Sobre este 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: Esta aula pode ser dada após os alunos já terem adquiridos conhecimentos sobre máquinas térmicas, apresentadas nesta unidade CIE7_04ME. Você observará que a habilidade não será contemplada em sua totalidade, pois questões relacionadas a conceitos de fonte quente, fonte fria, rendimento e conversão de calor em trabalho não são discutidos neste plano.
Esta aula admite que os alunos já conheçam as definições de fonte quente e fonte fria, assim como conversão de calor em trabalho, e põe em prova esses conceitos com a construção do refrigerador, montando e identificando tais partes.
Para fazer toda a aula em 50 minutos, o professor deverá montar o “motor” e todo o “sistema de refrigeração” (a caixa ou envelope) com antecedência. As instruções para isso seguem no seguinte arquivo: .
Essa aula pode também ser dividida em outras duas aulas:
- Aula 1: a situação-problema é abordada e possíveis soluções são discutidas, como o uso de um sistema de condução de calor, transferência de energia.
- Aula 2: (ii) elaboração e montagem do refrigerador, seguido do teste do equipamento montado (veja em Materiais necessários o manual que mostra como montar as partes do refrigerador).
Por fim, o refrigerador é apresentado à turma como máquina térmica, que discutirá os pontos fundamentais, como a fonte quente, a fonte fria, e se o trabalho é realizado ou recebido.
Os refrigeradores são capazes de remover calor dos alimentos e dissipar esse calor para o meio. O refrigerador e ar condicionado refrigeram o ambiente, a partir do trabalho realizado sobre o líquido refrigerante, da seguinte forma:
- O compressor comprime o fluido refrigerante, em estado líquido, até atingir pressão de 10 bar.
- O fluido é ejetado por um pequeno orifício, para a tubulação capilar, então se expande e vaporiza-se (1,8 bar). Durante a expansão há a redução de pressão e consequentemente a redução da temperatura.
- Assim, o gás percorre a serpentina da câmara de refrigeração, local em que a temperatura cai drasticamente.
- Após remover o calor do meio interno no evaporador – congelador/freezer, o gás é comprimido em alta pressão, o que faz com que retorne ao estado líquido, pelo condensador. Nessa etapa o trabalho é realizado sobre o gás, que agora percorrerá outra serpentina, que cede o calor para o meio externo.
Para compreender melhor os conceitos relacionados aos refrigeradores, seguem algumas referências:
- “Refrigeradores Domésticos - Geladeira”, CEPA - USP, disponível em <http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia1999/Grupo2B/Refrigeracao/geladeira.htm>, acesso 15 set 2018.
- PUCCI, L.F.S., “Termodinâmica: O refrigerador como máquina térmica (1)”, Educação Uol, disponível em <https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/termodinamica-2-o-refrigerador-como-maquina-termica-1.htm>, acesso 15 set 2018.
- PUCCI, L.F.S., “Termodinâmica: O refrigerador como máquina térmica (2)”, Educação Uol, disponível em < https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/termodinamica-3-o-refrigerador-como-maquina-termica-2.htm>, acesso 15 set 2018.
Materiais necessários para a aula: pastilha peltier, sucata eletrônica – dissipadores de calor, cooler, fonte de 12V – chave de fenda ou Philips, alicate, pasta térmica, pitões, arame, palito de sorvete, placa de isopor, ou MDF, ou papelão, mangueira de aquário, bomba de aquário e water block. Materiais para impressão:
1. Manual de construção:. (para o professor, se o plano for 1 aula de 50 minuntos ou para os alunos se o plano for dividido em 2 aulas)
2. Atividade: (para os alunos)
3. Gabarito da atividade: (para o professor)
4. Texto Complementar: (para os alunos)
Título da aula
Tempo sugerido: 2 minutos
Orientações: Leia o tema da aula e comente com os alunos que na aula de hoje eles serão encarregados de se organizarem, projetarem e montarem uma máquina térmica diferente das discutidas anteriormente – uma máquina térmica que resfria.
