OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE NA … · Quais são de fontes renováveis e quais não...
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OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Produções Didático-Pedagógicas
Versão Online ISBN 978-85-8015-079-7Cadernos PDE
II
FICHA DE IDENTIFICAÇÃO
Produção Didático-Pedagógica – Professor PDE/2014
Título Consumo Consciente de Energia Elétrica
Autor Mércia Branco Franzin
Escola de Atuação Colégio Estadual Padre José de Anchieta – Ensino Fundamental, Médio e Profissional
Município da Escola Apucarana – Pr
Núcleo Regional de Educação
Apucarana - Pr
Professor Orientador Profº. Dr. Marcelo Alves de Carvalho
Instituição de Ensino Superior
Universidade Estadual de Londrina - UEL
Área do Conhecimento Física
Produção Didático-Pedagógica
Unidade Didática
Público Alvo Alunos do 3º Ano do Ensino Médio
Localização Colégio Estadual Padre José de Anchieta – Ensino Fundamental, Médio e Profissional – Rua Byngton,887 – Jardim Trabalhista – Apucarana – Pr
Apresentação Neste projeto apresentaremos várias formas de produção de energia elétrica, seu transporte e custo/consumo, relacionando seus aspectos positivos e negativos. Serão identificadas as situações socioambientais envolvidas em cada processo, bem como a Física neles existentes. Com isso, será possível verificar as possibilidades de substituição de determinado tipo de energia por outra e comparar os custos/benefícios no seu consumo. Atualmente, quase a totalidade dos equipamentos funciona por meio da energia elétrica, e, portanto é necessária uma quantidade muito grande de geração desta energia. O consumo consciente de energia elétrica é de suma importância, principalmente levando-se em consideração os impactos socioambientais que são causados pela sua geração.
Palavras Chaves Geração de Energia Elétrica – Impactos Ambientais – Custo/Consumo – Energias Alternativas
1 – APRESENTAÇÃO
A produção didática pedagógica está elaborada no formato de Unidade
Didática, que será aplicada com os alunos do Terceiro Ano do Ensino Médio,
do Colégio Estadual Padre José de Anchieta – Ensino Fundamental, Médio e
Profissional, no município de Apucarana, Núcleo Regional de Apucarana,
durante o primeiro semestre do ano letivo de 2015, com o título “Consumo
Consciente de Energia Elétrica”.
Este estudo tem como objetivo promover um reconhecimento das fontes
de energia que abastecem nosso município, assim como localizar e estudar os
conceitos físicos presentes em cada uma das usinas geradoras de energia. Na
sequência, a atividade visa comparar os custos e benefícios que cada uma
oferece ao consumidor e com isso, a proposta é apresentar formas de geração
de energia alternativa para diminuir o consumo de energia elétrica em nossas
residências.
Esperamos que no final do processo os alunos compreendam que o
consumo consciente de energia elétrica é de suma importância, principalmente
levando-se em consideração os impactos socioambientais que são causados
pela sua geração, seja ela proveniente de fontes renováveis ou não, bem como
os processos físicos existentes nas diversas maneiras de geração de energia.
2 – INTRODUÇÃO
Com o passar dos anos, a humanidade presenciou grandes avanços
tecnológicos, alterando significativamente o seu modo de viver.
Inevitavelmente, o consumo de energia elétrica aumentou de maneira
expressiva, sendo hoje quase indispensável para a sobrevivência humana.
Existem algumas situações em que a energia elétrica pode ser
substituída por outras formas de energia que levam ao mesmo resultado e
apresentam menores impactos ambientais, como exemplo o uso de
aquecedores solares em residências para o aquecimento de água.
Portanto a proposta desta unidade didática é conduzir o estudo sobre as
diversas maneiras de produção e geração de energia elétrica, principalmente
as formas alternativas de energia, visando o consumo consciente de energia
elétrica.
Em todas as usinas geradoras de energia ocorrem processos físicos,
portanto, devemos conhecê-los para que aconteça uma comparação entre os
custos/benefícios de energia provenientes de diversas fontes, bem como os
impactos ambientais e sociais.
3 - O ENSINO DE FÍSICA E A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA
“É preciso ver o ensino da Física com mais gente e menos álgebra, a
emoção dos debates, a força dos princípios e a beleza dos conceitos.”
(PARANÁ, 2008, pág.50). A partir da ideia expressa pelo autor, podemos
admitir que o ensino da Física pode ser conduzido a partir de uma perspectiva
contemporânea, a qual relaciona a Física e as suas aplicações cotidianas para
uma melhoria na qualidade de vida.
Desta forma, podemos dizer que a Física é uma ciência que, desde o
princípio, visa descobertas para resolver situações problemas na sociedade.
