INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO
CEARÁ
IZAAC EVANGELISTA
WESLEY MENDES LOPES DA SILVA
COMBATE À ABSTRAÇÃO DOS CONTEÚDOS DE TERMOLOGIA TRABALHADOS
EM SALA DE AULA SOB UMA PERSPECTIVA PRÁTICA
1
SOBRAL 2014
Izaac Evangelista
Wesley Mendes Lopes da Silva
COMBATE À ABSTRAÇÃO DOS CONTEÚDOS DE TERMOLOGIA TRABALHADOS EM
SALA DE AULA SOB UMA PERSPECTIVA PRÁTICA
Projeto apresentado para ser desenvolvido na E.E.M. Monsenhor José Gerardo Ferreira Gomes,
através do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID), apoiado pela
Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).
2
Sobral 2014
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
1.1 O QUE É TERMOLOGIA?
1.2 JUSTIFICATIVA
04
04
2 FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
05
2.1 INTRODUÇÃO
05
05
06
2.2 DILATAÇÃO TÉRMICA
2.3 OBJETIVOS
06
2.3.1 Geral
06
2.3.2 Específico
06
3 METODOLOGIA
06
4 CRONOGRAMA
07
5 PARTE EXPERIMENTAL
5.1 TRANSMISSÃO DE CALOR (CONDUÇÃO, CONVECÇÃO, IRRADIAÇÃO)
5.1.1 TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONDUÇÃO EM MEIOS DE PROPAGAÇÃO
DIFERENTES (ALUMÍNIO X FERRO)
5.1.2 TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO
5.1.3 TRANSMISSÃO DE CALOR POR IRRADIAÇÃO
55.2 DILATAÇÃO TÉRMICA
5.2.1 DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA: ESFERA DE AÇO
5.2.2 DILATAÇÃO LINEAR: CHAVE X CADEADO
5.2.3 DILATAÇÃO LINEAR: PORCA X PARAFUSO
5.3 DILATAÇÃO GASOSA
07
07
07
08
08
09
09
10
10
10
6 RESULTADOS
7 CONCLUSÃO
11
12
REFERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS
13
1 INTRODUÇÃO
1.1 O QUE É TERMOLOGIA?
3
Termologia é a parte da física que estuda o calor, ou seja, ela estuda as manifestações dos tipos
de energia que de qualquer forma produzem variação de temperatura, aquecimento ou
resfriamento, ou mesmo a mudança de estado físico da matéria, quando ela recebe ou perde
calor. A termologia estuda de que forma esse calor pode ser trocado entre os corpos, bem como
as características de cada processo de troca de calor.
A Termologia está bastante presente no nosso cotidiano. Suas noções e aplicações são
utilizadas em situações como aquecer água pra fazer café, medir a temperatura de determinadas
pessoas e objetos, dilatação dos trilhos de um trem, sensações de calor e frio (trocas de calor),
dilatação dos fios dos postes de energia elétrica, etc.
O século XIX foi o grande século da Termologia, pois foi nele que nomes como Joule, Carnot e
Kelvin, realizaram inúmeras descobertas relevantes e estabeleceram alguns dos principais
conceitos dessa disciplina.
Os três conceitos básicos da Termologia são Calor, Temperatura e Equilíbrio Térmico. Calor –
uma energia que está em trânsito, indo do corpo de maior temperatura para o corpo de menor
temperatura. Temperatura – as partículas que fazem parte da constituição do corpo e que estão
em constante movimento. Equilíbrio Térmico – o momento em que dois corpos que,
inicialmente estavam com temperaturas diferentes e que são colocados próximos, atingem a
mesma temperatura.
Mas o que vem a ser calor? O que é temperatura? Calor é a energia térmica em trânsito, ou
seja, é a energia que está sempre em constante movimento, sempre sendo transferida de um
corpo para outro. Já temperatura é o grau de agitação das moléculas, ou seja, calor e
temperatura são conceitos bem diferentes com os quais a termologia trabalha.
O estudo da termologia, assim como os vários outros ramos de estudo da física, possibilita
entender muitos fenômenos que ocorrem no cotidiano, como, por exemplo, a dilatação e
contração dos materiais, bem como entender por que elas ocorrem e como ocorrem. São essas
as formas de dilatação que a termologia estuda: dilatação superficial, dilatação volumétrica e
dilatação de líquidos. A termologia, mais precisamente a termodinâmica, estuda também os
gases, adotando para isso um modelo de gás ideal denominado de gás perfeito, como também
as leis que os regem e as transformações termodinâmicas que se classificam em transformações
isotérmica, isobárica e isocórica.
