mar. Esta pressão é conhecida como a pressão de 1 atm. Atualmente, o ponto de fusão equivale ao zero e o ponto de ebulição, à pressão de 1 atm, equivale a 100 e o intervalo de variação do comprimento é dividido em 100 partes iguais. 2 Escala Farenheith O grau Fahrenheit (símbolo: F) é uma escala de temperatura proposta por Daniel Gabriel Fahrenheit, em Nesta escala o ponto de fusão da água é de 32 F e o ponto de ebulição de 212 F. Uma diferença de 1,8 F equivale à de 1 C. Esta escala foi utilizada principalmente pelos países que foram colonizados pelos britânicos, por ser seu uso mais adequado em países de clima frio, onde as temperaturas assumem, quase sempre, valores positivos na escala Fahrenheit, o que não acontece quando se usa a escala Celsius. O zero Fahrenheit equivale a -17,78 C, portanto, poucas serão as situações em que serão apresentados valores negativos na previsão do tempo, o que facilita a compreensão de temperatura pelos habitantes de países de clima frio. 3 Escala Kelvin A escala Kelvin de temperatura foi criada em resposta à seguinte pergunta: Qual é a temperatura mais baixa que pode ser atingida? Quem respondeu a essa pergunta foi o grande cientista inglês William Thomson, Lord Kelvin, que mostrou que existe um limite inferior absoluto de temperatura, cujo valor é - 273,15 o C. Em 2007 comemorou-se o centenário de sua morte e, em sua homenagem, a Revista Brasileira de Ensino de Física publicou uma tradução comentada do seu artigo original (veja Revista Brasileira de Ensino de Fisica, v. 29, n. 4, p , (2007) ( É uma escala absoluta de temperatura porque não possui dois pontos fixos arbitrários para sua definição, 10

11 Qual a relação entre o calor e a temperatura? pois o zero absoluto é uma constante da natureza. A temperatura do zero absoluto não pode ser alcançada por extrapolação, e a escala é definida na escala Celsius. Erradamente alguns textos atribuem ao zero absoluto um conceito segundo o qual nessa temperatura todos os átomos ou moléculas de um corpo estariam absolutamente parados e assim não conteriam energia. Todavia, as leis da Termodinâmica mostram que mesmo no zero absoluto existe uma energia denominada Energia do Ponto Zero. Outra consequência da existência do zero absoluto de temperatura, e da impossibilidade em alcançá-lo, é sua relação com a Terceira Lei da Termodinâmica, que garante que nenhum sistema pode ter uma eficiência de 100%, negando assim a existência do moto perpétuo. Temperatura é a medida do grau de agitação das partículas que constituem os corpos. Essa agitação está relacionada com a energia térmica contida em um corpo. Quando um corpo perde ou ganha calor diminui ou aumenta a energia térmica que contém e consequentemente diminui ou aumenta o grau de agitação dessas partículas. O aumento ou diminuição de temperatura é função da Capacidade Térmica da amostra, definida como C=mc, onde m é a sua massa e c o seu calor específico. Ou ainda uma variação Δθ de temperatura exige uma quantidade de calor Q dada por: Questões para reflexão e discussão O que temos que levar em consideração quando fazemos uma escala termométrica? Quais são os fatores, além da massa e da variação de temperatura, que influenciam no ponto de ebulição de uma substância? Q = mcδθ Pontos fixos (Referências); Substância que colocamos para se dilatar dentro do termômetro; Variação linear da propriedade termométrica com a temperatura do tipo Δl = l0 + αδθ Todas as substâncias quando modificam seu estado dependem das três variáveis termodinâmicas: Temperatura Pressão Volume (pela densidade está relacionado com a massa) Quando pegamos uma mesma quantidade de 11