A Física “deve educar para a cidadania e isso se faz considerando a
dimensão crítica do conhecimento científico sobre o Universo de fenômenos e
não da neutralidade da produção desse conhecimento, mas seu
comprometimento e envolvimento com aspectos sociais, políticos, econômicos
e culturais.” (PARANÁ, 2008, p. 50).
A questão que surge diante desse contexto é como promover um ensino
que desperte a atenção do aluno pela Física e o conduza uma aprendizagem
efetiva.
De acordo com Moreira (1999), a aprendizagem significativa é um
processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se de maneira
substantiva (não literal) e não arbitrária, a um aspecto relevante da estrutura de
conhecimento do aluno. Dessa maneira, os novos conhecimentos vão sendo
incorporados aos conhecimentos de senso comum já adquiridos durante a vida,
e esses vão se transformando em âncoras para receberem sempre novos
conceitos.
Conduzir as atividades do Ensino de Física com base na aprendizagem
significativa pode resultar em algo prazeroso para o aluno e ao mesmo tempo
evidenciar que a Física tem uma aplicação direta na evolução da humanidade.
4 – ESTRATÉGIAS DE AÇÃO
As estratégias utilizadas neste processo de aprendizagem deverão dar
subsídios conceituais para que os alunos possam desenvolver seus trabalhos
em equipes.
Desta forma estão apresentadas:
O aluno deve familiarizar-se com os conceitos, leis e princípios da
Física que estão associados aos processos de geração de
energia elétrica nos diversos tipos de usinas geradoras;
Por meio de trabalhos em grupos, os alunos deverão desenvolver
as atividades propostas nesta unidade didática, bem como a
apresentação do resultado das mesmas para a comunidade
escolar;
Por meio de um diálogo com os alunos, verificar quais tipos de
usinas elétricas eles já ouviram falar e se conhecem o mecanismo
de funcionamento para geração de energia em cada uma.
Dividir os alunos em quatro grupos: três grupos ficarão
responsáveis para pesquisar e organizar banners e/ou uma
maquetes sobre os tipos de usinas elétricas: hidrelétrica, eólica e
nuclear.
O quarto grupo ficará responsável pela pesquisa, construção de
banners e/ou maquetes sobre os aquecedores solares colocados
nas residências, cuja função é substituir a energia elétrica no
aquecimento de água.
Promover um momento de integração entre os grupos, para que,
antes da mostra, os mesmos possam expor e explicar seus
trabalhos para os colegas de sala.
A partir desse momento a discussão será norteada pelo coletivo
para que se conheça a Física envolvida nestes processos, as
questões socioambientais, as vantagens e desvantagens que
cada qual apresenta na sua constituição e o custo/consumo
apresentado por cada usina.
Os alunos deverão definir: geradores, indução magnética (Lei de
Lenz), transformadores, materiais isolantes, voltagem, tensões
elétricas (força eletromotriz – Lei de Faraday), efeito Joule,
termometria, correntes de convecção e estados físicos da
matéria.
Os alunos deverão trazer de suas residências a fatura de energia
elétrica para uma comparação entre o custo/consumo de uma
residência que se utiliza somente de energia elétrica com outra
que utiliza aquecedor solar.
Ao término do projeto, os trabalhos serão expostos com as
devidas explicações realizadas pelos alunos para a comunidade.
Após a apresentação dos trabalhos à comunidade, observar as
benfeitorias na escola, no sentido de consumo consciente de
energia.
5 – ATIVIDADES
5.1 – Atividade 1
Iniciaremos a aplicação desta Unidade Didática por meio de um
questionário que os alunos deverão responder sobre energia:
Quais os tipos de energias que eles conhecem?
Quais são de fontes renováveis e quais não são?
Quais os tipos de usinas geradoras de energia que eles
conhecem ou já ouviram sobre o assunto?
Quais tipos de usinas geradoras de energia existentes no Brasil?
Como a energia é produzida nas usinas?
Como essa energia é transportada da usina até a sua residência?
Quais equipamentos domésticos consomem mais energia?
Quais formas de economizar energia no nosso dia a dia?
Existe Física nas questões envolvidas nos processos citados?
Em quais conceitos físicos estão apoiadas cada questão acima?
5.2 – Atividade 2
Sabemos que os primeiros seres humanos dependiam de sua força
braçal, para obter energia e realizar trabalho.
Com a evolução da humanidade e o passar dos anos, as pessoas foram
percebendo que, se utilizassem de outros recursos para o aumento da energia
concentrada no trabalho, a produtividade poderia superar positivamente suas
expectativas. Então, o homem passou a utilizar animais domesticados para a
colaboração em seu trabalho.
Mas, a evolução não está estagnada no tempo, por isso, hoje é
necessário para o desenvolvimento das nossas atividades um auxilio maior em
nosso trabalho.