Devido à dificuldade de trabalhar termologia por conta da abstração dos conteúdos, fez-se
necessário uma maior abordagem dos conceitos e aplicações no laboratório, sob uma
perspectiva prática, na Escola Monsenhor José Gerardo Ferreira Gomes, sob a orientação
integral do supervisor Kelgilson. Foram aplicados testes de sondagem inicial e final, este para
comparar a evolução dos alunos em relação àquele.
1.2 JUSTIFICATIVA
4
Nas aulas práticas, diferentemente das teóricas em sala de aula, o aluno consegue
visualizar a aplicação e importância dos fenômenos físicos no dia-a-dia. O processo de
aprendizado de Física é bastante complexo. Portanto, para um processo de
Ensino-Aprendizagem efetivamente eficaz, são necessárias aulas práticas ministradas no
laboratório. As práticas fazem os alunos assimilarem os conteúdos vistos em sala de aula com
sua aplicação, no nosso caso, conteúdos de Termologia. As aulas experimentais foram
ministradas utilizando materiais de baixo custo para aplicação.
2 FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
2.1 INTRODUÇÃO
Denomina-se transmissão de calor a passagem da energia térmica de um local para
outro. Essa transmissão pode ocorrer de três formas diferentes: condução, convecção e
radiação.
Condução: é o processo de transmissão de calor em que a energia térmica passa de um local
para o outro através das partículas do meio que os separa. A grosso modo, podemos aferir que
Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte
maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com
maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas,
menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem
energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente.
Notemos que, se não existissem as partículas constituintes do meio, não haveria a condução de
calor. Portanto, a condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material
para a sua realização, não podendo ocorrer no vácuo (local isento de partículas).
Convecção: é um processo de transmissão de calor muito importante para a natureza porque é
por meio desse processo que se formam as brisas e os ventos. A movimentação das massas de
ar quente e frias e os fenômenos climáticos estão ligados a ele. É pela convecção que
aquecemos a água para fazer café e é o processo que ocorre dentro das geladeiras no
resfriamento dos alimentos.
A convecção ocorre quando o calor é transportado pelas moléculas de um meio, de uma região
para outra pela ação da gravidade. A gravidade tem uma ação maior sobre as moléculas que
estão em regiões mais densas, fazendo com que estas se desloquem para regiões mais baixas.
Por outro lado, as moléculas que estão em regiões menos densas tendem a se deslocar para
regiões mais altas. Esse vaivém das massas faz com que o calor seja transmitido de uma região
para outra.
Irradiação: é o processo de transmissão em que a energia térmica é levada por ondas
eletromagnéticas de uma região para outra. Na maioria dos casos, as ondas são
predominantemente de infravermelho.
Quando se está perto de uma fogueira, o calor recebido não é transmitido por condução, pois o
ar é um péssimo condutor; não é por convecção, pois o ar quente sobe. Portanto, pode-se
concluir que a transmissão é feita por ondas eletromagnéticas, isto é, por irradiação.
5
2.2 DILATAÇÃO TÉRMICA
Sempre se ouve falar que os trilhos de trem, fios de alta tensão e anéis ficam maiores no verão
que no inverno. Para soltar as tampas metálicas dos vidros de alimentos aquece-se a tampa, e
esta, ao dilatar mais que o vidro, pode ser aberta mais facilmente. Todas essas observações
estão ligadas ao fenômeno conhecido como Dilatação Térmica.
Por que os corpos aumentam ou diminuem de tamanho? Isso acontece porque, ao receber calor,
as moléculas do corpo aumentam o seu espaço entre os átomos e, ao aumentarem, o corpo
aumenta seu tamanho. Quando diminuímos a temperatura de um corpo, os átomos vibram a
menores distâncias entre si e, por consequência, todo o corpo diminui de tamanho. O quanto
um corpo aumenta ou diminui de tamanho depende do material de que é feito e de quanto a
temperatura é aumentada ou diminuída.
A dilatação térmica se divide em linear, superficial e volumétrica:
Dilatação Linear: está relacionada à dimensão do comprimento (uma dimensão).
Dilatação Superficial: está relacionada à área (duas dimensões).
Dilatação Volumétrica: está relacionada ao volume (três dimensões).
2.3 OBJETIVOS
2.3.1 Geral:

Ensinar através da aula experimental os processos de transmissão de calor por
condução, convecção e irradiação, assim como o processo de dilatação térmica.
2.3.2 Específicos:


Demonstrar os conceitos dos processos de transmissão de calor e dilatação térmica sob
uma perspectiva prática com experimentos de baixo custo;
Combater as dificuldade e deficiências dos alunos nos conteúdos iniciais de termologia;


Trazer conhecimentos científicos para situações cotidianas;
Despertar o interesse dos alunos nos conteúdos trabalhados nas aulas práticas.
