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Plano de aula > Ciências > 7º ano > Matéria e Energia

Plano de aula - Equilíbrio Termodinâmico

Plano de aula de Ciências com atividades para 7º ano do Fundamental sobre o comportamento de líquidos durante o aquecimento e o resfriamento, descrito pela Lei de Newton para resfriamento, como justificativa do rendimento de máquinas térmicas.

Plano 03 de 5 • Clique aqui e veja todas as aulas desta sequência

Plano de aula alinhado à BNCC • POR: João Paulo Trindade dos Santos

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Sobre este plano select-down

Slide Plano Aula

Este slide não deve ser apresentado para os alunos, ele apenas resume o conteúdo da aula para que você, professor, possa se planejar.

Sobre esta aula: Este plano faz parte de uma sequência de aulas que trabalham conceitos relacionados com máquinas térmicas e termodinâmica. Em especial, neste momento será tratada da Lei de Newton para resfriamento de corpos, essa lei é usada como uma das justificativas para rendimento de máquinas térmicas serem inferiores a 1, como enunciado no plano CIE07ME04_02.

Tendo em vista que o aquecimento de corpos ocorre de maneira linear, é de se esperar que o resfriamento também ocorra de forma linear. Contudo, o resfriamento ocorre com comportamento não linear, proporcional entre a diferença de temperatura do corpo e do ambiente, semelhante a uma função exponencial, cuja base seja 0

A seguir, algumas referências que podem auxiliar na melhor compreensão do assunto:

Materiais necessários para a aula: bacia de água quente, bacia de água fria, 100ml líquido (água ou óleo), copo plástico ou béquer, termômetro e folha quadriculada.

Título da aula select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Leia o título da aula para a classe e em seguida pergunte o que eles lembram sobre esse tema, de aulas anteriores. Por exemplo:

O que acontece quando aproximamos dois corpos com temperaturas diferentes?

Como ocorre o fluxo de calor entre dois corpos?

Para auxiliar melhor, o professor poderá executar o plano de aula CIE7_02ME02, que auxiliará nas respostas para essas questões.

Contexto select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Como descrito anteriormente, este plano auxiliará os alunos à entenderem um dos motivos que levam as máquinas térmicas apresentarem rendimento menor que 100%. Desta forma, para melhor alinhamento, é interessante que o plano de aula CIE7_04ME02 seja executado anteriormente.

Leia o trecho presente nesse slide para a classe e diga que Carnot contribuiu muito para a compreensão das máquinas térmicas e que Newton observou o comportamento de corpos tanto ao serem aquecidos, como ao serem resfriados. Essas observações são de grande importância para a compressão da segunda lei da Termodinâmica e do rendimento de máquinas térmicas.

Questão disparadora select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Diga para a turma que nessa aula eles serão Newton e que deverão observar o comportamento da água ao ser aquecida e ao ser resfriada. Para isso, serão divididos em 6 grupos (ou um números múltiplo de 6) e que cada grupo realizará um teste, mas no final todos compartilharão o que observaram e alcançarão as conclusões de Newton. Por fim, leia a questão disparadora.

Mão na massa select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 30 minutos

Orientações: Antes de iniciar esta etapa, entre na sala com 2 amostras imersas em água quente, 2 em água gelada e 2 em temperatura ambiente. É importante preparar as amostras ao mesmo tempo para garantir o equilíbrio térmico entre o sistema e a vizinhança, assim cada dupla estará na mesma temperatura inicial, promovendo uma melhor precisão durante os experimentos. O ideal seria que cada teste fosse repetido três vezes, procedimento padrão nos experimentos científicos, mas por questão de tempo de aula isso não será realizado aqui.
Monte no centro da classe o hexágono com carteiras, ou distribua vários hexágonos pela sala, em cada face coloque uma amostra e um ambiente para o teste, da seguinte forma:

Grupo 1 (G1): amostra em temperatura ambiente, bacia de água quente;

Grupo 2 (G2): amostra imersa em água quente , bacia de água fria;

Grupo 3 (G3): amostra imersa em água fria, bacia de água quente;

Grupo 4 (G4): amostra em temperatura ambiente, bacia de água fria;

Grupo 5 (G5): amostra imersa em água fria, bacia (sem nada ou com água em temperatura ambiente);

Grupo 6 (G6): amostra imersa em água quente, bacia (sem nada ou com água em temperatura ambiente).