Já não nos basta o auxílio somente realizado por animais, mas
principalmente o auxilio da energia elétrica, oriunda de várias fontes de
energia, já que o consumo da mesma é demasiadamente grande, pois,
segundo Bellacosa (2014) em sua palestra: Desenvolvimento Humano e
Energia, “vivemos num mundo tecnológico”.
A energia elétrica é proveniente de usinas geradoras de energia, entre
elas podemos citar: usinas hidráulicas, eólicas e usinas nucleares.
Nesta atividade faremos uma leitura do texto sobre “Energia, a força da
vida”, retirado do material PROCEL NAS ESCOLAS A NATUREZA DA
PAISAGEM 5 – ENERGIA: RECURSO DA VIDA (p.11 a 14):
Tipos e Formas de Energia Existem várias formas de energia. A mais conhecida delas é a mecânica. E é
fácil de explica-la: quando uma força é aplicada sobre um corpo ele se movimenta ao longo de uma distância, dizemos que foi realizado um trabalho mecânico (como empurrar um objeto). A energia química também é conhecida: além de estar presente nos alimentos calóricos, pode ser encontrada na gasolina. Ela está associada a processos de queima ou combustão, e pode se transformar em calor, ou seja, energia térmica. A energia térmica é resultante dos elementos básicos componentes dos
corpos e se apresenta na forma de calor. Um corpo aquecido, seja sólido, líquido ou gasoso, possui essa forma de energia, que depende da massa e da diferença de temperatura que está submetido. Já a TV, o rádio, as micro-ondas e o aparelho de raios X, são responsáveis pela energia radiante (luminosa). Outra forma de energia é a nuclear, encontrada no núcleo dos átomos de certos elementos químicos (urânio, plutônio e toro) e liberada através de sua quebra ou fissão. Ela vem sendo utilizada na medicina para o tratamento de várias doenças, e em aplicações diversas na indústria. Além dessas temos a mais conhecida de todas, a energia elétrica, com a qual grande parte da população convive todos os dias. É difícil imaginar como seria nossa vida sem ela.
Fontes de Energia As fontes de energia são os recursos naturais utilizados para produzir energia
como o petróleo, o gás natural, o carvão mineral, o sol, etc. Elas podem ser renováveis e não renováveis. As renováveis são aquelas que, produzidas pela natureza ou pela ação do homem, encontram-se permanentemente disponível para uso (luz do sol, força dos ventos, força das águas, biomassa). As não renováveis são aquelas que correm o risco de se esgotar (o petróleo, o gás natural e o carvão). Vale ressaltar que a energia do sol é a origem de cada uma das fontes. Da energia solar também deriva a energia hidráulica. Basta pensar no ciclo que começa com a chegada dos raios solares nos oceanos, lagos e rios. Aquecida, a água evapora, sobe à atmosfera e depois é condensada em gotas, liberando calor. Em seguida, retorna à superfície como chuva, que realimenta o volume dos rios e das quedas d’água, renovando continuamente as fontes de energia hidráulica. Mesmo a energia dos ventos (eólica) é proveniente da energia solar. Os raios de sol distribuem-se de modo irregular na superfície terrestre, causando variações de temperatura e pressão nas massas de ar, que dão origem aos ventos.
FONTE: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/970recursos_renovaveis.jpg
FONTE:
http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/969recursos_nao_renovaveis.jpg
5.3 Atividade 3
Sabemos que para a construção de usinas geradoras de energia
elétrica, existem vantagens, desvantagens e implicações socioambientais. Para
analisarmos melhor estas situações, faremos a leitura do texto “Energia e Meio
Ambiente” retirado do material PROCEL NAS ESCOLAS A NATUREZA DA
PAISAGEM 5 – ENERGIA: RECURSO DA VIDA. (p. 40), o qual também
sugere ideias sobre desenvolvimento sustentável.
Energia e Meio Ambiente O atual modelo de desenvolvimento é grande consumidor de energia. Principais impactos ambientais e sociais provocados pela produção e consumo
de energia:
Degradação do solo resultante da mineração de carvão e da exploração de petróleo e gás;
Desmatamento para obtenção da lenha;
Alagamento de áreas e remoção de populações para construção de barragens de grandes hidrelétricas;
Poluição atmosférica decorrentes da queima de combustíveis fósseis.
Promover o desenvolvimento sustentável significa atender as necessidades da população sem comprometer as necessidades das futuras gerações.
Dentre os investimentos necessários no setor energético para o desenvolvimento sustentável, destacam-se:
Utilização de fontes mais limpas (menos impactantes);
Utilização de recursos tecnológicos e processos mais eficientes (que minimizem as perdas energéticas);
Desenvolvimento de processos educativos para a formação de hábitos visando ao uso responsável da energia (combate ao desperdício).
