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O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE
2009
Versão Online ISBN 978-85-8015-054-4Cadernos PDE
VOLU
ME I
_____________________ 1Professor PDE 2009, com graduação em Física e Química, Especialização em Pedagogia Escolar. Atua na rede Estadual de Ensino do Paraná, Núcleo Regional de Umuarama.
2Professor Orientador, com mestrado em Física pela Universidade Estadual de Campinas. Docente da Universidade Estadual de Maringá.
SEGUNDA LEI DA TERMODINAMICA. ALGUMAS RELAÇÕES COM O
COTIDIANO
Eva de Fátima Gil1
Msc. Arlindo Antonio Savi2
Resumo : A Termodinâmica é uma área da física que estuda as leis que regem as relações entre as diferentes formas de energia e a transformação de um tipo de energia em outro. Mais especialmente a transformação de calor em movimento. A história do desenvolvimento da Termodinâmica, desde as das primeiras máquinas térmicas, passando pela Revolução Industrial, a evolução dos conceitos de calor e de temperatura e os enunciados da Segunda Lei da Termodinâmica, são os propostos que serviram como instrumentos facilitadores da aprendizagem dos alunos. Esta Lei foi associada ao funcionamento dos veículos motorizados e dos refrigeradores, favorecendo um conhecimento significativo que faz parte do cotidiano dos alunos. Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia operam segundo princípios termodinâmicos (automóveis, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc). Assim o estudo desses tópicos possibilitou aos alunos a compreensão do funcionamento desses equipamentos bem como o conhecimento e a evolução desse processo, além de permitir uma estreita relação entre ciência, tecnologia e sociedade.
Palavras-chave: Termodinâmica; Máquinas térmicas; Calor e Movimento.
INTRODUÇÃO
A Termodinâmica foi desenvolvida em um momento histórico marcado por
uma fase de profundas mudanças sociais e econômicas, na Europa, e concretizadas
com o estabelecimento do modo de produção capitalista no período referente aos
séculos XVIII e XIX. Portanto, foi nesse contexto social, econômico e político, que se
deu a evolução da Termodinâmica.
O estudo de máquinas térmicas antes das leis da termodinâmica obedece a
ordem cronológica das descobertas científicas. De fato, a máquina a vapor de Watt
foi concebida em 1769, Porém, a primeira lei da termodinâmica só enunciada por
Joule em 1847 alguns anos antes do enunciado de Clausius para a segunda lei
(1850) e do enunciado de Kelvin, também para a segunda lei (1851)
2
A abordagem, da temática como conteúdo, das leis da termodinâmica
através das máquinas térmicas é mais estimulante para o aluno, pois aproxima a
teoria trazida pelo livro didático ao cotidiano do aluno.
Nas aulas sobre máquinas térmicas, surgiu uma verdadeira explosão de
dúvidas e comentários acerca dos motores à combustão como, por exemplo, o
significado da expressão cilindrada do carro, ou o que é um motor de 16 válvulas, ou
ainda, que diferença pode haver entre o motor do caminhão, de um carro e de uma
moto, enfim essas e outras questões voltadas para se saber se o carro a álcool era
melhor ou pior que um carro igual movido à gasolina, ou mesmo como funciona um
carro flex.
DESENVOLVIMENTO
Este artigo descreve como foi realizada a Implementação da Produção
Pedagógica de Física com o título: Segunda Lei da Termodinâmica. Algumas
Relações com o Cotidiano as quais foram desenvolvidas no Colégio Estadual
Douradina - Ensino Fundamental e Médio no período de agosto a dezembro de 2010
com alunos da 2ª série, do período matutino, do Ensino Médio. O processo de
implementação didático pedagógico ocorreu por meio de diversas ações.
A importância das máquinas térmicas com o contexto cultural, social e
econômico do período histórico em que a Revolução Industrial se consolidou. O
surgimento das máquinas térmicas associado à necessidade de retirar água das
minas de carvão na Europa. Os desmatamentos ocorridos nas florestas inglesas e
que causou um grande impacto no meio ambiente, e hoje todo o planeta sofre com
esses desmatamentos em nome da industrialização.
Portanto, o propósito deste Artigo se volta para o resgate da história e da
evolução das máquinas térmicas. A abordagem didático-pedagógica tem como
objetivo tornar acessível aos professores e alunos aspectos do desenvolvimento dos
conceitos envolvidos na Segunda Lei da Termodinâmica e relacioná-los às
máquinas que fazem parte do cotidiano dos alunos. A maioria dos livros didáticos
apresenta o enunciado dessa Lei de maneira muito formal e propõe a solução de
problemas padronizados, com a aplicação de equações matemáticas. O presente
estudo aponta uma possível união desta Lei, imposta pela natureza, com situações
do cotidiano do educando na aprendizagem de física. A associação da Segunda Lei
3
da Termodinâmica ao funcionamento dos veículos motorizados e dos refrigeradores
é de fundamental importância nesse contexto, visto que esse procedimento
favorecerá um conhecimento significativo motivador para o aluno, quanto ao
interesse pela ciência.
O CONTEXTO HISTÓRICO
Na Inglaterra, na segunda metade do século XVIII, o contexto social e
econômico favorecia o avanço do conhecimento físico, pois a incorporação das
máquinas a vapor à indústria trouxe mudanças no modo de produzir bens e
contribuiu para grandes transformações sociais e tecnológicas e também para o
desenvolvimento da termodinâmica.
Essa primeira revolução industrial se fez mais com conhecimento técnico do
que pelo conhecimento científico. Mas é bom lembrar que a incorporação das
máquinas à indústria unindo técnicos e cientistas na busca pela compreensão da
ciência do calor, para melhoria técnica das máquinas e ainda contribuiu para o
avanço industrial. Com isso o calor passou a ser entendido como uma forma de
energia relacionada ao movimento, o que possibilitou o estabelecimento das Leis da
Termodinâmica.
AS MÁQUINAS TÉRMICAS
Para o embasamento teórico, o estudo se fundamentou na abordagem de
diversas invenções a respeito das máquinas térmicas. Thomas Savery em (1698)
inventou a primeira máquina a vapor com sucesso comercial. Seu trabalho teve
como base um projeto de Edward Somerset (1663), que apesar da eficiência
duvidosa teve importância na utilização no bombeamento de água das minas de
carvão.
Em síntese, essa máquina era formada por um grande cilindro de metal
preenchido de vapor vindo de um ebulidor. Uma válvula interrompia a entrada de
4
vapor, enquanto o cilindro era resfriado com jato de água à temperatura ambiente.