Em seguida, intitule cada grupo como G1, G2, G3, G4, G5 e G6. Posicione cada grupo em frente a uma carteira do hexágono. Em cada lado do hexágono, deve conter além da amostra e do ambiente, um termômetro e uma folha de papel quadriculado. Se você achar necessário, imprima as instruções do slide e coloque junto ao material de cada grupo (material para impressão disponível aqui:

A figura desse slide descreve qual o teste cada grupo deverá fazer e como a amostra estará inicialmente, por exemplo:

G1. Teste do Aquecimento, amostra em temperatura ambiente deve ser aquecida pelo contato com água quente.

As amostras podem ser água ou óleo, cerca de 100ml, depositadas em um béquer ou copo plástico. Mede-se a temperatura inicial da amostra e em seguida, monta-se o plano cartesiano, descrito no slide seguinte.

Materiais necessários para a aula: bacia de água quente, bacia de água fria, 100ml líquido (água ou óleo), copo plástico ou béquer, termômetro e folha quadriculada. Material para impressão, disponível em

Mão na massa select-down

Slide Plano Aula

Orientações: Oriente cada grupo para montar o plano cartesiano usando uma folha de papel quadriculado: um eixo na horizontal deve ser criado e ter a escala tempo em minutos e, na vertical, a escala temperatura, em graus Celsius. Se possível, faça alguns pontos no quadro para mostrar como se monta um gráfico experimental.

A construção de gráficos é uma atividade importante em diversas disciplinas, especialmente em Ciências. Dedique alguns minutos nessa etapa, ensinando os alunos como construir e ler gráficos: o significado dos eixos, a necessidade de se indicar o que cada eixo está medindo, e como ler a curva obtida, neste caso, como a temperatura da amostra varia com o tempo.

Quando os alunos já tiverem preparado os eixos x e y do gráfico, peça que coloquem suas amostras no ambiente de análise e comecem a medir a temperatura, a cada minuto, por 20 minutos.

Continuando com o exemplo do G1: O béquer ou copo plástico contendo o líquido deve ser colocado na bacia de água quente e a cada minuto a temperatura do líquido do copo deve ser medida e marcada no plano cartesiano montado.

Ao finalizar os 20 minutos, peça que cada grupo meça a temperatura do ambiente de teste, ou seja, a temperatura ambiente, a temperatura da água fria e a temperatura da água quente.

Após a montagem da curva, permita, por 2 minutos, que os grupos reflitam entre si sobre as curvas obtidas, tanto as de aquecimento (G1, G3 e G5) como as de resfriamento (G2, G4 e G6). Peça para compararem as curvas e marcarem as semelhanças, como o formato da curva. Agora, por 3 minutos, peça que um grupo de aquecimento discuta com um grupo de resfriamento (G1 com G2; G3 com G4 e G5 com G6, por exemplo) as curvas obtidas e anotem tanto as semelhanças como as diferenças observadas.

O professor, caso sinta necessidade, pode conferir uma breve explicação e um exemplo de cada curva no documento:

Sistematização select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 10 minutos

Orientações: Peça que cada grupo de aquecimento mostre a curva que obteve e depois faça o mesmo com o resfriamento. Peça para que eles apresentem suas hipóteses para explicar as diferenças observadas em cada caso. Pergunte a eles o que podem concluir com a análise dos dados.

Reúna os grupos G1 com G6, G3 com G2 e G5 com G4 e peça para comprarem a temperatura inicial de um grupo com a temperatura final do outro grupo.

Só então encerre a aula mostrando esse slide e enunciando a lei de resfriamento de Newton. Peça para responderem em seus cadernos essa pergunta. A resposta deve ser que o resfriamento é mais lento que o aquecimento, dessa forma, a temperatura final do experimento de resfriamento deve ser maior que a temperatura Inicial do aquecimento.