5.4 – Atividade 4
Nesta atividade faremos uma leitura sobre o texto “Energia Elétrica”
retirado do material PROCEL NAS ESCOLAS A NATUREZA DA PAISAGEM 5
– ENERGIA: RECURSO DA VIDA. (p. 64), para uma análise da situação sobre
a energia elétrica no Brasil.
Energia Elétrica
A energia elétrica é uma forma secundária de energia. As grandezas de energia elétrica são: tensão – medida em volts (V) e corrente
– medida em ampères (A). A corrente pode ser contínua ou alternada. Exemplo de corrente contínua:
pilha. Exemplo de corrente alternada: tomada. Configurações básicas do sistema elétrico:
Usina geradora;
Subestação elevadora de tensão;
Linhas de transmissão;
Subestação abaixadora de tensão;
Sistema de distribuição;
Consumo. O sistema elétrico brasileiro é interligado permitindo que ao faltar água em
algum lugar possa haver geração em outro. Geração de energia elétrica no Brasil:
Usinas hidrelétricas de grande porte;
Usinas hidrelétricas de pequeno porte;
Termelétricas a vapor, alimentadas por combustível fóssil (óleo diesel e carvão mineral);
Termelétrica a gás natural;
Termelétricas a vapor, alimentadas por biomassa (bagaço de diversas plantas e restos de madeiras, etc);
Termelétricas a vapor nuclear, alimentadas pela quebra (fissão) de urânio enriquecido.
Fontes alternativas renováveis:
Usinas eólicas (vento);
Sistemas autônomos fotovoltaicos;
Células combustíveis (em fase de pesquisa).
Principais formas de consumo de eletricidade: processos eletroquímicos, iluminação, aquecimento, força-motriz, refrigeração, etc.
Conta de luz: registra a energia consumida no mês, a tarifa cobrada pela concessionária e valores referentes a impostos e taxas. A cobrança é feita em reais (R$) por quilowatt-hora (kwh).
Os alunos assistirão aos vídeos que estão nos endereços
http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9239
e
http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9009.
Após assistirem aos vídeos e fazerem a leitura do texto, deverão
pesquisar e responder as questões abaixo, que estão intrinsicamente
relacionadas com o conteúdo de Física do 3º ano do Ensino Médio.
1) Qual a estrutura de um átomo?
Por cargas elétricas positivas (prótons), negativas (elétrons) e nêutrons.
2) O que são cargas elétricas?
É uma propriedade física fundamental que determina as interações
eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos
ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente.
3) O que é carga elétrica elementar?
É o módulo da carga elétrica livre do elétron ou do próton encontrado na natureza
admitindo e = 1,6.10-19
C
4) Comente sobre a Lei de Coulomb.
Essa lei estabelece que "a força de atração ou repulsão entre dois corpos
carregados é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente
proporcional ao quadrado da distância". Por meio da Lei de Coulomb podemos
calcular a quantidade de carga elétrica existente nos corpos. |Q| = n.e, onde
Q=quantidade de carga elétrica; n=número de elétrons e e=módulo de carga
elétrica elementar. A quantidade de carga elétrica tem como sua unidade de
medida o coulomb, representado por C.
5) O que é tensão elétrica?
É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos (ddp), sendo a unidade de
medida utilizada para a tensão o volt (V).
6) O que é corrente elétrica?
É o movimento ordenado de cargas elétricas pelo condutor (fio), a unidade de
medida utilizada para a intensidade da corrente elétrica é o ampère (A).
7) O que é potência elétrica?
É a quantidade de energia liberada em certo intervalo de tempo para realização de
um trabalho por algum equipamento, a unidade de medida da potência elétrica é o
watt (W).
8) Qual a diferença entre corrente contínua e corrente alternada?
Corrente Contínua: é aquela produzida por uma bateria ou pilhas.
Corrente Alternada: é aquela que provém das usinas geradoras de energia elétrica.
9) O que são células fotovoltaicas?
Uma célula solar ou célula fotovoltaica é um dispositivo elétrico de estado sólido
capaz de converter a luz diretamente em energia elétrica por intermédio do efeito
fotoelétrico. O efeito fotoelétrico é um processo de geração de corrente elétrica
correspondente num material, após a sua exposição à luz.
10) O que significa quilowatt-hora?
Um quilowatt-hora constitui a energia consumida em 1 hora quando a potência é
um quilowatt, ou seja, 1kwh = 3,6.106J. Mensalmente as empresas de energia
elétrica enviam a nossas residências o demonstrativo da energia gasta, no qual o
consumo de energia elétrica vem expresso em kWh.
11) Como a eletricidade chega até nossas casas?
Veja, na sequência de figuras, cada etapa de seu trajeto das usinas até as casas.
Estação geradora: A energia elétrica pode vir de diferentes fontes. Nas
hidrelétricas, a queda-d'água movimenta um gerador, que cria um campo
magnético, produzindo corrente elétrica.