Com o resfriamento, o vapor d'água se condensava formando vácuo no seu interior,
esse vácuo fazia que, por um tubo controlado por outra válvula, fosse aspirada água
de um posto distribuidor. Dessa forma, um novo ciclo se iniciava quando outra
descarga de vapor era introduzida, expulsando água residual. A máquina servia ao
propósito para o qual fora construída que era bombear água de minas de carvão,
que se inundavam com frequência devido à grande profundidade. Mas um dos
grandes problemas que a invenção causava era lidar com o vapor em alta pressão e
alta temperatura, visto que a falta de um resfriamento eficiente do cilindro
possivelmente deve ter provocado uma série de acidentes desagradáveis e reduzido
sua eficiência.
Naquela época, a criatividade estava muitas vezes a serviço da
necessidade, logo, ao se falar da máquina de Thomas Newcomen (1712), é preciso
também lembrar do êmbolo de Denis Papin (1690). Seu invento fazia com que a
água que se condensava no interior do cilindro, o vácuo produzido movesse o
êmbolo no sentido contrário. Na máquina de Savery esse movimento era provocado
pela ação da pressão atmosférica. Com a introdução de um êmbolo (criado por
Papin) que se movia pela ação do vapor se estabeleceu uma assimetria entre o
movimento de entrada do vapor (rápido) e a influência da pressão atmosférica no
retorno (lento).
Apesar da utilidade dessas invenções, um dos sérios problemas da máquina
de Savery era controlar a alta temperatura do vapor d'água. Mas os problemas se
amenizaram com o avanço da técnica introduzida por Newcomen. A questão se
resolveu com a inclusão de um sistema de válvula que permitia a entrada de vapor e
água fria alternadamente. O vapor entrava por um dos lados do êmbolo, enquanto a
água fria era injetada pelo outro lado, sendo o ar produzido na ebulição expelido
com a entrada do vapor.
Observou-se que a máquina de Newcomen desperdiçava a maior parte do
calor no aquecimento das paredes do cilindro, que eram depois resfriadas sempre
que a água fria era injetada para condensar o vapor.
5
Fig. 1 – Máquina de Newcomen
Assim, no inicio de 1765, Watt descobriu uma forma de evitar este
desperdício. Ele criou um novo tipo de máquina a vapor. Com essa máquina o vapor
contido no cilindro, depois de efetuar o trabalho de empurrar o êmbolo, ia para um
recipiente separado para ser condensado. Com esse sistema, o cilindro era mantido
sempre quente e o condensador se mantinha sempre frio.
A máquina a vapor de Watt com condensador separado, superou a máquina
de Newcomen. Isso estimulou o desenvolvimento de máquinas mais avançadas que
podiam fazer muitos outros trabalhos e/ou atividades fabris diversas, condução de
locomotivas, barcos a vapor, entre outros. Esse novo invento deu um estímulo
significativo ao crescimento industrial na Europa e na América e ajudou a
transformar a estrutura econômica e social da civilização ocidental.
Com certeza, o desenvolvimento em larga escala de motores e de máquinas
revolucionou a produção em massa de artigos de consumo, bem como a construção
e os transportes. Com isso, o padrão de vida médio na Europa Ocidental e nos
Estados Unidos cresceu consideravelmente.
6
OS EFEITOS SOCIAIS DA INDUSTRIALIZAÇÃO
Hoje, é difícil pensar como era a vida antes da industrialização. Mas não se
pode esquecer que alguns dos efeitos da industrialização não foram benéficos para
uma parte da população. O sistema de fábricas do século XIX oportunizou o
surgimento de patrões gananciosos e sem escrúpulos explorassem os
trabalhadores. Esses patrões tiveram lucros exorbitantes, enquanto mantiveram os
empregados e suas famílias à beira da miséria. A situação fez com que novas leis
surgissem para que fosse garantido o direito dos trabalhadores. Foi o princípio do
êxodo rural, na medida em que as pessoas abandonavam os campos para trabalhar
nas fábricas o conflito entre a classe trabalhadora, constituída por empregados e a
classe média, constituída por patrões e quadros dirigentes, tornou-se mais intenso.
Por outro lado, alguns artistas e intelectuais começaram a atacar as tendências
materialistas da sociedade cada vez mais dominada pelo comércio e pela
maquinaria. A situação era tão complexa que em alguns casos, se confundiam a
própria ciência com aplicações técnicas e denunciavam ambas enquanto recusavam
a aprender algo sobre elas.
Mesmo as máquinas a vapor já não sendo tão utilizadas, atualmente, como
fontes diretas de energia na indústria e nos transportes, o vapor é ainda
indiretamente a maior fonte de energia. A turbina a vapor, inventada pelo engenheiro
Fig.2- Máquina de Watt
7
inglês Charles Parsons em 1884, substituiu largamente outros tipos de máquinas a
vapor mais antigas. Atualmente, é por meio de turbinas a vapor que trabalham os
geradores elétricos na maior parte das centrais elétricas. Não se pode esquecer que
são os geradores elétricos movidos a vapor que fornecem a maior parte de energia
para a maquinaria da civilização moderna, mesmo nas centrais nucleares, a energia
nuclear é utilizada para produzir vapor que depois move as turbinas e os geradores
elétricos. Lembrando que o princípio básico da turbina de Parsons é mais simples do
que o das máquinas de Newcomen e Watt: um jato de vapor a alta pressão toca as
pás de um rotor, fazendo-o mover a alta velocidade.
TEMPERATURA X CALOR
Comumente os conceitos de calor e de temperatura são usados como
sinônimos, isso quando são empregados indistintamente: “hoje está muito calor”,
“ele queimou a mão porque a panela passou temperatura” etc.
Esse contexto sintetiza o pensamento espontâneo encontrado nas falas
diárias de muitas pessoas (mesmo as escolarizadas!). Uma rápida olhada na
história da ciência permite reconhecer idéias semelhantes em pensadores da
Antiguidade. De fato, o conceito de calor era entendido na Grécia antiga por
Aristóteles (384-322 a.C.) como sendo uma substância que permeava a matéria ou
ainda para Platão (427-347 a.C.) o fogo era um elemento que ao penetrar na
matéria, colocava as partículas do corpo em movimento, e para ser esfriado, o ar
iria expulsar o fogo e comprimir novamente as partículas. Já o conceito de
temperatura surge nos tratados do célebre médico Galeno (129-200), o qual
afirmava que no corpo humano há uma mescla (mistura) de calor e de frio e que o
homem não possui quantidades iguais desses elementos, sendo que os estados
de doença eram determinados pelo desequilíbrio dessa quantidade. Quando se
traduziu as obras de Galeno para o latim, a palavra mescla foi traduzida pela
equivalente: temperatura. O sucesso desses tratados médicos e a consequente
repercussão alcançada fizeram aparecer à palavra temperatura, nos discursos de
todos os cientistas que vieram depois.
