Conteúdos
Transformações de Energia.
Objetivos
• Identificar transformações de energia em processos naturais e por meio de instrumentos tecnológicos.
1ª Etapa: Formas de energia.
O professor deve perguntar à sala quais as formas de energia que eles conhecem e registrar em foram de lista. Deve-se ter cuidado com os termos “calor” e “trabalho” que não são formas de energia mas formas de transferência de energia térmica e mecânica respectivamente.
É provável que na lista apareçam as seguintes formas de energia: solar, eólica, elétrica, luminosa, radiante, sonora, térmica, mecânica, química, cinética, potencial gravitacional, potencial elástica, eletromagnética. Caso a lista não fique completa, o professor pode completá-la.
Feito isso, os alunos devem, em grupos, separar as formas de energia da lista em duas categorias segundo algum critério pensado por eles mesmos. Por exemplo, podem separar as energias de movimento daquelas de outra natureza. Podem separar energias que são de um corpo como um todo (do ponto de vista macroscópico como um carro em movimento) daquelas que estão relacionadas aos constituintes do corpo (do ponto de vista microscópico como a agitação térmica de um certo material aquecido).
Durante a classificação, vão se deparar com várias questões, que devem ser registradas. Por exemplo: energia luminosa é energia radiante? Toda energia luminosa é radiante, mas toda energia radiante é luminosa? Que formas de energia são radiantes mas não-luminosas? Energia eletromagnética é o mesmo que energia radiante? A energia solar é radiante? A energia eólica pode ser considerada energia cinética do ar? E a energia elétrica pode ser considerada cinética do conjunto de cargas que fluem através de um condutor? Essas perguntas, num primeiro momento, podem trazer certa confusão mental por ficarem sem respostas concretas, mas tal confusão é essencial para provocar uma aprendizagem mais significativa.
Os grupos devem compartilhar entre si quais foram as categorias criadas e quais as formas pertencentes a cada categoria. Devem também registrar no quadro suas perguntas.
2ª Etapa: Transformações de energias sequenciais.
Nesta 2ª etapa o princípio fundamental de conservação de energia deve ser consolidado. Serão exploradas algumas sequências de transformações de energia e, a partir delas, os alunos devem perceber que não é possível criar nem extinguir energia.
Como exemplo peça aos alunos que indiquem um aparelho eletrodoméstico qualquer. Como exemplo podemos tomar o forno de micro-ondas. A ideia é verificar quais as transformações de energia que esse equipamento promove. Deve-se ainda identificar de onde vem a energia para seu funcionamento e assim ir voltando nas transformações de energia até que se identifique a fonte primordial de energia: o astro-rei Sol. Os registros devem ser na forma de texto. Segue abaixo o exemplo:
O forno de micro-ondas utiliza a energia elétrica para transformá-la em energia eletromagnética radiante. Essa energia radiante, quando absorvida pelos alimentos é transformada em energia térmica e assim obtemos alimentos aquecidos. A energia elétrica que abastece nossas residências e é utilizada para o funcionamento do forno de micro-ondas pode ser proveniente de uma usina hidrelétrica. Nesse tipo de usina, a energia potencial gravitacional da água represada é transformada em energia cinética ao longo de uma queda d’água. A energia cinética da água é em parte transferida a uma turbina, que apresentará então energia cinética de rotação. O eixo da turbina em movimento deve estar acoplado a um gerador elétrico, que transformará a energia cinética na energia elétrica enviada às residências. Mas de onde vem a energia potencial gravitacional da água? Bem, os rios, lagos e mares só se mantêm devido ao ciclo natural da água, cuja energia vem do Sol. Se não houvesse a energia solar não seria possível a existências de represas. Ou seja, indiretamente, a energia térmica de um alimento aquecido no forno de micro-ondas é proveniente do Sol.
A partir desse (ou de outro) exemplo os alunos devem escolher um dispositivo tecnológico e perfazer o caminho das transformações de energia até chegar no Sol. Nos processos que envolvem alimentos, a energia química armazenada é proveniente da energia solar utilizada na fotossíntese. Logo, carros a álcool, por exemplo, utilizam energia do Sol indiretamente, uma vez que a energia química armazenada na cana-de-açúcar foi obtida por meio de fotossíntese. Exceção da regra são os processos que envolvem energia nuclear, pois os átomos instáveis presentes na Terra liberam energia no processo de fissão nuclear. Logo, se na sequência houver o uso de energia elétrica proveniente de usinas nucleares, as transformações não retrocederão até o Sol.
3ª Etapa: Análise de texto (opcional).
O físico Richard Feynman (1918-1988) gostava muito dessa “brincadeira” de retroceder nas transformações de energia. Ele tinha uma visão muito clara da Natureza e seus complexos mecanismos. Certa vez, em uma de suas palavras, disse o seguinte:
O mundo parece tão diferente depois de se aprender ciência! Quando se diz, por exemplo: as árvores são essencialmente feitas de ar; quando se queimam, as árvores volatilizam-se; o calor de combustão liberado é o calor flamejante do Sol anteriormente captado a fim de transformar o ar em árvore, e as cinzas representam a parte restante, aquela que não proveio do ar, mas da própria terra.
Não é isto belo? A ciência está repleta destas maravilhas, que são muito inspiradoras de entusiasmo e servem igualmente para estimular os outros.
Os alunos, em grupos, devem ler e analisar o comentário de Feynman acima. O que significa dizer que as árvores são essencialmente de ar? Como explicar isso em termos de transformações de energia. De que forma a energia utilizada pela árvore durante sua vida volta à natureza?
A partir da leitura e análise do texto, os alunos devem “traduzi-lo”, isto é, explicar o que realmente se passa em termos de transformação de energia durante o crescimento da árvore, bem como quando ela é queimada. Esse texto deve tornar a ideia de que as árvores são essencialmente feitas de ar compreensível a qualquer leitor.
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