Construindo Máquina Térmica que Resfria
7º ano
Objetivos de aprendizagem
Definir máquinas térmicas com toda aquela que realiza ou recebe trabalho a partir de duas fontes de calor, uma quente e outra fria. Identificar geladeira como máquina térmica.
Habilidade da Base Nacional Comum Curricular
(EF07CI04) Avaliar o papel do equilíbrio termodinâmico para a manutenção da vida na Terra, para o funcionamento de máquinas térmicas e em outras situações cotidianas.
Professor-autor: Juliana Mascarenhas
Mentor: Denise Curi
Especialista: Leandro Holanda
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: <https://nova-escola-producao.s3.amazonaws.com/bpT6fGByDtxF6qstwcfqg86dAYEez3qzZUERCWcEQYKh8aWDX4fBdpe7b9y3/cie7-04me05--manual-de-montagem-refrigerador.pdf>.
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.