8
Assim temperatura por muito tempo passa a representar a medida do
calor, o que significava que os dois conceitos expressavam a mesma idéia. No
século XVI, Francis Bacon (1561-1626), propõe uma nova concepção do calor,
qual seja, de que o calor era o movimento vibratório das partículas de um corpo.
Essa nova idéia é geradora de uma também nova corrente de pensamento na física,
da teoria mecânica do calor, a qual será desenvolvida e modificada nos 200 anos
seguintes, configurando como a mais aceita hoje em dia, em detrimento da anterior
que reconhecia o calor como substância.
Voltando ao propósito central deste texto, para todo cientista e pensador
dos séculos XVI e XVII, calor e temperatura eram conceitos idênticos, mesmo
sendo adeptos de uma ou de outra teoria. O aperfeiçoamento do termômetro no
século XVIII, por Daniel Fahrenheit (1686-1736), permite que se meça a
temperatura de forma muito precisa, reforçando a idéia de que os conceitos eram
iguais.
Foi só em 1760 que Joseph Black (1728-1799), realiza experiências
muito precisas para medir os pontos de ebulição da água e de fusão do gelo. O
cientista observou que mesmo fornecendo calor para uma massa de água ou de
gelo. Nas palavras do próprio Black, nesses pontos a temperatura não se altera, o
que implica em distinguir os dois conceitos.
A fusão está universalmente considerada como produzida por uma
pequena adição de uma quantidade de calor a um corpo sólido, quando ele é
aquecido até o seu ponto de fusão e o retorno de tal corpo para o estado sólido
depende de uma pequena diminuição da quantidade de calor após ele ter esfriado
de um mesmo número de graus. Acreditava-se que esta pequena adição de calor
ao corpo não fazia necessariamente o aumento de um pequeno valor na
temperatura de um corpo, indicada pela medida de um termômetro, colocado no
líquido resultante. [...] encontrei uma razão para desaprová-la, como inconsistente
em relação a muitos fatos observáveis quando atentamente considerados. [...]
Quando o gelo ou outra substância é fundida, é possível pensar que ele recebe
uma grande quantidade de calor, maior que aquela que é perceptível nele,
imediatamente depois por meio de um termômetro. "Uma grande quantidade de
calor penetra a substância naquela ocasião sem aparentemente fazê-lo mais
quente”. Ainda, segundo o cientista, este calor deve ser introduzido para dar
forma de líquido e que esta maior adição é a principal causa da liquefação
9
produzida. Em outro trecho da obra ele usa um argumento simples e convincente:
"Se fosse suficiente uma quantidade muito pequena de calor transmitida pelo ar, na
primavera, para reduzir em água imensas quantidades de gelo e neve, formados ao
longo do inverno, assim a fusão seria operada em poucos minutos e inevitavelmente
iria produzir inundações catastróficas" (extraído da obra Lectures on the Elements
of Chemistry, de 1803).
Para entender o que Black quer dizer com essas palavras, é preciso conotar
que o fato do gelo se fundir a uma temperatura constante já era conhecido, mas se
acreditava que uma pequena quantidade de calor era suficiente para transformar
muito gelo em água líquida. Black argumenta o contrário. Outro ponto importante
é o cuidado que se deve ter com as palavras do autor, pois ele foi um adepto do
modelo substancialista do calor.
REVOLUÇÃO INDUSTRIAL E SUA IMPORTÂNCIA PARA O
DESENVOLVIMENTO DA TERMODINÂMICA
O texto A Revolução Industrial e a Termodinâmica (RAFAEL, 2007), aborda
a questão da Termodinâmica como uma construção humana e sua relação com o
contexto cultural, social e econômico do período histórico em que a Revolução
Industrial se consolidou, bem como apresenta a história da ciência como instrumento
facilitador para a compreensão da construção e desenvolvimento da Termodinâmica.
Em principio o texto apresenta uma conceituação de Revolução Industrial,
bem como aborda as questões das mudanças de paradigma da economia agrária
para a produção mecanizada.
Também está exemplificado o desenvolvimento da máquina a vapor, desde
o século XVI até o século XIX, período de grandes e profundas mudanças
sociais e econômicas, na Europa, as quais foram concretizadas com o
estabelecimento do modo de produção capitalista marcado pelo rompimento da
produção artesanal e doméstica, bem como a organização do trabalho, através da
divisão e da especialização das tarefas.
O texto apresenta a máquina a vapor como um aparelho que possibilitou a
transformação da energia de alguns combustíveis como a (energia química do
carvão ou do petróleo, nuclear do urânio, térmica) em energia mecânica.
10
O texto ainda destaca a importância de cientistas com Thomas Savery
(1698) que inventou a primeira máquina a vapor com sucesso comercial baseada
num projeto de Edward Somerset (1663).
Sua invenção possibilitou o bombeamento de água das minas de carvão.
Lembrando que foi a criatividade desses homens que estimulou o desenvolvimento
de máquinas mais avançadas que podiam fazer muitos outros trabalhos e/ou
atividades fabris diversas, condução de locomotivas, barcos a vapor, e assim por
diante.
Foi a partir desses novos inventos que se deu um estímulo enorme ao
crescimento industrial na Europa e na América e ajudou a transformar a estrutura
econômica e social da civilização ocidental. Isso fez com que o padrão de vida
médio na Europa Ocidental e nos Estados Unidos crescesse consideravelmente.
Finalizando o texto aponta que, hoje, é difícil pensar como era a vida antes da
industrialização, mas essa é uma afirmação que pode trazer alguma polêmica.
Portanto, foi nesse contexto social, econômico e político, enfim, histórico, que se deu
a evolução da Termodinâmica.
CONCEITUANDO TERMODINÂMICA
A revolução industrial teve início a partir de quando se descobriu a
possibilidade da utilização de fontes de energia diferentes daquelas fornecidas pelos
animais. Então, a termodinâmica nasceu dessa necessidade do uso de máquinas
térmicas. Se a Termodinâmica é um ramo da Física que estuda as relações entre
calor e temperatura, pode-se dizer que “Calor é a energia térmica em movimento,
que se transfere do corpo de maior temperatura para o corpo de menor
temperatura”.