Pergunte a seus alunos se eles se recordam de alguma máquina térmica já estudada. As respostas estarão relacionadas aos equipamentos e máquinas já vistos nos planos anteriores, como: locomotiva de Maria Fumaça, tear da Primeira Revolução Industrial, veículos a vapor, como navios e alguns carros, carros movidos à combustão interna.
Contexto
Tempo sugerido: 5 minutos
Orientações: Organize os alunos em trios ou quartetos. Em seguida, leia ou peça para que um deles leia o texto do slide (projete ou imprima o slide). Pergunte como eles imaginam que o refrigerador funciona. Permita que eles discutam dentro do próprio grupo. Peça que eles anotem as soluções imaginadas. Perceba que algumas sugestões podem sair completamente do foco dessa aula, eles podem sugerir: um tubo conectado ao Alaska (ou Antártica) que carrega o ar quente de dentro da geladeira e troca pelo ar do ártico. Caso isso aconteça, questione sobre a presença de tubos entre a parede e o refrigerador.
Questão disparadora
Tempo sugerido: 2 minutos
Orientações: Reunidos em grupos, diga para eles imaginarem que são os engenheiros responsáveis pelo projeto e montagem de um refrigerador. Leia, então, a questão disparadora. Deixe que os alunos compartilhem suas opiniões sobre o tema e levantem hipóteses sobre quais seriam os melhores critérios para montar esse equipamento. Não se preocupe em responder os questionamentos deles, mas em estimulá-los a pensar sobre o tema.
Mão na massa
Tempo sugerido: 32 minutos
Orientações: Imprima e distribua a atividade para a classe, disponível no link <:https://nova-escola-producao.s3.amazonaws.com/bpT6fGByDtxF6qstwcfqg86dAYEez3qzZUERCWcEQYKh8aWDX4fBdpe7b9y3/cie7-04me05--manual-de-montagem-refrigerador.pdf>.
Este Mão na massa está dividido em 4 partes.
A atividade “Parte I - Para pensar e analisar” presente no arquivo, retoma parcialmente o processo de tipos de transferência de energia na forma de calor, por contato – em que corpos em contato tendem a entrarem em equilíbrio térmico – e por convecção – em que o ar quente tende a subir e o ar frio tende a descer. (tempo sugerido: 5 minutos)
Já na atividade “Parte II - Analisando o vídeo”, passe o vídeo do canal EMBRACO, “Como funciona um circuito de refrigeração”, para a classe e, se necessário, repita pausadamente o vídeo para que cada grupo discuta e responda a atividade. Aproveite para relembrar as propriedades da matéria, como compressibilidade, que já devem ter sido abordadas em anos anteriores e, se necessário, devem ser recordadas. Retome que os sólidos são incompressíveis e apresentam formato próprio, os líquidos são incompressíveis e tomam o formato do recipiente que ocupam, enquanto os gases são compressíveis e ocupam todo o volume do recipiente que estão confinados. Caso não seja possível assistir ao vídeo, distribua o texto. Neste caso, peça para eles lerem com atenção para responderem a Parte II da atividade. Tanto com o vídeo como com o texto, eles verão que dentro dos refrigeradores existe o “fluido refrigerante”, um material com baixo ponto de ebulição e fusão utilizado para transferir calor entre as fontes quente e fria. (tempo sugerido: 5 minutos)
Na atividade “Parte III: Projete a sua geladeira”, permita que cada grupo desenhe um refrigerador, considerando a distribuição das peças no equipamento. Peça para lembrarem qual a posição do freezer (ou congelador) nas geladeira presentes em lojas. Lembre-se que para uma aula de 50 minutos você deve já levar montado todo o sistema, de acordo com as instruções do Manual de Montagem: Refrigerador, disponível aqui: . (tempo sugerido: 17 minutos)
Cada grupo deverá projetar seu refrigerador e, posteriormente, discutir com o grupo vizinho sobre o projeto. Reserve também um tempo para que cada grupo possa alterar ou ajustar o projeto, após essa troca com o outro grupo.