Subestações de Transmissão: a energia sai da usina direto para estações de
transmissão, onde passa por transformadores que aumentam sua voltagem. Em
seguida, segue pelas linhas de alta tensão.
Linhas de Transmissão-Torres de Alta Tensão: levam a eletricidade por longas
distâncias. Para reduzir as perdas energéticas durante a transmissão, ela é
transportada em altíssima voltagem.
Subestações de Distribuição: a eletricidade passa pelos transformadores de tensão nas
subestações, que diminuem a voltagem dela. Só então segue pela rede de distribuição.
Fiação dos Postes: a energia passa pelos transformadores de distribuição, que
rebaixam a voltagem de novo. Depois, passa pela fiação - aérea ou subterrânea -, que
a leva até as ruas.
Consumidor Final: nas tomadas de nossa casa, a energia está disponível para
utilização no mesmo momento em que é gerada, fazendo funcionar equipamentos
eletrônicos e elétricos.
Fonte: http://revistaescola.abril.com.br/fundamental-1/como-energia-
eletrica-chega-nossas-casas-690661.shtml?page=1
5.5 – Atividade 5
Nesta atividade, por meio das leituras dos textos propostos abaixo, os
alunos serão informados sobre o funcionamento, impactos socioambientais,
vantagens e desvantagens, geração e transmissão de energia elétrica
proveniente de usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares, uma vez que a
maior quantidade de geração de energia elétrica do Brasil é hídrica. Após a
leitura de cada texto, os alunos deverão responder às questões propostas, as
quais estão relacionadas aos conceitos físicos envolvidos em cada tipo de
usina.
Usinas Hidrelétricas
Quase metade da energia elétrica produzida no Brasil é obtida a partir
das usinas hidrelétricas. (PENTEADO, 2005)
De acordo com Almeida (2010, p. 233) “a construção de hidrelétricas
podem implicar impactos ambientais muito sérios. Envolve, além dos
equipamentos instalados, o desvio do curso do rio, a preparação de um terreno
e a formação de um reservatório”.
FONTE: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/659hidreletrica.jpg
Sabemos que, para a construção dessas usinas é necessário uma
barragem criando grandes represas, provocando o alagamento de extensas
áreas, situação necessária para manter o reservatório de água utilizada na
geração de energia.
Impactos Socioambientais
“As populações são atingidas direta e concretamente através do alagamento de suas propriedades, casas, áreas produtivas e até cidades. Existem também os impactos indiretos como perdas de laços comunitários, separação de comunidades e famílias, destruição de igrejas, capelas e inundação de locais sagrados para comunidades indígenas e tradicionais. Na área ambiental o principal impacto costuma ser o alagamento de importantes áreas florestais e o desaparecimento do habitat dos animais”. (Manual do Atingido - Impactos Sociais e Ambientais de Barragens”, de autoria de Flávia Vieira e Carlos Vainer, do Movimento dos Atingidos por Barragens – MAB. )
Como sabemos, o consumo de energia no Brasil está aumentando
consideravelmente, portanto a necessidade de investir mais em usinas.
Vantagens e Desvantagens
Algumas vantagens são: baixa emissão de gases poluentes que provocam
o efeito estufa; fonte de energia renovável e que dispensa o uso de combustíveis;
não produz dejetos tóxicos ou radioativos, além da compensação financeira pela
utilização dos recursos hídricos. Esta compensação é para construção de vilas
para a população ribeirinha com casas de alvenaria, escolas, clínicas, estações de
tratamento de água e esgoto.
Sob outro olhar, as desvantagens seriam, além do impacto socioambiental,
a situação econômica da população ribeirinha que tira seu sustento do rio, da
pesca, pois a construção de hidrelétricas altera o ciclo dos peixes e também traz
prejuízo para a fauna local.
Geração – Transmissão
O caminho que a energia faz para chegar até o consumidor é longo.
Desde a sua produção até o consumo, conseguimos relacionar vários
conceitos físicos neste processo.
Ainda na usina, a energia para ser gerada, necessita do trabalho de
geradores (que giram com a força da água), cujo princípio de funcionamento se
baseia na indução magnética (Lei de Lenz), bem perto deles, na casa de força,
estão os transformadores (equipamentos que transformam e enviam a energia
para os cabos de transmissão).
A energia produzida pelos geradores é transmitida para os
transformadores por meio de cabos aéreos, revestidos por camadas de
materiais isolantes e fixados em grandes torres de metal.
Durante o percurso, a eletricidade circula por diversas subestações,
onde passam por transformadores que aumentam ou diminuem sua voltagem,
alterando as tensões elétricas (força eletromotriz – Lei de Faraday).