Após essa aceitação da teoria mecânica (ou cinética) do calor, passou-se a
relacionar temperatura ao grau de agitação das partículas de um corpo, sendo
uma medida média e macroscópica, tendo relação com o calor, mas não sendo a
mesma coisa. Por fim, o calor, após o estabelecimento da teoria mecânica será
entendido como a energia que é transferida de um corpo a outro, devido a uma
11
diferença nos valores de temperaturas dos corpos. Quando esta energia é
recebida, fará aumentar a energia cinética das partículas do corpo que recebeu.
MÁQUINAS TÉRMICAS E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
Para a compreensão da Segunda Lei e a realização das próximas atividades
algumas definições são necessárias.
A primeira, o que é uma máquina térmica? Máquinas Térmicas são
dispositivos que operando em ciclos termodinâmicos:
(1) – realizam algum trabalho líquido à custa da transferência de calor de um corpo a
uma temperatura elevada para outro a uma temperatura mais baixa ou,
(2) – transferem calor de algum corpo que está a uma temperatura baixa para outro
a uma temperatura mais elevada à custa de um trabalho externo (Figura 8).
A figura 3-a esboça o funcionamento de um motor. Combustível é transformado em
energia, na forma de calor, parte dessa energia faz com que um móvel se locomova
e outra parte é transferida para o ar atmosférico. Na figura 3-b, o esboço é o de um
refrigerador. Utilizamos energia elétrica, na forma de trabalho, para transferirmos
calor de um lugar que está frio, dentro do refrigerador, para um local que está mais
quente, o ambiente da cozinha.
De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica ∆E = Q – W. Tendo em
vista que tanto um motor como um refrigerador funcionam em ciclos, 0E =∆ , ou
seja, WQ =
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combustível
ar atmosférico/radiador
motor
espaçorefrigerado
cozinha
energia elétrica
W
Q E
SQ Q E
SQ
W
temperaturaalta
temperaturabaixa
a b
Figura 3 - Digramas esquemáticos de um motor e um refrigerador.
A segunda definição é decorrente da primeira resposta. O que é “operando
em ciclo termodinâmico”? Operar em ciclo termodinâmico é fazer um sistema sair de
um estado inicial de equilíbrio, sofrer uma série de transformações termodinâmicas e
voltar para este mesmo estado inicial de equilíbrio. É por isso que 0E =∆ . A energia
que o sistema possui no estado inicial tem que ser igual à energia que ele chega
nesse estado, caso contrário o sistema não completa o ciclo.
Para um sistema que executa um ciclo, existem somente duas hipóteses
para as grandezas Q e W.
Hipótese 1 Q = W > 0 (positivos). [MOTORES]
Quando Q = W > 0, convencionalmente, esta expressão indica que calor
está sendo fornecido para o sistema e que trabalho está sendo realizado pelo
sistema. Mostraremos através de um exemplo como estas formas de energia atuam
em um sistema que executa um ciclo. Cabe ressaltar que esta interpretação vale
para qualquer ciclo.
A figura 4 apresenta um ciclo, idealizado, de um motor composto por duas
transformações adiabáticas e duas transformações isovolumétricas.
Em um motor, certa quantidade calor QE é transferida de um reservatório
quente, a alta temperatura, para um sistema capaz de realizar trabalho útil, e certa
quantidade calor QS é transferida para um reservatório frio.
13
P
V
1
4
2
3
QE
QS
Q = W =QE - QS
W
Figura 4-Ciclo idealizado de um motor que opera com um gás ideal.
Do estado 1 até o estado 2 (adiabática), o sistema realiza trabalho sobre o
meio exterior (ou simplesmente, o trabalho é realizado pelo sistema); do estado 3
até o 4 (outra adiabática), o meio exterior realiza trabalho sobre o sistema. O
trabalho total W realizado pelo sistema para completar um ciclo é dado pela
diferença entre estas duas quantidades, ou seja, pela área hachurada formada pelo
ciclo. Observe que nos processos isovolumétricos 32 → e 14 → , o trabalho
mecânico é nulo ( 0dV = ).
Considerando que as transformações 21→ e 43→ são adiabáticas, não
existe troca de calor entre o meio exterior e o sistema. Quando o sistema evolui do
estado 2 para o 3, calor é transferido dele para o meio exterior, e vamos denominar
esta quantidade de QS (negativo). Por outro lado, para evoluir do estado 4 até o
estado 1, calor entra no sistema, e nós vamos chamar esta quantidade de QE
(positivo). De acordo com esta nomenclatura, a quantidade de calor Q para o
sistema realizar este ciclo é igual à sE QQ − , com QS sendo diferente de zero, pois
senão o sistema não completa o ciclo. Voltando à lei de conservação de energia
aplicada no ciclo, escrevemos:
SESE QWQWQQQ +=∴=−= (1).
14
Esta expressão mostra que a energia QE, entrando no sistema na forma de
calor, apenas uma parte dela pode ser utilizada para realizar trabalho, uma vez que
uma fração desta energia QS tem que, necessariamente, ser transferida para o meio
exterior.
Agora, é conveniente introduzir o conceito de eficiência térmica para uma
máquina que opera em ciclos. A eficiência é definida como a razão entre o que é
produzido (trabalho útil, W) e o calor que é transferido do reservatório quente
(energia QE):
Etérmica Q
W
custo
benefício==η (2).
Usando a relação (1), a eficiência térmica pode ser escrita como:
E
S
E
SE
Etérmica Q
Q1
Q
Q
W −=−
==η (3).
A eficiência é máxima quando 0QS = . Essa seria a máquina dos sonhos:
todo calor fornecido é convertido em trabalho, ciclo após ciclo. Infelizmente, esse
aparato não pode ser construído. A limitação não é devido ao desenho, à substância
utilizada ou qualquer outro fator envolvendo tecnologia ou escolha criteriosa de
novos materiais. Note que, mesmo sendo uma máquina idealizada e reversível, o
rendimento é sempre menor que a unidade. Esse fato reflete uma propriedade da
Natureza, não uma característica particular da máquina térmica.
O exemplo seguinte envolve a aplicação de uma máquina térmica bastante
familiar – o motor de combustão interna de um automóvel. Ele realmente não
absorve calor, mas podemos simular que a energia térmica vem de fora e não de
dentro (queima do combustível) e tratá-lo, também, como uma máquina térmica.
EXEMPLO 01
A potência do motor de um automóvel é de 100 HP e sua eficiência é igual a 30%.
Sabendo que a queima do combustível fornece 35000 kJ/kg ao motor, determinar a
taxa de transferência de calor para o meio e a vazão em massa de combustível
consumido em kg/s.
