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: Serão abordados aspectos básicos sobre as formas de propagação do calor (condução, convecção e irradiação). Sendo importante que o aluno tenha construído conhecimentos essenciais sobre calor, temperatura e identificação de materiais condutores e isolantes (planos desenvolvidos em aulas anteriores). Serão realizados três experimentos simples, nos quais caberá ao professor decidir se as etapas serão desenvolvidas de forma demonstrativa ou se os próprios alunos a realizarão, pois haverá a presença e o manuseio da chama de uma vela, necessitando de cuidados e da constante supervisão do professor.
Além disso, o tópico que receberá maior foco de estudo será o processo de condução térmica. Pois é a forma de propagação mais conhecida e analisada pelos alunos ao longo dos planos e unidades até aqui trabalhados. O processo de convecção térmica será abordado de forma mais abrangente e ampla, pois este será um tema mais aprofundado no 8º ano, assim como o processo de irradiação térmica, que necessita de explicações e definições sobre energia e ondulatória, as quais não serão abordadas neste plano.
Para auxiliar o professor sobre o tema, as seguintes referências podem ser acessadas:
SILVA, Domiciano Correa Marques da. “Processos de propagação de calor”; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-propagacao-calor.htm> Acesso em: 15 de julho de 2018.
BORTOLETO, Nicolas. Propagação de calor (condução). 2015. (3m43s). Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=C35jlx2NkWY> Acesso em:
14 de julho de 2018.
AMORIM, Alex. Convecção térmica (propagação do calor). 2011. (2m42s). Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=dkZaiedR_ww&t=52s> Acesso em: 14 de julho de 2018.
Materiais necessários para a aula: Duas latinhas de alumínio, fio de arame (pode ser cobre ou clipes para papel), palito de churrasco, vela, fósforos, suporte para a vela, recipiente de vidro (aquário), água quente e fria, dois copos de vidro de 250 ml, corante azul e vermelho.
Título da aula
Tempo sugerido: 2 minutos.
Orientações: Leia o Título da aula para os alunos e faça as seguintes perguntas:
- O que é o calor mesmo?
- O que significa propagar o calor?
- Saberiam dar algum exemplo? De que maneiras podemos receber calor?
Após os alunos argumentarem sobre suas considerações iniciais, siga para o próximo slide.
Contexto
Tempo sugerido: 10 minutos.
Orientações: Diga para os alunos formarem pequenos grupos. Projete o slide, imprima uma cópia para grupo ou faça um desenho no quadro representando as imagens, fazendo as seguintes perguntas:
- O que vocês podem analisar sobre as imagens?
- As imagens possuem algo em comum?
- Há presença de calor em alguma delas?
- Como o calor está se propagando em cada imagem?
Incentive um ambiente de debate e discussão com os grupos, para que desenvolvam suas hipóteses sobre como o calor está se propagando em cada imagem.
Após as considerações iniciais dos alunos, o professor pode auxiliar, comentando brevemente sobre as figuras:
Fogueira - O calor está sendo emanado pela chama, podendo ser sentido até determinadas distâncias.
Balão de ar quente - Uma chama aquece o ar dentro do balão, que acaba se expandido conforme a temperatura aumenta.
Abraço - O calor é trocado ao manter o contato entre dois corpos.
Questão disparadora
Tempo sugerido: 2 minutos.
Orientações: Leia a Questão disparadora para os grupos, complementando com a seguinte pergunta:
- Com base na análise das imagens anteriores, de que formas o calor pode se propagar?
Peça para cada grupo comentar sobre suas definições e como chegaram a estas conclusões.
Por fim, o professor pode administrar os termos técnicos relacionados ao tema, admitindo que o calor pode ser propagado de três formas:
- Condução (entre sólidos).
- Convecção (entre fluidos).
- Irradiação (radiação).
Mão na massa
Tempo sugerido: 25 minutos.
Orientações: CUIDADO COM A EXECUÇÃO DESTA ETAPA! Cabe aqui ao professor decidir se os alunos realizarão este experimento ou se o próprio professor fará o procedimento de forma demonstrativa para os grupos, pois haverá o manuseio da chama de uma vela.
Para mais detalhes sobre a metodologia do Mão na massa, o professor pode acessar o material complementar e imprimir uma cópia para cada grupo se desejar.
Sugestão de tempos para cada atividade: Condução (12 minutos), convecção (10 minutos), irradiação (3 minutos).
Analisando a condução:
Após os grupos montarem o sistema e realizarem suas observações iniciais, os alunos devem observar que a parafina derrete com maior facilidade (e rapidez) no fio de arame, enquanto no palito de madeira a parafina não derrete ao longo de sua extremidade. De acordo com os estudos realizados em aulas anteriores, os alunos devem constatar que a parafina não derrete ao longo da superfície do palito de madeira porque ele é um material isolante térmico. Por sua vez, no fio de arame (metal) a parafina derrete porque o arame conduz o calor por toda a sua superfície.