Por fim, conclua com a turma que para uma máquina térmica, descrita por Carnot, o rendimento não se aproximará de 100%, pois mesmo que a temperatura inicial, na caldeira, seja muito baixa, após o aquecimento promovido pela fonte quente, a fonte fria não conseguiria resfriar o fluido à temperatura inicial, devido às observações de Newton.

Resumo da aula

download Baixar plano

Este slide não deve ser apresentado para os alunos, ele apenas resume o conteúdo da aula para que você, professor, possa se planejar.

Sobre esta aula: Este plano faz parte de uma sequência de aulas que trabalham conceitos relacionados com máquinas térmicas e termodinâmica. Em especial, neste momento será tratada da Lei de Newton para resfriamento de corpos, essa lei é usada como uma das justificativas para rendimento de máquinas térmicas serem inferiores a 1, como enunciado no plano CIE07ME04_02.

Tendo em vista que o aquecimento de corpos ocorre de maneira linear, é de se esperar que o resfriamento também ocorra de forma linear. Contudo, o resfriamento ocorre com comportamento não linear, proporcional entre a diferença de temperatura do corpo e do ambiente, semelhante a uma função exponencial, cuja base seja 0

A seguir, algumas referências que podem auxiliar na melhor compreensão do assunto:

Materiais necessários para a aula: bacia de água quente, bacia de água fria, 100ml líquido (água ou óleo), copo plástico ou béquer, termômetro e folha quadriculada.

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Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Leia o título da aula para a classe e em seguida pergunte o que eles lembram sobre esse tema, de aulas anteriores. Por exemplo:

O que acontece quando aproximamos dois corpos com temperaturas diferentes?

Como ocorre o fluxo de calor entre dois corpos?

Para auxiliar melhor, o professor poderá executar o plano de aula CIE7_02ME02, que auxiliará nas respostas para essas questões.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Como descrito anteriormente, este plano auxiliará os alunos à entenderem um dos motivos que levam as máquinas térmicas apresentarem rendimento menor que 100%. Desta forma, para melhor alinhamento, é interessante que o plano de aula CIE7_04ME02 seja executado anteriormente.

Leia o trecho presente nesse slide para a classe e diga que Carnot contribuiu muito para a compreensão das máquinas térmicas e que Newton observou o comportamento de corpos tanto ao serem aquecidos, como ao serem resfriados. Essas observações são de grande importância para a compressão da segunda lei da Termodinâmica e do rendimento de máquinas térmicas.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Diga para a turma que nessa aula eles serão Newton e que deverão observar o comportamento da água ao ser aquecida e ao ser resfriada. Para isso, serão divididos em 6 grupos (ou um números múltiplo de 6) e que cada grupo realizará um teste, mas no final todos compartilharão o que observaram e alcançarão as conclusões de Newton. Por fim, leia a questão disparadora.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 30 minutos

Orientações: Antes de iniciar esta etapa, entre na sala com 2 amostras imersas em água quente, 2 em água gelada e 2 em temperatura ambiente. É importante preparar as amostras ao mesmo tempo para garantir o equilíbrio térmico entre o sistema e a vizinhança, assim cada dupla estará na mesma temperatura inicial, promovendo uma melhor precisão durante os experimentos. O ideal seria que cada teste fosse repetido três vezes, procedimento padrão nos experimentos científicos, mas por questão de tempo de aula isso não será realizado aqui.
Monte no centro da classe o hexágono com carteiras, ou distribua vários hexágonos pela sala, em cada face coloque uma amostra e um ambiente para o teste, da seguinte forma:

Grupo 1 (G1): amostra em temperatura ambiente, bacia de água quente;

Grupo 2 (G2): amostra imersa em água quente , bacia de água fria;

Grupo 3 (G3): amostra imersa em água fria, bacia de água quente;

Grupo 4 (G4): amostra em temperatura ambiente, bacia de água fria;

Grupo 5 (G5): amostra imersa em água fria, bacia (sem nada ou com água em temperatura ambiente);

Grupo 6 (G6): amostra imersa em água quente, bacia (sem nada ou com água em temperatura ambiente).