15
SOLUÇÃO
A potência de um motor é dada por:
A energia do combustível que entra é:
Ou, a potência que entra é:
Consequetemente, a taxa de transferência de calor para o meio é:
Obs.- Esses resultados mostram que para esse motor funcionar, 171,61 kJ de
energia são necessariamente transferidas para o meio exterior, e como veremos
adiante, essa quantidade não é devido tão somente a perdas causadas pelo atrito.
A quantidade em massa por unidade de tempo do combustível é calculada
por:
skgqueima
tQ
t
m E /100.735000
16.245/ 3−×===
Isto significa que um motor a gasolina queima 7,00 gramas de combustível por
segundo.
Hipótese 2 Q = W < 0 (negativos) [REFRIGERADORES]
16
Essas condições se verificam quando o calor que sai do sistema é maior do
que o calor que entra: 0QQQ SE <−= . Além disso, o ciclo no diagrama P V é
percorrido no sentido anti-horário: isso significa que o meio realiza trabalho sobre o
sistema. Em refrigeradores domésticos e em aparelhos de ar condicionado, esse
trabalho é realizado por um motor elétrico. Ambos resfriam um volume específico e
rejeitam calor para o exterior. O ar condicionado expele esse calor para regiões
extra-ambiente, enquanto para um refrigerador doméstico a troca ocorre em suas
proximidades. Portanto, se você estiver pensando em resfriar o ambiente mantendo
aberta a porta de geladeira, isso é um péssimo procedimento: o resultado líquido é a
elevação da temperatura ambiente, e não seu decréscimo.
Figura 5 – Ciclo idealizado de um refrigerador que opera com um gás perfeito.
Do estado 4 até o estado 3 o sistema realiza trabalho sobre o meio exterior,
e do estado 2 para o estado 1, trabalho é realizado sobre o sistema. Note que
3412 WW →→ > e, consequentemente, o trabalho líquido é negativo.
Nos processos que envolvem troca de calor: do estado 1 para o estado 4,
calor é transferido para o meio exterior, e do estado 3 para o estado 2, calor é
absorvido pelo sistema.
Como definir a eficiência de um refrigerador? O parâmetro relevante ainda é
a razão “ custobenefício ”, e nesse caso o benefício é o calor retirado do ambiente
pelo sistema e o custo é caracterizado pelo trabalho realizado sobre ele. Como a
função de um refrigerador é retirar calor de uma região fria e rejeitar calor em uma
região quente, define-se o coeficiente de desempenho (COD) como sendo:
P
V
1
4
2
3
Q E
Q S
-W
17
gasta) W(energia
)frio ioreservatór do extraído calor(QCOD E= (4).
Como esse coeficiente é positivo, o trabalho W deve ser considerado como uma
grandeza positiva, já que 0QE > . Basta, então, escrever:
0QQW ES >−= .
Substituindo na expressão (4), temos:
1Q
Q1
QCOD
E
SES
E
−=
−= (5)
Da definição (D), vemos que o COD é inversamente proporcional à variável
básica de economia – o custo por Joule extraído. Altos coeficientes de eficiência
revelam otimização de refrigeração: paga-se menos para resfriar determinado
volume.
Foi por meio de análises semelhantes que Sadi Carnot (1823) idealizou o
motor e o refrigerador mais eficientes que a natureza permite. O motor de Carnot
não existe, é impossível ser construído, mas suas análises serviram de base para o
estabelecimento da Segunda Lei da Termodinâmica.
FORMULAÇÕES DA SEGUNDA LEI
Existem dois aspectos marcantes sobre as pesquisas de Carnot. Primeiro,
ele encontrou que a eficiência com que o calor pode ser convertido em outras
formas de energia depende da natureza dos processos cíclicos empregados, mas
18
não dependia da substância de trabalho – o material que sofre a transformação
cíclica. Segundo, Carnot descobriu o mais eficiente processo cíclico para converter
calor em outras formas de energia. As conclusões de Carnot são verdadeiramente
monumentais: sem o benefício de uma teoria correta do calor, ele estabeleceu o
padrão último de eficiência de uma máquina térmica. As análises subsequentes de
Clausius e de Lord Kelvin levaram ao estabelecimento da segunda lei da
termodinâmica.
O enunciado de Kelvin da segunda lei é esse:
“É impossível dispor de processo cujo único resultado seja o de converter calor,
extraído de um único reservatório, totalmente em trabalho”.
Evidentemente a palavra “único” no enunciado é uma qualificação fundamental.
Muitos processos podem ser realizados nos quais um sistema converte calor
integralmente em trabalho. Um exemplo fiel dessa situação é uma expansão
isotérmica de um gás ideal. Em tais processos o resultado é que o estado final difere
do estado inicial (não completa um ciclo). Portanto, não aconteceu um único
resultado.
O enunciado de Clausius para a segunda lei afirma que:
“É impossível obter um processo cujo único resultado seja extrair calor de um
reservatório a transferi-lo para outro reservatório com temperatura maior”.
Como todas as outras leis da Natureza, a segunda lei da termodinâmica
sobrevive somente porque ela está de acordo com os experimentos. Nenhuma
quantidade de evidências experimentais poderia estabelecê-la como verdadeira. A
evidência que suporta a segunda lei é o fracasso de todas as tentativas de se
construir máquinas de movimento perpétuo de segunda espécie (rendimento igual a
100%). Fama, fortuna, imortalidade científica instantaneamente seriam conseguidas
por alguém que violasse a segunda lei.
Além de trabalhar questões como: O que é uma máquina térmica? O que
um aparelho que resfria alimento e fabrica gelo tem de semelhante com um motor de
19
carro? A produção didático-pedagógica, elaborada de acordo com o projeto de
intervenção pedagógica na escola “Segunda lei da termodinâmica: Algumas
relações com o cotidiano” trazem a discussão da evolução do trabalho humano ao
longo da história, possibilitando ao aluno reconhecer a utilização do calor para
benefício do homem, além de fazer com que o educando seja capaz de avaliar os
impactos sociais e econômicos advindos da primeira Revolução Industrial, bem
como, o desenvolvimento dos conceitos de calor e temperatura através dos textos
“Revolução Industrial e a Termodinâmica” e “Calor e Temperatura”.
A continuidade das atividades teve como base a proposta do Grupo de
Reelaboração do Ensino de Física (GREF). Foi utilizado como fio condutor o
desenvolvimento da Termodinâmica, desde o desenvolvimento das primeiras
máquinas térmicas, passando pela Revolução Industrial e a evolução dos conceitos
de calor e de temperatura até chegar à definição da Segunda Lei da Termodinâmica.