Quando a energia sai da usina passa por transformadores que elevam
sua tensão. Isso evita a perda por Efeito Joule. Quando essa mesma energia
será utilizada para o uso em geral por seus consumidores, os transformadores
diminuem essas tensões para não causarem danos. Assim forma-se a rede de
distribuição.
Os conceitos físicos envolvidos nesta etapa do projeto são: geradores,
indução magnética (Lei de Lenz), transformadores, materiais isolantes,
voltagem, tensões elétricas (força eletromotriz – Lei de Faraday), Efeito Joule.
Os alunos assistirão ao vídeo “Como Funcionam as Hidrelétricas”,
disponível no endereço eletrônico:
http://www.fisica.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10621 e
na sequência responderão as questões por meio de pesquisa:
1) O que são geradores? Como funcionam?
2) Como a Lei de Lenz explica o princípio da indução magnética?
3) Existem ímãs gigantescos em cada usina para geração de campo
eletromagnético, e assim, a corrente elétrica?
4) O que são transformadores? Quais suas funções?
5) Qual relação existe entre a Lei de Faraday com a força eletromotriz?
6) Explique o efeito Joule.
7) O que são materiais isolantes?
Usinas Termelétricas
No Brasil, a predominância de energia elétrica é proveniente de usinas
hidrelétricas, mas também existe uma colaboração vinda de usinas
termelétricas.
“As termelétricas usam carvão mineral, gás natural e óleo como
combustível”. (ALMEIDA, 2010, p. 232)
FONTE:
http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/1116esquema_termoeletrica.jpg
Impactos Socioambientais
Essas usinas emitem gases poluentes na atmosfera, entre eles o gás
carbônico proveniente da queima de combustíveis fósseis que colabora com o
aquecimento global por meio do efeito estufa e da chuva ácida.
Essas usinas são construídas próximas de rios, dos quais se desvia
parte da água para a liquefação do vapor d‟água.
A água é devolvida ao leito do rio numa temperatura mais alta, pondo
em risco várias formas de vida aquática e acarretando prejuízo ao ecossistema
local.
Vantagens e Desvantagens
Comparando-se as usinas hidrelétricas com as termelétricas, as
termelétricas apresentam uma rápida edificação e assim, levam menor tempo
para a geração de energia.
Com o intuito de reduzir os custos com torres e linhas de transmissão,
são instaladas em locais próximos aos das regiões de consumo.
É utilizada de forma estratégica, quando há um período de seca que
causa diminuição de água nas represas que abastecem as hidrelétricas.
O custo final deste tipo da energia produzida por essas usinas é mais
caro que a energia produzida pelas hidrelétricas, pois é necessária a aquisição
de combustíveis fósseis para o funcionamento da mesma.
Geração – Transmissão
Nestas usinas, o caminho entre a geração de energia e o consumidor
pode ser mais curto, uma vez que ela pode ser construída próxima da área de
consumo.
Conforme Gonçalves Filho (2010, p. 145),
O movimento do eixo de um gerador é obtido pela queima de um combustível, em geral carvão ou óleo. A água é vaporizada em uma caldeira e o vapor, conduzido a alta pressão por uma tubulação até as pás de uma turbina, cujo eixo está acoplado a um gerador. Com o choque do vapor d‟água à alta pressão e as pás da turbina, obtém-se o movimento do gerador. Posteriormente, o vapor d‟água é resfriado no radiador, onde a água volta ao estado líquido, sendo depois injetada na caldeira, para ser novamente vaporizada.
Após o processo de geração de energia, a transmissão acontece da
mesma forma que nas hidrelétricas, passam pelos cabos de transmissão, pelas
subestações que aumentam ou diminuem a voltagem, até chegar aos
consumidores.
Os conceitos físicos compreendidos nesta etapa do projeto são:
termometria, correntes de convecção e estados físicos da matéria.
Os alunos assistirão ao vídeo
http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9011
e após, por meio de pesquisa responderão:
1) Comente sobre os estados físicos da matéria: líquido e gasoso.
2) Explique sobre correntes de convecção.
3) Explique sobre o Ciclo de Carnot.
Usinas Nucleares
As usinas nucleares do Brasil estão localizadas na Central Nuclear
Almirante Álvaro Alberto, em Angra dos Reis, Rio de Janeiro.
Esta central é composta por três unidades: Angra1, Angra2, e Angra3.
Como relata Penteado (2005, p.163) “a participação de energia nuclear
no fornecimento de energia elétrica é apenas de 1,49%” do consumo do país”.
Segundo informações da Agência Nacional de Energia Elétrica – Aneel
(2008), o Brasil ocupa o 23º lugar mundial em produção de energia nuclear,
produzindo 2.007MW por meio das Usinas Angra1 e Angra2.
