Plano de aula: Construindo Máquina Térmica que Resfria

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