3 METODOLOGIA
O projeto será aplicado a turmas de terceiro ano do ensino médio, adequando as aulas a serem
ministradas ao horário pré-estabelecidos pelo professor, levando em conta a disponibilidade de
horários dos alunos.
As aulas serão compostas de um prévio esclarecimento do assunto abordado em sala de aula,
com apresentação de slides para uma melhor compreensão dos alunos e, na sequencia, a
realização dos experimentos definidos anteriormente.
6
5 PARTE EXPERIMENTAL
5.1 TRANSMISSÃO DE CALOR (CONDUÇÃO, CONVECÇÃO, IRRADIAÇÃO)
5.1.1 TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONDUÇÃO EM MEIOS DE PROPAGAÇÃO
DIFERENTES (ALUMÍNIO X FERRO)
MATERIAIS UTILIZADOS:
 1 barra de alumínio
 1 barra de ferro
 1 barra de Raspas de vela
 1 bico de Bunsen
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Fixar o bico de Bunsen no centro da mesa.
 Colocar as duas barras (alumínio e ferro) sob o bico de Bunsen, de forma que elas
estejam à mesma altura (aproximadamente 08 cm) e paralelas para a visualização ser
melhor.
 Cortar raspas de vela e colocá-las igualmente espaçadas nas barras.
 Um adulto deve ascender a chama do bico de Bunsen.
OBS: o objetivo é ver o processo de indução ocorrendo em diferentes meios de propagação, no
caso alumínio e ferro. As raspas de vela, que derretem com uma quantidade de calor pequena,
irão cair mais rapidamente no alumínio. Portanto, é possível aferir, depois da prática, que a
condução na barra de alumínio acontece de maneira mais rápida do que na barra de ferro, ou
seja, o alumínio aquece mais rápido que o ferro. Esse experimento também pode utilizado para
demonstrar outros conceitos, tais como dilatação térmica, capacidade térmica, calor específico,
calor sensível e calor latente, todos situados na termologia.
5.1.2 TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO
MATERIAIS ULTILIZADOS:
 1 béquer
 400ml de água
 Aquecedor portátil
 1 comprimido de permanganato de potássio (corante)
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Colocar a água no béquer.
 Colocar o comprimido de permanganato de potássio preso ao aquecedor portátil, de
maneira que fique preso até sua diluição.
 Colocar o aquecedor dentro da água, à meia altura, e ligá-lo.
 Observar o que acontece.
OBS: o aquecedor irá aquecer a água abaixo da sua altura, enquanto a que está acima da mesma
irá permanecer à mesma temperatura. Será possível observar que a água que está abaixo do
aquecedor (quente) irá, com um tempo, subir e a água que estava em cima (fria) irá descer. Isso
ocorrerá devido à diferença na densidade (peso líquido, à grosso modo) da água inferior e da
7
superior. Pois a água fria é mais densa do que a água quente. O permanganato servirá, nesse
caso, apenas como corante para visualizarmos esse processo.
5.1.3 TRANSMISSÃO DE CALOR POR IRRADIAÇÃO
MATERIAIS UTILIZADOS:
 1 bico de Bunsen
 1 termômetro digital
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Ligar o termômetro.
 Fixar o bico de Bunsen.
 Ascendê-lo.
 Observar o aquecimento sem contato.
OBS: para demonstrar o processo de irradiação podem ser realizados experimentos simples. É o
de maior abstração, mas o de melhor facilidade na compreensão. Nesse caso, o experimento
consiste apenas em ascender o bico de Bunsen e ligar o termômetro acima do mesmo notando
assim um aumento na temperatura. A irradiação é a troca que se dá através de ondas
eletromagnéticas de uma região para outra, no caso do bico de Bunsen ao termômetro. A
utilização do termômetro digital se faz mais interessante porque a mudança da temperatura e de
forma gradual, porém mais rápida e de melhor visualização didática.
5.2 DILATAÇÃO TÉRMICA
5.2.1 DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA: ESFERA DE AÇO
MATERIAL NECESSÁRIO:
 1 bico de Bunsen
 Esfera de aço (presa a um fio/arame)
 Pequeno suporte com orifício (por onde a bola de aço deverá passar)
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Fixar o bico de Bunsen.
 Passar a bola de aço pelo orifício (pra mostrar que ela inicialmente consegue passar)
 Aquecer a bola de aço até ela mudar de tamanho.
 Tentar passá-la pelo orifício.