Faça-os refletir sobre essas propriedades e a aplicação no exemplo exposto. Neste momento, peça para que eles se lembrem onde o congelador é geralmente colocado e onde o motor (compressor) fica localizado nos refrigeradores de suas casas. Por fim, peça para imaginarem como o fluido se desloca entre as fontes, e quais estados físicos facilitariam o funcionamento desse sistema.
Materiais necessários para a aula: pastilha peltier, sucata eletrônica – dissipadores de calor, cooler, fonte de 12V – chave de fenda ou Philips, alicate, pasta térmica, pitões, arame, palito de sorvete, placa de Isopor, ou mdf ou papelão, mangueira de aquário, bomba de aquário e water block. Materiais para impressão:
1. Manual de construção:. (para o professor, se o plano for 1 aula de 50 minuntos ou para os alunos se o plano for dividido em 2 aulas)
2. Atividade: (para os alunos)
3. Gabarito da atividade: (para o professor)
4. Texto Complementar: (para os alunos)
Mão na massa
Orientações: Se o professor optou em realizar esse plano em 2 aulas, inicie a segunda aula permitindo que cada grupo monte o seu refrigerador.
Do contrário, você deve expor em um canto ou no centro da sala, um ou dois refrigeradores completos e montados de acordo com o manual, e permitir que os grupos observem seu funcionamento.
Após imaginarem como o refrigerador funciona, mostre esse slide e peça para eles completarem a “Parte IV: Compreendendo Melhor” da atividade impressa. Na coluna intitulada “Refrigerador” peça que anotem tudo que imaginaram sobre o funcionamento desse equipamento. Já na coluna “Experimento”, peça para testarem o refrigerador e anotarem o que observaram no equipamento que projetaram. Na linha conclusão eles devem preencher fazendo uma relação com o que imaginaram e o experimento.
Peça para que os grupos compartilhem seus resultados e promova uma discussão sobre o funcionamento desse equipamento.
OBSERVAÇÃO: como dito anteriormente, você pode considerar a possibilidade de cada grupo fazer a montagem completa do refrigerador dividindo o plano em 2 aulas. A montagem pode também ser uma atividade extra classe: neste caso, o manual de montagem do refrigerador deve ser distribuído para os grupos com antecedência de 1 semana. Se for esta a sua escolha, peça para que cada grupo traga para a escola o refrigerador montado em casa para que todo o projeto possa ser testado e avaliado.
Seja qual for a sua escolha, o aluno deve ser estimulado a criar um equipamento e avaliar o modo de funcionamento das máquinas térmicas, percebendo que toda máquina térmica apresenta uma fonte quente, uma fria e, ou realiza ou recebe trabalho.
Sistematização
Tempo sugerido: 9 minutos
Orientações: Ainda organizados em grupos, mostre o refrigerador em funcionamento. Para isso, mostre o local em que o gás é bruscamente resfriado, onde é comprimido e aquecido e que, no caso do refrigerador, o trabalho não é realizado pelo gás, mas recebido durante a compressão. Finalize a aula apresentando esse slide e complete-o de forma coletiva.
A resposta deve se aproximar de algo como: “i. Fonte quente, ii. Fonte fria iii. Transformação envolvendo trabalho”. Retome o contexto da aula e lembre-os que sem esse tipo de equipamento não seria possível conservar alimentos por longo tempo. Se possível, peça para que os alunos discutam sobre a dificuldade que teriam de conservar os alimentos sem o refrigerador.
Por fim, retome a questão disparadora “Como o refrigerador gela?” e de forma coletiva preencha a frase: “E o refrigerador é uma máquina térmica pois... “
O complemento dessa frase deve ser algo como: “Quando o gás recebe trabalho, durante a compressão, no compressor/motor sua temperatura aumenta e ao escapar por um orifício, resfria rapidamente, dessa forma, o calor presente no ar (dentro da geladeira) é transferido para o fluido refrigerante.”
