Atividade prática - Estudando a água Parte 12

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1 Atividade prática - Estudando a água Parte 12 9º ano do Ensino Fundamental e 1º ano do Ensino Médio Objetivo Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como de sua interação com outras substâncias. É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água também permite introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano; que, por sua vez, são inerentes às questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras. Introdução - O vapor d água, a umidade relativa do ar, o regime de chuvas e as sensações térmicas Sabe-se que o ar contém certa quantidade de água, na forma de vapor. Mas, muitas vezes não nos damos conta da importância desse fato e das influências das variações da umidade do ar na nossa saúde, no ciclo das chuvas, na ocorrência de fenômenos meteorológicos e grandes tempestades, no nosso conforto quando entramos em um ambiente com ar refrigerado e, ao contrário, no desconforto com o excesso de suor em um dia muito quente e úmido. Movimentação de vapor de água no ciclo hidrológico em quilômetros cúbicos. A evaporação dos oceanos e a transpiração das florestas contribuem para constituir a umidade do ar. Em tempos de escassez de água em todo o planeta, entender todos os fatores que compõem o ciclo hidrológico é fundamental para o aproveitamento desse recurso. A má utilização e o desmatamento são, no Brasil, as principais causas da escassez de água potável. Mar de Aral, na Ásia Central, em duas fotos aéreas, uma de 1989 (esquerda) e outra em 2008 (direita). A grande redução do nível da água ocorreu por excesso de utilização das águas para irrigação.

2 O teor de umidade do ar depende de vários fatores importantes, como a quantidade de água evaporada dos oceanos, da quantidade de transpiração das florestas e também das correntes atmosféricas, que transportam esse vapor de uma região do globo para outra e, consequentemente, as chuvas. Para que as chuvas ocorram, vários outros fatores são importantes, como a temperatura, o ponto de orvalho, pressão atmosférica e a presença na atmosfera de substâncias chamadas núcleos de condensação, que ajudam na aglutinação das gotinhas em gotas maiores. Costuma-se dizer que onde há florestas, há chuvas ; e não o contrário, como já se acreditou. Isso porque onde há florestas, há todas as condições reunidas para que haja precipitação. Umidade relativa do ar A umidade relativa é importantíssima para a manutenção de nossa saúde. Se o clima estiver muito seco, há grande facilidade de desidratação, pois perdemos muita água na forma de suor gasoso, sem que percebamos. O suor nos incomoda, sim, mas quando está na forma líquida; mas, só suamos abundantemente na forma líquida, quando a umidade do ar está elevada, porque o ar saturado de umidade dificulta a evaporação do suor. O ar seco contém grande quantidade de gás nitrogênio (N2), em torno de 78%, e de gás oxigênio (O2), em torno de 21%, além de vários outros gases em menor proporção. Portanto, quando dizemos que a umidade relativa está em 100%, isso não significa que só existe água na atmosfera, pois isso seria impossível. Esse percentual se refere à quantidade máxima de água que o ar consegue armazenar na forma de vapor. Em termos absolutos, a quantidade de água no ar depende muito da temperatura ambiente e da altitude. Isso porque as variações de temperatura e de pressão atmosférica influenciam na velocidade de evaporação da água líquida. Quantidade de água no ar em g/kg, em função da temperatura, quando a umidade relativa é de 100% e de 50%. Quanto maior a temperatura ambiente, maior a evaporação e, portanto, maior será a quantidade de água no ar, na forma de vapor. Por exemplo, quando a temperatura ambiente é de cerca de 30ºC e a pressão atmosférica 1000hPa, o ar pode conter um máximo de 28g de água por metro cúbico de ar (cerca de 1kg de ar). Ou seja, para essa temperatura e pressão, essa é a quantidade de água que corresponde a 100% de umidade relativa. Umidade do ar, temperatura, ventos, sensação térmica e desconforto humano Uma das formas que um condicionador de ar tem de aliviar nossa sensação de calor é retirar umidade do ar. Isso acontece porque quanto mais úmido o ar, menor a tendência de evaporação do suor; que, no estado líquido, permanece mais tempo grudado ao nosso corpo e às roupas, causando desconforto. Da forma contrária, quando o ar está mais seco, o suor evapora mais facilmente e, nesse processo, retira calor de nossa pele, nos dando sensação de frescor. Esse