OBS: Na primeira vez a bola passa pelo orifício, pois ela está em seu tamanho natural. Logo
após ser aquecida, ela deverá dilatar (“aumentar seu tamanho”), sendo assim não conseguirá
mais passar pelo orifício. Demonstrando assim o conceito de dilatação volumétrica (nesse caso
altera o volume da esfera, pois altera sua altura, largura e comprimento). O contrário também
deve ser demonstrado, ou seja, sua contração (“diminuir seu tamanho”). Para isso basta apenas
esfriá-la com água ambiente.
5.2.2 DILATAÇÃO LINEAR: CHAVE X CADEADO
MATERIAL NECESSÁRIO:
 Bico de Bunsen
 1 chave com cadeado (compatíveis, ou seja, que a chave abra o cadeado)
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Fixar o bico de Bunsen.
 Demonstrar que a chave, inicialmente, abre o cadeado.
 Aquecer a chave.
 Tentar abrir o cadeado.
8
OBS: Na primeira vez a chave abre normalmente o cadeado. Porém, logo após ser aquecida, ela
deverá dilatar, não conseguindo entrar no orifício do cadeado. Nesse caso trata-se da dilatação
linear, pois altera apenas a largura, que é uma de suas dimensões. Esfriando a chave com água
ela volta ao normal.
5.2.3 DILATAÇÃO LINEAR: PORCA X PARAFUSO
MATERIAL NECESSÁRIO:
 Bico de Bunsen
 1 parafuso e porca
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Fixar o bico de Bunsen.
 Demonstrar que o parafuso, inicialmente, entra na porca.
 Aquecer o parafuso.
 Tentar passá-lo pela porca.
OBS: Na primeira vez parafuso entra tranquilamente na porca. Porém, logo após ser aquecido,
ele deverá dilatar, não conseguindo entrar no orifício da porca. Nesse caso trata-se da dilatação
superficial, pois altera duas dimensões do material. Esfriando o parafuso com água ele volta ao
normal.
5.3 DILATAÇÃO GASOSA
MATERIAL NECESSÁRIO:
 Bico de Bunsen
 Suporte (para evitar cansaço e risco ao segurar a panela/vidraria enquanto é aquecida)
 2 panelas (ou vidrarias)
 400ml de água
 Garrafa de vidro
 1 bexiga
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Fixar o bico de Bunsen.
 Colocar a bexiga na “boca” da garrafa, tampando completamente a saída de ar.
 Colocar a garrafa de vidro em uma das panelas (ou vidrarias).
 Colocar água na outra panela (ou vidraria) e aquecê-la.
 Depois de aquecida, jogar a água aos poucos ao redor da garrafa de vidro.
 Observar o que acontece.
OBS: Ao jogar água quente ao redor da garrafa de vidro estaremos, necessariamente,
aquecendo o ar que existe dentro dela. Notamos na sequência que o ar que está dentro da
garrafa dilata. Visualmente não é possível observar isso, mas a expansão da bexiga confirmará
o processo de expansão gasosa. Com certo tempo a bexiga irá secar porque o ar de dentro da
garrafa irá resfriar.
9
6 RESULTADOS
A maneira mais viável e coerente de se obter dados em relação à uma possível melhora em
combate à deficiência no assunto é comparar o teste de sondagem final ao inicial, este
diagnosticando a deficiência, àquele analisando o progresso.
Gráfico I – Notas dos alunos obtidas no teste inicial.
Gráfico II – Notas dos alunos obtidas no teste final
10
Diante dos resultados obtidos, pode-se observar que houve uma melhora significativa no
rendimento dos alunos. A porcentagem de alunos que estavam com notas inferiores a 5 caiu
exponencialmente, indicando assim que o trabalho realizado no laboratório foi
significativamente eficaz.
7 CONCLUSÃO
É perceptível que para haver um maior rendimento em sala de aula deve-se contextualizar o
conhecimento científico; através de uma abordagem prática eles se tornam mais atraentes e
interessantes aos olhos dos estudantes. As aulas práticas instigam o aluno a tentar, ou pelo
menos prestar atenção, e é apenas isso que é preciso: atenção. Ver os conteúdos trabalhados em
sala de aula de uma maneira simples no laboratório faz com que os alunos vejam a Física com
outros olhos, olhos interessados. Nessa perspectiva, é de extrema importância trabalhar com os
alunos os conceitos e práticas da Física, assim como das ciências.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TIPLER, Paul Allen; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros. 6. ed. Rio de
Janeiro: LTC, c2009 vol 2.
NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de física básica. São Paulo: E. Blücher, vol 3.
http://uma-ajuda-nos-estudos.blogspot.com.br/2012/06
http://www.infoescola.com/fisica
11