DUAS MÁQUINAS TÉRMICAS DO COTIDIANO: O MOTOR E A GE LADEIRA
Sabe-se que muitos alunos que não gostam de física, no entanto, todos
gostam de automóveis. O que eles desconhecem é que o automóvel é uma aula de
física ambulante.
O automóvel possui um motor movido à explosão. Isso permite classificá-lo
fisicamente como uma máquina térmica que converte energia química do
combustível em trabalho. Gasolina, álcool, diesel são compostos orgânicos que ao
reagir com o oxigênio produz calor pela reação de combustão.
A quantidade de calor produzida por cada unidade de massa do combustível
é defina pela propriedade chamada de poder calorífico, que é aproximadamente
10.500kcal/kg na gasolina e 6.500 kcal/kg no álcool. Essa é a razão pela qual os
motores apresentam menor consumo por quilômetro rodado quando utilizam a
gasolina.
Uma maneira de conhecer um motor por dentro é visitando uma oficina
mecânica e fazer uma entrevista com o mecânico
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Certamente ele vai lhe mostrar as várias partes dos motores e falar sobre a
função de cada uma delas. Depois dessa discussão com o técnico, fica mais fácil
"descobrir" os princípios físicos em que se baseia essa máquina térmica.
A expansão do gás sob o efeito do calor é o que produz o movimento nas
máquinas térmicas. A conversão é feita de uma forma cíclica, ou seja, o estado
inicial do gás sempre se repete após uma sucessão de transformações (como ocorre
no movimento do pistão do motor do carro).
São muito válidas as sugestões dos seguintes vídeos:
1. www.youtube.com/watch?v=9y8HCnLob78
2. www.youtube.com/watch?v=emRxXykWB3Y
O primeiro apresenta a montagem de um motor e o segundo mostra os pistões em
movimento.
O MOTOR
O motor é o que faz um veículo se movimentar. Nessa época, de constantes
avanços tecnológicos, os motores estão ficando cada vez mais complexos e exigem
que a sua manipulação seja feita por profissionais especializados com instrumentos
específicos, pois apresentam cada vez mais componentes eletrônicos. Porém, os
conceitos básicos e os princípios de funcionamento são os mesmos.
A produção de movimento nesses motores se dá através da queima de
combustível em seu interior. A energia liberada por essa combustão movimenta o
motor. O motor funciona em ciclos de oscilação do pistão (cujo movimento oscilatório
é transmitido ao eixo da roda). O ciclo de um motor a gasolina pode ser dividido
aproximadamente em quatro transformações de pressão e volume do gás:
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Figura 6 – Esquema do motor de quatro tempos. Fonte:www.portalsaofrancisco.com.br
A figura acima mostra um esquema do motor "quatro tempos", assim
denominado porque seu funcionamento se faz em quatro etapas.
Primeiro tempo (indução)
A válvula de admissão se abre e uma mistura de combustível e ar é injetada
no cilindro através da válvula de admissão enquanto o virabrequim, que gira,
empurra o pistão para baixo.
Segundo tempo (compressão)
A válvula de admissão se fecha; a mistura é comprimida à medida que o
pistão se eleva e, antes que este chegue à parte superior, a vela se ascende.
Terceiro tempo (potência)
A mistura acende-se; os gases quentes que se expandem, formados na
explosão, produzem uma força que faz com que o pistão abaixe novamente,
acionando o virabrequim.
Quarto tempo (exaustão)
A válvula de escape abre-se e os gases são expulsos pelo pistão que se
eleva.
Os motores modernos usam sistemas eletrônicos que regulam com precisão
a quantidade e o teor da mistura introduzida nos cilindros, conhecidos por injeção
eletrônica.
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Para melhorar o rendimento dos motores, estes funcionam, normalmente,
com vários cilindros. Em um motor de quatro cilindros, quando um dos cilindros está
em aspiração, outro está em compressão, o terceiro está em explosão e o quarto
está em exaustão.
Se o motor está parado, os primeiros movimentos do pistão são feito através
de um motor elétrico, conhecido como motor de arranque. Depois das primeiras
explosões do combustível o motor de arranque é desligado e os pistões passam a
funcionar em ciclos, como os que foram descritos.
Nos motores de dois tempos, como os usados em motos e barcos, também
ocorrem a admissão, a compressão, a expansão e a exaustão, porém com apenas
dois cursos do pistão; a cada ciclo são duas fases simultâneas. Enquanto o pistão
sobe, simultaneamente há a aspiração na parte inferior do motor e compressão do
combustível na parte superior. Com a ignição, a expansão dos gases impulsiona o
pistão para baixo, abrindo a saída para a exaustão, enquanto a mistura de
combustível flui da parte inferior do motor para a parte superior.
Os motores diferem pela quantidade de cilindros e quanto ao ciclo de
funcionamento, dois tempos ou quatro tempos, em que cada pistão trabalha num
ciclo e se constitui numa máquina térmica.
Num ciclo completo do motor, a energia química do combustível só é
transformada em trabalho no 3º tempo. Nas outras etapas (1º, 2º e 4º tempos) o
pistão é empurrado devido ao giro do virabrequim.
O REFRIGERADOR E A REVOLUÇÃO DOS HÁBITOS DE COMPRA E DE
ALIMENTAÇÃO
É possível considerar uma geladeira a uma máquina térmica? A resposta a
essa pergunta seria sim, mas com uma ressalva, visto que o motor da geladeira
opera em sentido contrário, ou seja, usa trabalho do motor elétrico, em vez de
produzi-lo e o fluxo do calor é de um meio de baixa temperatura para outro de maior
temperatura.
Armazenar, conservar e transportar alimentos perecíveis sempre foi um
problema para homem. Por muitas décadas as técnicas utilizadas para conservação
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dos alimentos foi a defumação, o uso de sal e condimentos, etc. Uma invenção que
resolveu esse problema e transformou os hábitos da sociedade foi o refrigerador.
A geladeira funciona em ciclos utilizando um
fluído (freon) que é um gás refrigerante num um
circuito fechado. Tem como partes essenciais o
compressor, o condensador, uma válvula
descompressora e o evaporador (congelador).
1-Compressor- Comprime o gás, aumentando a
pressão e a temperatura, fazendo-o circular
através da tubulação.
Figura 7 – Esquema do circuito da geladeira. Fonte: GREF.Física 2, pg.114
2-Condensador- O gás perde calor para o exterior quando passa pela serpentina,
liquefazendo-se. É a parte quente que você já deve ter observado.
3-Válvula descompressora- O gás ainda em alta pressão e liquefeito chega a um
estreitamento da tubulação (tubo capilar), onde ocorre uma diminuição da pressão.