O professor pode complementar,dizendo que, se o calor for intenso, esta energia será transmitida por todo o fio de cobre e irá ser conduzida até a latinha de alumínio, aumentando sua temperatura gradativamente, pois os dois materiais são condutores térmicos.
Mão na massa
Tempo sugerido:
Orientações: Neste experimento, o professor deve salientar que as águas, quente e fria, estão representando as massas de ar (também quente e fria), para demonstrar como ocorrem as chamadas correntes de convecção (brisas).
Os alunos devem constatar que a água quente sobe porque ela é, de alguma forma, mais “leve” que a água fria.
O professor pode fazer a mediação, complementando que a água quente, na verdade, é menos densa do que a água fria. Por este motivo ela sobe, enquanto que a água fria (mais densa) acaba descendo até o fundo do recipiente. Esse é o mesmo princípio do balão de ar quente (imagem do contexto), onde a chama do acendedor aquece o ar contido dentro do balão. Ao receber energia, o ar torna-se menos denso e começa a expandir, dando volume e altitude para o balão (quanto maior a temperatura, maior será a altitude do balão). Porém, em contrapartida, o ar frio acaba ocupando a parte de baixo do balão (mais denso), por este motivo ocorre a corrente de convecção. Onde o ar frio é aquecido pela chama se expande e sobe (menos denso), mas, ao longo do tempo, este ar vai perdendo energia para o ambiente (troca de calor, equilíbrio térmico) e acaba ficando frio novamente (mais denso), repetindo-se desta maneira, o processo do ciclo de convecção.
O professor pode comentar sobre o processo do ar-condicionado, que se baseia no mesmo princípio. Geralmente, o aparelho de ar-condicionado é instalado na parte superior de uma parede, pois, em dias de verão, o ar frio (mais denso) desce, deixando o ambiente mais fresco e agradável. Caso contrário, se o ar-condicionado fosse instalado próximo ao chão, o ar frio permaneceria concentrado nesta mesma parte, pois, devido à sua densidade, tende a descer, não possuindo nenhuma eficiência ao refrescar o ambiente.
Mão na massa
Tempo sugerido:
Orientações: CUIDADO COM A EXECUÇÃO DESTA ETAPA! Pois será analisada a chama de uma vela. O professor deve instruir os grupos a manter a seriedade e os cuidados necessários ao desenvolvimento desta etapa.
Peça para os alunos acenderem novamente a vela e diga para cada membro do grupo (um de cada vez) aproximar as mãos CUIDADOSAMENTE em volta da chama (até sentir o calor). O professor pode fazer as seguintes perguntas:
- O que acontece quando você aproxima cada vez mais as mãos da chama?
- A que distância, aproximadamente, você começa a sentir o calor da chama?
- Como você explica este fenômeno?
- É a mesma forma de propagação que vimos anteriormente? (condução e convecção).
- Como o calor está chegando até você?
Os alunos devem constatar que esta forma de propagação é diferente da condução e da convecção, onde a condução é um processo de transferência
de energia que acontece entre sólidos (em contato), com diferentes temperaturas. Enquanto que a convecção ocorre entre fluidos (gases e líquidos) formando correntes.
O calor emitido pela chama está chegando até a palma das mãos de forma instantânea, podendo ser sentido em mais de uma direção. Pois o calor que está sendo emanado é uma forma de radiação (infravermelho para ser mais específico), sendo uma energia que pode ser sentida em longas distâncias sem precisar depender do meio material ao seu redor (corpos sólidos, líquidos ou gases). Como o Sol, que propaga o seu calor por meio da irradiação, onde essa energia percorre uma parte do espaço (vácuo) e chega até o nosso planeta, sendo absorvida pelo solo, pelas águas, pelas plantas e animais para preservar e promover a vida.
Sistematização
Tempo sugerido: 11 minutos.
Orientações: Ainda em grupos, peça para que os alunos desenvolvam suas considerações finais a respeito das três formas que o calor pode se propagar (condução, convecção e irradiação). Fazendo as seguintes perguntas:
- De que formas o calor pode se propagar?
- Como ocorrem estas propagações?
- Cite exemplos envolvendo as propagações do calor.
Após 5 minutos, diga para os grupos trocar informações entre si, para desta forma agregar maiores informações e complementar suas definições sobre condução, convecção e irradiação. No slide seguinte você encontra um exemplo de tabela com possíveis respostas dadas pelos alunos.
Sistematização
Tempo sugerido:
Orientações: Após cada grupo concluir suas definições e conceitos, desenvolvidos nesta aula, a respeito das formas de propagação de calor, projete o slide, imprima uma cópia para cada grupo ou desenhe a tabela no quadro.
O professor deve comentar sobre as definições de condução, convecção e irradiação, falando sobre suas ocorrências e exemplos relacionados ao cotidiano, utilizando também argumentos e conclusões fornecidos pelos grupos para complementar a Sistematização do tema.
