Plano de aula: Sistemas e Vizinhanças

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: este plano de aula faz parte de uma sequência de planos que tratará de transferência de energia e de massa, relacionados às máquinas térmicas. Este plano é o ponto de partida para uma série de planos de aula. Contudo, nada impede que seja usado separadamente para iniciar a discussão sobre um conteúdo correlacionado, que trabalha a importância de diferenciar um sistema aberto de um fechado. Abaixo, colocamos algumas definições importantes para o desenvolvimento deste plano e do conteúdo da unidade.

Sistema aberto é todo aquele que permite que tanto energia quanto massa sejam trocados com a vizinhança. Sistema fechado é todo aquele que permite a transferência apenas de energia para a vizinhança, por meio da fronteira. Temos também o sistema isolado, onde nem massa e nem energia são trocados com a vizinhança, como, por exemplo, uma garrafa térmica.

Chamamos de sistema o ambiente completo em que ocorre, ou não, troca de energia. Por sua vez, vizinhança é tudo aquilo que está fora do sistema. Por sua vez, universo é o conjunto que inclui vizinhança e sistema e fronteira é o material que separa a vizinhança do sistema.

Neste plano de aula, a panela de pressão será usada como instrumento de análise. A válvula de pressão é que determina o comportamento do sistema, que pode ser fechado (enquanto não “pega pressão” ou quando a válvula está entupida) ou aberto (quando “pega” pressão ou enquanto a tampa não fechou o sistema). Enquanto a panela não “pega” pressão, ela troca apenas energia (térmica) e assim se mantém como um sistema fechado. Quando a panela “pega” pressão, ela passa a ser um sistema aberto uma vez que vapor d’água é expelido pela válvula de pressão (também chamada de válvula de alívio ou válvula de controle de pressão da panela, acionada quando a pressão de vapor d’água ultrapassa a pressão suportada pela panela). Nesse segundo exemplo, a panela passa a ser um sistema aberto ao trocar massa e energia com a vizinhança.

A válvula de segurança garante que o sistema se abra e permite que a panela transfira o vapor excedente para o ambiente, garantindo que a ela não exploda.

Entenda melhor o funcionamento de uma panela de pressão:

• Como funciona a panela de pressão?, Efeito Joule, disponível em < https://www.efeitojoule.com/2008/05/como-funciona-panela-de-pressao.html>, acesso em 20/08/2018.
• FOGAÇA, J. R.V. Como funciona a panela de pressão? Mundo Educação, disponível em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/como-funciona-panela-pressao.htm>, acesso em 19/08/2018.
  

Este plano trata da elaboração, de forma intuitiva, das definições de sistema aberto e fechado, por meio de observações e análises experimentais. Para auxiliar o professor nesses conceitos, segue uma série de textos e artigos sobre o tema:

• Sistema, FQ, Portugal, disponível em <http://www.fq.pt/energia/sistema>, acesso em 20/08/2018.
• Termodinâmica, capítulo 10 - Introdução, Ciência dos Materiais, disponível <http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=imprimir&cap=15&top=161>, acesso em 19/08/2018.

Materiais necessários para a aula: 4 garrafas plásticas transparentes de água (500 ml), uma bacia contendo água gelada e outra contendo água fervente, 2 termômetros e uma agulha de costura.

Título da aula