Em seguida, intitule cada grupo como G1, G2, G3, G4, G5 e G6. Posicione cada grupo em frente a uma carteira do hexágono. Em cada lado do hexágono, deve conter além da amostra e do ambiente, um termômetro e uma folha de papel quadriculado. Se você achar necessário, imprima as instruções do slide e coloque junto ao material de cada grupo (material para impressão disponível aqui:

A figura desse slide descreve qual o teste cada grupo deverá fazer e como a amostra estará inicialmente, por exemplo:

G1. Teste do Aquecimento, amostra em temperatura ambiente deve ser aquecida pelo contato com água quente.

As amostras podem ser água ou óleo, cerca de 100ml, depositadas em um béquer ou copo plástico. Mede-se a temperatura inicial da amostra e em seguida, monta-se o plano cartesiano, descrito no slide seguinte.

Materiais necessários para a aula: bacia de água quente, bacia de água fria, 100ml líquido (água ou óleo), copo plástico ou béquer, termômetro e folha quadriculada. Material para impressão, disponível em

Slide Plano Aula

Orientações: Oriente cada grupo para montar o plano cartesiano usando uma folha de papel quadriculado: um eixo na horizontal deve ser criado e ter a escala tempo em minutos e, na vertical, a escala temperatura, em graus Celsius. Se possível, faça alguns pontos no quadro para mostrar como se monta um gráfico experimental.

A construção de gráficos é uma atividade importante em diversas disciplinas, especialmente em Ciências. Dedique alguns minutos nessa etapa, ensinando os alunos como construir e ler gráficos: o significado dos eixos, a necessidade de se indicar o que cada eixo está medindo, e como ler a curva obtida, neste caso, como a temperatura da amostra varia com o tempo.

Quando os alunos já tiverem preparado os eixos x e y do gráfico, peça que coloquem suas amostras no ambiente de análise e comecem a medir a temperatura, a cada minuto, por 20 minutos.

Continuando com o exemplo do G1: O béquer ou copo plástico contendo o líquido deve ser colocado na bacia de água quente e a cada minuto a temperatura do líquido do copo deve ser medida e marcada no plano cartesiano montado.

Ao finalizar os 20 minutos, peça que cada grupo meça a temperatura do ambiente de teste, ou seja, a temperatura ambiente, a temperatura da água fria e a temperatura da água quente.

Após a montagem da curva, permita, por 2 minutos, que os grupos reflitam entre si sobre as curvas obtidas, tanto as de aquecimento (G1, G3 e G5) como as de resfriamento (G2, G4 e G6). Peça para compararem as curvas e marcarem as semelhanças, como o formato da curva. Agora, por 3 minutos, peça que um grupo de aquecimento discuta com um grupo de resfriamento (G1 com G2; G3 com G4 e G5 com G6, por exemplo) as curvas obtidas e anotem tanto as semelhanças como as diferenças observadas.

O professor, caso sinta necessidade, pode conferir uma breve explicação e um exemplo de cada curva no documento:

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Tempo sugerido: 10 minutos

Orientações: Peça que cada grupo de aquecimento mostre a curva que obteve e depois faça o mesmo com o resfriamento. Peça para que eles apresentem suas hipóteses para explicar as diferenças observadas em cada caso. Pergunte a eles o que podem concluir com a análise dos dados.

Reúna os grupos G1 com G6, G3 com G2 e G5 com G4 e peça para comprarem a temperatura inicial de um grupo com a temperatura final do outro grupo.

Só então encerre a aula mostrando esse slide e enunciando a lei de resfriamento de Newton. Peça para responderem em seus cadernos essa pergunta. A resposta deve ser que o resfriamento é mais lento que o aquecimento, dessa forma, a temperatura final do experimento de resfriamento deve ser maior que a temperatura Inicial do aquecimento.

Por fim, conclua com a turma que para uma máquina térmica, descrita por Carnot, o rendimento não se aproximará de 100%, pois mesmo que a temperatura inicial, na caldeira, seja muito baixa, após o aquecimento promovido pela fonte quente, a fonte fria não conseguiria resfriar o fluido à temperatura inicial, devido às observações de Newton.

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