4-Congelador- Quando o freon líquido e a baixa pressão chega à serpentina do
evaporador, de diâmetro bem maior que o capilar, se vaporiza, retirando calor do
interior do congelador. O gás a baixa pressão e temperatura é aspirado para o
compressor, onde se inicia um novo ciclo.
Enquanto no motor o calor flui espontaneamente da fonte quente para a fria
(água de refrigeração e meio ambiente), na geladeira o fluxo de calor não é
espontâneo. Na geladeira a troca de calor se dá do mais frio (interior da geladeira)
para o mais quente (meio ambiente). É importante ressaltar que a geladeira não usa
calor, mas sim o bombeia de uma temperatura mais baixa para uma mais alta.
Uma máquina que tem com objetivo o resfriamento os valores serão
negativos, pois o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a maior.
Conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente,
logo é necessário que haja um trabalho externo, assim:
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Figura 8 – Esquema de funcionamento de um refrigerador. Fonte: Adaptação da figura disponível no site: www.sofísica.com.br
Em cada ciclo, a quantidade de calor cedida para o meio ambiente através do
condensador é igual à quantidade de calor retirada do interior da geladeira, mais o
trabalho realizado pelo compressor.
Q condensador = Q congelador + W compressor
RREENNDDIIMMEENNTTOO DDAASS MMÁÁQQUUIINNAASS TTÉÉRRMMIICCAASS
Em qualquer máquina térmica as perdas térmicas são muito grandes. Essa
“perda” é a energia necessária para fazer o motor completar o ciclo. Sem essa
“perda”, o motor não funciona. É muito diferente da perda por atrito.
O rendimento real de um motor a explosão que funciona com gasolina está
em torno de 21% a 25%. Nesse motor ocorreram perdas térmicas e mecânicas de
75% a 80%.
As perdas térmicas se devem à troca de calor do motor com o ambiente pelo
sistema de refrigeração, pela eliminação dos gases pelo escapamento e ainda em
uma porcentagem pequena de perdas mecânicas que se devem ao atrito das
superfícies metálicas.
Fonte de aquecimento
Q1
Q2
W
Máquina térmica
Fonte de resfriamento
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η=
Se toda energia fosse convertida em trabalho mecânico, o rendimento seria
igual a 1 ou 100%. Na realidade isso nunca acontece.
Pode-se chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia
utilizada como forma de trabalho e a energia fornecida.
Considerando:
η=
η=rendimento;
W= trabalho convertido através da energia térmica fornecida;
Q1=quantidade de calor fornecida pela fonte de aquecimento;
Q2=quantidade de calor não transformada em trabalho.
O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum
trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor
recebido em trabalho, mas como visto, isso não é possível. Para sabermos este
rendimento em percentual, multiplica-se o resultado obtido por 100%.
Para aumentar o rendimento de um motor a combustão, os construtores
aumentam a razão entre o volume máximo e o mínimo dentro do cilindro, ocupado
pela mistura combustível. Se a mistura é bastante comprimida antes de explodir, a
pressão obtida no momento da explosão é maior. Assim o deslocamento do pistão é
tanto maior quanto maior a razão entre o volume máximo e o mínimo.
É possível melhorar o desempenho de um motor e torn á-lo mais potentes e/ou
mais eficiente.
Aumentar a cilindrada - mais deslocamento volumétrico significa mais potência
porque permite queimar mais combustível durante cada rotação do motor. É
possível aumentar a cilindrada usando cilindros maiores ou acrescentando mais
W Q1
Q1 – Q2
Q1
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cilindros (o limite prático é o de 16 cilindros). A cilindrada também pode ser
aumentada por meio de maior curso dos pistões.
Elevar a taxa de compressão - taxas de compressão mais altas produzem mais
potência, até certo ponto. Entretanto, quanto mais se comprime a mistura ar-
combustível, maior a possibilidade de que parte da mistura na câmara detone
espontaneamente (depois de ocorrer a centelha da vela de ignição). A gasolina de
alta octanagem, como a premium ou a Podium, diminui o risco ou evita essa
detonação. É por isso que os carros de alto desempenho geralmente precisam de
gasolina de alta octanagem - seus motores normalmente têm taxas de compressão
mais elevadas para obter mais potência.
Colocar mais ar em cada cilindro - é possível empurrar mais ar (e mais
combustível) para um cilindro de determinado tamanho (do mesmo modo que se
faria aumentando o tamanho do cilindro). Os turbo compressores e compressores
pressurizam o ar que entra para que seja fornecido efetivamente mais ar aos
cilindros.
Resfriar o ar na admissão - comprimir o ar aumenta sua temperatura, mas é
melhor ter o ar mais frio possível no cilindro (quanto mais quente o ar, menos denso
ele se torna, menos oxigênio por volume). Assim, muitos carros equipados com turbo
compressor ou compressor têm um intercooler . O intercooler é um radiador por
onde o ar comprimido passa para ser resfriado antes de entrar nos cilindros.
Facilitar a entrada de ar - à medida que o pistão se move no seu curso de
admissão, a resistência do ar pode roubar potência do motor. A resistência do ar
pode ser fortemente diminuída colocando uma válvula maior ou, preferencialmente
por questão de peso, duas passagens de ar total. Alguns carros mais novos estão
usando coletores de admissão polidos internamente para eliminar a resistência do
ar. Filtros de ar maiores podem também melhorar o fluxo de ar.
Facilitar a saída dos gases queimados - se a resistência do ar dificultar a saída
dos gases queimados em um cilindro, ocorrerá roubo de potência do motor. A
resistência do ar pode ser amenizada acrescentando-se uma válvula
de escapamento em cada cilindro ou, preferencialmente, duas válvulas menores,
mas que resulte em aumento total da área de /passagem (um carro com duas
válvulas de admissão e duas válvulas de exaustão tem quatro válvulas por cilindro, o
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que melhora o desempenho - quando você ouve um comercial dizer que o carro tem
quatro cilindros e 16 válvulas, o que o comercial está dizendo é que o motor tem
quatro válvulas por cilindro). Se o diâmetro do cano do escapamento é muito
pequeno ou o silenciador oferece muita resistência ao ar, pode haver contrapressão,
que terá o mesmo efeito de válvula de escapamento muito pequena. Sistemas de
escapamento de alto desempenho usam coletores especiais (muitas vezes
chamados de "dimensionados"), tubos de escape de grande diâmetro e
silenciadores de alta vazão para diminuir a contrapressão no sistema de
escapamento. Quando você ouve que um carro tem "duplo escapamento", o objetivo
é melhorar o fluxo dos gases de escape tendo dois tubos de escapamento em
vez de apenas um.