Impactos Socioambientais
Um dos principais impactos socioambientais causados por esse tipo de
usina diz respeito à água utilizada no processo e que é devolvida ao mar com
temperatura aproximadamente 60ºC maior que a temperatura ambiente, além
dos rejeitos radioativos.
Vale lembrar que as usinas termelétricas de um modo geral, depois de
prontas geram poucos empregos e ao analisar a questão de investimentos em
turismo, como na cidade de Angra dos Reis, não são muitas as pessoas que
gostariam de passar as férias numa praia ao lado de uma usina nuclear.
Vantagens e Desvantagens
Podemos comparar as usinas nucleares com as termelétricas uma vez
que o procedimento para geração de energia elétrica é o mesmo, podemos
apontar algumas vantagens: uma usina nuclear pode ser construída utilizando-
se de menor área em relação à termelétrica; as reservas de combustíveis que
mantém as termelétricas são menores em relação à disponibilidade de material
radioativo que é o combustível das nucleares. Além disso, elas não contribuem
para o efeito estufa.
Em relação às desvantagens podemos citar: para a construção e
operação dessas usinas os custos são muito altos; descarte do lixo atômico e
um provável risco de acidentes nucleares, que resultam na liberação de
material radioativo, altamente prejudicial à vida e ao meio ambiente;
possibilidade do uso da energia nuclear para a construção de armamentos
nucleares.
Geração – Transmissão
De acordo com Gonçalves Filho (2010, p. 146) o processo de geração
de energia em uma usina nuclear, segue da forma:
“O movimento do eixo gerador também é obtido pelo choque das moléculas do vapor d‟água a alta pressão com as pás da turbina. O combustível utilizado é o urânio.”
O processo de geração de energia é semelhante ao das usinas
termelétrica. O combustível utilizado nestas usinas são elementos químicos
radioativos como o urânio, o plutônio e o tório.
Dentro das varetas do elemento combustível, ocorre a fissão dos
átomos, o que ocasiona o aquecimento da água que passa pelo reator a uma
temperatura de 320ºC, mantida sob uma pressão de 157 vezes maior que a
pressão atmosférica, para que a água não entre em ebulição.
A troca de calor entre as águas do primeiro circuito e do circuito
secundário, que são independentes entre si, é de responsabilidade do gerador
de vapor.
Em virtude desta troca de calor, a água do circuito secundário se
transforma em vapor que movimenta a turbina, a qual aciona o gerador elétrico.
O vapor deste circuito, depois de mover a turbina, passa por um
condensador, onde é refrigerado pela água do mar, por meio de um terceiro
circuito independente. A água que passa pelo reator não está em contato com
as demais devido aos circuitos serem independentes.
FONTE: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/418energianuclear.jpg
A partir do gerador elétrico o procedimento da transmissão de energia
elétrica segue o mesmo sistema das demais usinas.
Os conceitos físicos compreendidos nesta etapa do projeto são:
átomos, fissão, radioatividade, trocas de calor, escalas termométricas, estados
físicos da matéria, reator e condensador.
Os alunos assistirão ao vídeo Energia – O calor – parte 2, que está no
endereço
http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9238
e após, por meio de pesquisa responderão:
1) Como estão constituídos os átomos?
Por partículas de prótons, elétrons e neutros.
2) O que é fissão nuclear?
É uma reação que ocorre no núcleo de um átomo. Geralmente o núcleo pesado é
atingido por um nêutron, que, após a colisão, libera uma imensa quantidade de
energia. No processo de fissão de um átomo, a cada colisão são liberados novos
nêutrons. Os novos nêutrons irão colidir com novos núcleos, provocando a fissão
sucessiva de outros núcleos e estabelecendo, então, uma reação que
denominamos reação em cadeia.
3) Quando acontece a troca de calor?
Acontece quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são
colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de
certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico.
4) Qual é a função do reator atômico?
Controlar a energia liberada numa fissão. O calor liberado nessa reação é usado
para ferver água, cujo vapor acionará uma turbina geradora de eletricidade.
5) Qual é a função do condensador?
Resfriar o vapor para que o mesmo retorne até as caldeiras.
5.6 – Atividade 6
Para um uso consciente de energia elétrica em nossas residências, além
do slogam “a luz que você apaga, você não paga” é necessário pensar em
fontes alternativas de geração de energia.
Sendo assim, podemos pensar como forma alternativa para o consumo
de energia elétrica, os aquecedores solares, não no intuito de geração de
energia elétrica (como células fotovoltaicas), mas sim, para o aquecimento de
água utilizada nas residências.
Nesta atividade, após a leitura do texto proposto, os alunos terão
algumas informações sobre aquecedores solares. Em seguida deverão
pesquisar sobre os conceitos físicos abordados nesta etapa e responderem o
questionário.
Aquecedor Solar para água do chuveiro
O processo de aquecimento de água por meio do aquecedor solar se dá
por placas coletoras solares e um reservatório de água chamado Boiler.