12 Questão Desafio Qual a diferença entre temperatura e sensação térmica? substância e fornecemos a ela uma mesma quantidade de calor, o que implica em uma mesma variação de temperatura (se não houver mudança de estado), temos a pressão, que também determina o comportamento dessa substância. Quando aumentamos a pressão, modificamos o ponto de ebulição (PE) em que ocorre a mudança de fase dessa substância. Se aumentamos a pressão a PE aumenta, se diminuímos a pressão o PE diminui. Então, quando dizemos que água ferve a 100ºC estamos nos referindo a lugares onde a pressão é 1atm. Conforme subimos, diminuímos a pressão e assim temos um PE menor. Esse fenômeno é o que está por trás do princípio da panela de pressão. Temperatura, como já dito anteriormente, é proporcional ao grau de agitação das moléculas do material. Sensação térmica é como sentimos através do nosso corpo a perda ou ganho de calor para o meio e leva em conta outros parâmetros como o vento e a umidade do ar. Avaliação Como avaliação para sua atividade, proponha que cada aluno crie sua própria escala termométrica. E discuta os limites de medidas de cada uma delas. Além disso, proponha que eles pesquisem em vários meios de comunicação, como revista, jornal, internet, TV e outros, formas em que a palavra calor aparece, e de que forma aparece. A partir desse levantamento, faça uma roda de discussão em que cada aluno apresenta onde encontrou a palavra, de que forma encontrou e por último se está de acordo com a definição física da mesma, ou não. Dessa forma você irá trabalhar a capacidade de argumentação dos alunos e também terá como verificar se eles conseguem aplicar em outros contextos o que aprenderam em sala de aula. 12

13 Atividades Complementares Áudio do Projeto Acessa Física Termodinâmica Aquecimento Solar. Software do Projeto Acessa Física Termodinâmica Experimento Joule. Experimento do Projeto Acessa Física Termodinâmica - Sifão. Vídeo do Projeto Acessa Física Termodinâmica. Para Saber Mais Hewitt, P.G, Física Conceitual, 9ª Edição. Porto Alegre: Bookman, Máximo, A., Alvarenga, B. Física. Volume Único. São Paulo: Editora Scipone, Palavras-chave para busca na internet: escalas termométricas, temperatura, calor

14 Créditos Projeto Acessa Física Instituição Executora IBTF - Instituto Brasileiro de Educação e Tecnologia de Formação a Distância Parceiros CDCC - Centro de Divulgação Científica e Cultural USP IEA - Instituto de Estudos Avançados - São Carlos USP Concepção de Linguagem Cao Hamburger Concepção e Revisão de Roteiros Prof. Carlos Alfredo Argüello Prof. Dietrich Schiel Prof. Yvonne Primerano Mascarenhas Prof. Carolina Rodrigues de Souza Prof. Paulo Roberto Mascarenhas Prof. Márcio Leandro Rotondo Prof. Naylor Ferreira de Oliveira Prof. Ana Aleixo Diniz Prof. Felipe Castilho de Souza Prof. Herbert Alexandre João Carolina Codá Coordenador Pedagógico Hamilton Silva Apresentação Professores Márcio Miranda e Luis Nunes Patrícia Bruna P. dos Santos Marina Yasmim Karina Reis Marcelo Thomas Canton Miranda Jana Natália Belasalma Edu David Narciso Jonathan Renato Capella Livia Zoe Yasmine Miranda Sá Dall igna Luize Ana Carolina Garbuio Pietro - Bruno Garbuio 14

15 Iara Letícia Ferreira Maurício Lauro De Paiva Pirolla Fernanda Nicole Santaella Carol Andressa Barbosa C. Gomes Bruno Lucas Matsukura Caio Wesley Soalheiro de Souza Pedro Victor Casé de Souza Oliveira Beto Renato Augusto G. Rodrigues Renata Luiza Campos Martins Felipe Adans Paulo Paulo Rafael Augusto Montassier Direção Glauco M. de Toledo José Pinotti Julio Peronti Carlos Henrique Branco Wagner Netto Produção Danny Santos José Pinotti Paulo Mascarenhas Taciana Previero Wagner Netto Roteiros Claudio Ferraraz Jr. Francisco R. Belda Glauco M. de Toledo Luiz Salles Renato Capella Roger Mestriner Direção de Fotografia Adriano S. Barbuto Fabio Tashiro Edição e Finalização Danny Santos Elói Beltrami Doltrário Fernando Rodrigues Ivan M. Franco Rodrigo Pio Animação 3D André Fonseca Silva 15

16 Som Direto Wagner Netto Adans Paulo Sound Designer Alexey Rodrigo Adans Paulo Projeto financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia 16