3 processo é semelhante ao fato de molharmos nossas mãos com álcool ou acetona, que evapora rapidamente e retira calor de nossas mãos, que ficam mais frias. Você já deve ter ouvido falar em sensação térmica, nos noticiários de clima e previsão do tempo. Como se trata de uma sensação humana, a sensação térmica é bastante discutida nos meios científicos e existem várias fórmulas diferentes para estabelecer um valor numérico em graus. A equação mais conhecida utiliza apenas a temperatura ambiente (T) e a velocidade do vento (v) como parâmetros de cálculo para a sensação térmica (ST). De acordo com a equação acima, podemos analisar duas situações para comparação: 1) Se a temperatura do ar for de 0ºC e sem ventos (velocidade zero), a sensação térmica será de 17,325ºC, que é bastante confortável. 2) Mas, se à mesma temperatura estivermos expostos a ventos de 5m/s, que equivalem a uma brisa suave, a sensação térmica cai para -8,625ºC, que é um frio muito intenso. Essa grande diferença de sensação térmica acontece porque o vento tem grande capacidade de retirar calor de nossa pele. É claro que isso poderá variar de pessoa para pessoa, dependendo, por exemplo, do tipo de vestimenta e de agasalhos que estiverem usando. No entanto, como podemos perceber, essa equação não leva em consideração o importante parâmetro da umidade relativa do ar. Além disso, considera-se que essa equação seja válida em um intervalo entre -20ºC e 30ºC, não sendo muito eficiente para temperaturas muito quentes quanto as que temos no Brasil e em outros países de clima muito quente e úmido. Simulador de sensação térmica online. Acesse o link abaixo, em que um simulador de sensação térmica está baseado na equação acima. Teste várias situações que desejar, variando a temperatura e a velocidade dos ventos. Existem várias outras equações que tentam calcular a sensação térmica, índice de calor ou temperatura real, que levam em consideração vários outros fatores como o tamanho e o tecido usado para a vestimenta, o sexo da pessoa (a intensidade do metabolismo e a velocidade de perda de calor é diferente para cada sexo), a intensidade da atividade física realizada no momento, e, claro, temperatura ambiente e a umidade do ar. Esses cálculos são muito importantes nos projetos de arquitetura e climatização de diversos ambientes como hotéis, shoppings e estádios esportivos cobertos, que precisam ser dimensionados para que haja o máximo conforto humano, mantendo em valores médios de umidade, ventilação e temperatura. Experimento: A relatividade das sensações térmicas Material (para toda a turma) A) Três bacias plásticas. B) Água de torneira em três temperaturas: bem gelada, bem quente e ambiente. C) Ebulidor ou outra fonte de calor para aquecimento da água. D) Gelo. E) Termômetro. F) Papel toalha à vontade.

4 Procedimento Preparação 1. Posicione três bacias lado a lado sobre uma bancada. 2. Coloque alguns litros de água para esquentar até uma temperatura bem quente, porém suportável ao contato, ou seja, até cerca de 55ºC. A quantidade deve ser suficiente para encher até 2/3 do volume de uma das bacias. 3. Coloque a mesma quantidade de água para gelar. Você pode misturar com água gelada da geladeira e também adicionar gelo. A temperatura ideal dessa água gelada para o experimento é entre 3ºC e 10ºC. 4. Adicione à bacia do centro a mesma quantidade (2/3 do volume) de água na temperatura ambiente. 5. Coloque cuidadosamente a água quente na bacia da direita; e a água fria na bacia da esquerda. Obs.: Essa posição pode ser invertida, mas a bacia com água ambiente tem que ficar no meio. Mantenha mais quantidade de água quente e de água gelada de reserva, pois serão necessárias para reposição no decorrer do experimento. Procedimento Teste Nessa fase, os alunos podem fazer uma fila, para que, um a um, testem as três amostras como descrito abaixo. Será necessário conferir as temperaturas das três amostras a intervalos regulares, e repor ou trocar, se necessário, a água quente e a água fria. 6. Posicione-se diante das três bacias. 7. Simultaneamente, mergulhe a mão direita na bacia da direita e a mão esquerda na bacia da esquerda, e aguarde tempo suficiente para que uma mão fique aquecida e a outra fique bem fria. 8. Simultaneamente, coloque as duas mãos na bacia do meio. Concentre-se na sensação que chega ao seu cérebro, vinda de cada mão sua. Perceba a diferença de sensações, vinda do mesmo material. Se necessário, repita o procedimento, deixando mais tempo as mãos na água quente e fria. Observações e questões 1) Descreva suas sensações ao colocar as mãos na bacia do meio. Houve diferenças nas sensações vindas da mão direita e da mão esquerda? Comente. 2) Todos os seus colegas tiveram as mesmas impressões sobre o experimento? Troque informações com pelo menos cinco de seus colegas e confira se foram exatamente as mesmas sensações que você teve. Comente. 3) Imagine a situação de duas amigas que acabam de se encontrar em uma praça, com árvores e brisa suave, e começam a conversar sobre o tempo e o clima. Uma delas, Alice, acaba de sair do

5 carro, sem ar condicionado; enquanto a outra, Débora, acaba de sair de uma agência bancária, que estava sob ar refrigerado intenso. Como você imagina que será a opinião de cada uma sobre o tempo e o clima? Comente e explique. 4) Por que os cientistas têm tantas dificuldades de estabelecer uma equação definitiva sobre o cálculo da sensação térmica? Comente.