Diminuir o peso dos componentes - componentes leves ajudam o motor a ter um
desempenho melhor. Cada vez que um pistão muda de direção ele utiliza energia
para interromper o trajeto em uma direção e iniciá-lo em outra. Quanto mais leve o
pistão, menos energia ele dissipa. Essa é também a razão de se usar duas válvulas
menores em vez de apenas uma grande.
Injeção de combustível - a injeção de combustível permite uma dosagem muito
precisa de combustível em cada cilindro. Isso melhora o desempenho e reduz o
consumo de combustível.
CCOONNSSTTRRUUÇÇÃÃOO DDEE UUMMAA MMÁÁQQUUIINNAA TTÉÉRRMMIICCAA
A atividade prática consistiu na construção de um modelo rudimentar
de máquina térmica pelos alunos em sala de aula. Os alunos foram divididos em
grupo para realizar o experimento. A montagem deste experimento não foi uma
máquina térmica no sentido estrito do termo, mas os alunos tiveram a oportunidade
de observar alguns aspectos relativos ao funcionamento das máquinas, bem como
aos conteúdos envolvidos. Tais como: mudança de estado da água, rendimento e
leis da termodinâmica.
Material utilizado:
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� Lata de refrigerante vazia.
� Lamparinas pequenas a álcool, velas ou giz embebido com álcool.
� Agulha número 2 de injeção de uso veterinário
� Diversos: cola durepoxi, pedaços de isopor, arame, madeira, alumínio,
cordões, carretel de máquina de costura ou semelhante, papel cartão, etc.
Construção da caldeira
1. Retire totalmente a tampinha da lata.
2. Faca um pequeno furo no meio da tampinha e encaixe nele a agulha de
injeção colando-a.
3. Recoloque a tampinha no local de onde foi tirada utilizando para isso cola
durepoxi com a agulha voltada para fora da lata, procure colocar a cola em toda
região da tampa.
4. Coloque um pouco d’água na lata de refrigerante, para isso utilize uma seringa
com uma agulha mais fina.
5. Apoie horizontalmente a caldeira numa armação de arame de maneira que a
agulha fique na parte mais alta.
6. Abaixo da caldeira coloque as lamparinas a álcool (fonte de energia térmica da
caldeira).
Construção da turbina
1. Cole, nas laterais do carretel, aletas de papel cartão, isopor ou de alumínio.
2. Ponha a turbina numa armação, ajustando a altura para que coincidam com
a agulha da caldeira, por onde sairá o jato de vapor de água.
3. O eixo da turbina pode ser fixado à armação para que o carretel gire livremente,
ou fixado ao carretel para que seu eixo, apoiado na armação, gire livremente.
A turbina gira por ação direta e visível do vapor decorrente do aquecimento e da
ebulição da água. Podemos observar uma grande quantidade de vapor que uma
pequena porção de água pode gerar.
Neste pequeno experimento podemos observar a fonte quente que é, fogo e a fonte
fria que é meio ambiente, podendo assim realizar um trabalho.
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Fig. 9 Foto do Experimento
Fonte: Autor
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desenvolvimento desta pesquisa sobre as duas leis da Termodinâmica,
com os alunos do ensino médio, permitiu melhor incrementar e consolidar o
conhecimento sobre esse conteúdo de física que muitas vezes não é assimilado
com facilidade pelos alunos. Logo, pode-se dizer que as conclusões se deram de
maneira satisfatória, os objetivos propostos foram alcançados com êxito, tanto em
relação à fundamentação teórica quanto ao desenvolvimento e análise durante a
parte experimental. Entendeu-se que os alunos compreenderam a importância de se
estudar as duas leis, visto que, enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece
a conservação de energia em qualquer transformação, a segunda lei estabelece
condições para que as transformações termodinâmicas possam ocorrer e isso
possibilitou que fizéssemos reflexões e debates sobre o tema desenvolvido em sala
de aula. Foi ressaltada com os alunos, a importância do conteúdo do estudo para a
formação de cada educando, possibilitando-lhes a compreensão da evolução do
trabalho humano ao longo da historia e a utilização do calor para beneficio do
homem, avaliando os impactos sociais e econômicos advindos da primeira
Revolução Industrial. A pesquisa fez com os alunos também percebessem que a
Termodinâmica rompeu todos os limites possíveis em suas aplicações. Citando
como exemplo, em temperatura do espaço sideral que está embasada em algum
princípio da Primeira Lei da Termodinâmica. Nas falam dos próprios alunos, entendi
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que o trabalho foi de suma relevância ao seu desenvolvimento, principalmente
porque é um conteúdo da realidade deles. Estaremos relacionando esses conteúdos
ao funcionamento dos veículos motorizados e dos refrigeradores, assim pude
perceber a ansiedade dos alunos para iniciar o trabalho que com certeza foi um
aprendizado significativo por fazer parte do cotidiano do seu dia a dia, conhecimento
esse que permitiu um aprofundamento e ampliação dos conhecimentos dos
conteúdos propostos, principalmente as atividades realizadas com o suporte dos
recursos tecnológicos presentes na escola. Um ponto importante foi a socialização
dos resultados obtidos aos professores, direção e equipe pedagógica do colégio.
Considero que houve um avanço significativo na aprendizagem dos
educandos em relação ao trabalho desenvolvido. O presente trabalho poderá ser
utilizado e/ou aperfeiçoado por outros profissionais da educação, através ações que
possam melhorar as aulas de física bem como o conhecimento dos alunos do ensino
médio.
REFERÊNCIAS
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FIGURAS
FIGURAS 01 e 02:Disponível na Dissertação de Mestrado “Elaboração e aplicação de uma estratégia de ensino sobre os conceitos de c alor e de temperatura” de Francisco Josélio Rafael. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN, Natal, 2007.
FIGURAS 03,04 e 05:Disponível no Livro de Termodinâmica utilizado no EAD/Física – UEM de Arlindo Antonio Savi e C. C. Coluci, 2010.
FIGURA 06:Disponível em http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/motor-explosao /motor-explosao.php . Acessado dia 23/04/10 às 15h
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FIGURA 07:Disponível no livro GREF (Grupo de Reelaboração de Ensino de Física). Física 2. Física Térmica/Óptica - 5. ed. 3. reimpr. - São Paulo: EDUSP, 2005, p. 114. FIGURA 08: Adaptação da figura disponível no site: www.sofisica.com.br/conteudos/ Termologia/Termodinâmica/2leidatermodinamica.php .Acessado dia 23/04/10.
FIGURA 09: Foto do Experimento – Fonte: Autor
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