É de responsabilidade das placas a absorção da radiação solar. A
energia absorvida pelas placas é transferida, na forma de calor, para a água
que circula dentro das tubulações de cobre.
O reservatório térmico é um recipiente cilíndrico de cobre ou aço,
isolados termicamente, para evitar o máximo de perdas de calor pelo processo
de condução térmica, e sua função é armazenar a água quente, fazendo com
que a água esteja aquecida para qualquer hora de uso.
A função da caixa de água fria é alimentar o reservatório, para que ele
sempre fique cheio.
É por termossifão que a água circula entre os coletores e o reservatório.
Na termossifão, a água dos coletores é mais quente e menos densa que
a água do reservatório, como a água fria é mais densa, empurra a água quente
para o reservatório, causando a circulação.
Nesta etapa do projeto os alunos poderão recordar conceitos físicos de
termodinâmica sobre os processos de transmissão de calor como condução
térmica, termossifão e irradiação.
Os alunos assistirão ao vídeo Aquecedor Solar de Água que está no
endereço
http://www.geografia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10082
e após uma pesquisa responderão:
1) Quais os tipos de processos de transmissão de calor?
Condução térmica, irradiação e correntes de convecção.
2) Como ocorre a condução térmica?
Consiste na propagação de calor no interior de um corpo sólido, aquecido
irregularmente ou entre corpos sólidos distintos em contato direto.
3) Como ocorre a irradiação?
O processo de transferência de calor denominado irradiação térmica é feito pelas
ondas eletromagnéticas, denominadas ondas de calor ou calor de radiante. Esse
processo ocorre tanto em determinados meios quanto no vácuo.
4) O que é termossifão?
É um processo de circulação de líquidos através de condutores, geralmente de
cobre, onde o líquido se move apenas pela diferença de densidade que ocorre
quando um líquido está quente ou frio.
5) O que é fluido?
São assim denominados os líquidos e os gases pelo fato de poderem se escoar
com grande facilidade.
6) O que é densidade?
Densidade de um corpo ou objeto como sendo a razão, isto é, o quociente entre a
massa do corpo e o seu volume.
5.7 – Atividade 7
Após os alunos terem conhecimento sobre os tipos de energia, suas
fontes e, tipos de usinas geradoras, bem como sobre o aquecedor solar, serão
divididos em quatro grupos, os quais deverão confeccionar maquetes e/ou
cartazes para uma exposição de seus trabalhos para a própria turma,
enfatizando os conceitos físicos abordados em cada trabalho.
5.8 – Atividade 8
Nesta atividade, cada aluno deverá trazer uma fatura da conta de luz
para analisarmos o custo/consumo de cada residência, comparando as que
utilizam chuveiro elétrico com as que fazem uso de aquecedores solares para a
água do banho. Aqui também será feito um cartaz para apresentação desta
comparação.
5.9 – Atividade 9
Como demonstração dos objetivos alcançados no desenvolvimento
deste projeto, os alunos do 3º ano do Ensino Médio, farão uma exposição de
seus trabalhos, para a comunidade escolar, em forma de Mostra Cultural de
Física, com o intuito de conscientizar a comunidade quanto ao consumo de
energia elétrica e fontes alternativas de geração de energia.
6 – AVALIAÇÃO
De acordo com as Diretrizes Curriculares da Educação Básica – Física
„a avaliação deve ter um caráter diversificado tanto qualitativo quanto do ponto
de vista instrumental‟.
Neste aspecto vale lembrar que, se a aprendizagem foi significativa, o
aluno não deverá temer a avaliações, pois conseguiu assimilar os conceitos e
leis da física de formas diversificadas, por meio de leituras de textos científicos
ou não, textos informativos, construção de maquetes e/ou banners,
comparações entre informações, apresentação dos trabalhos para a
comunidade escolar.
Após passarem por todos esses processos os alunos retomarão o
questionário proposto na Atividade 1 para responderem, agora com
conhecimento sobre o assunto. Desta forma o professor terá subsídios para
referenciar se ouve aprendizagem e de que maneira ela estará inserida no
cotidiano desta comunidade.
7 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
De acordo com Moreira (1999), a aprendizagem significativa é um
processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se de maneira
substantiva (não literal) e não arbitrária, a um aspecto relevante da estrutura do
conhecimento do aluno.
Dessa maneira, os novos conhecimentos vão sendo incorporados aos
conhecimentos já adquiridos e esses vão se transformando em âncoras para
receberem sempre novos conceitos.
Esperamos realizar todas as atividades aqui propostas, uma vez que
cada uma delas, na ordem apresentadas, servirão de bagagem para as que
virão, assim como Ausubel afirma sobre a aprendizagem significativa, que são
necessárias âncoras para novos conhecimentos.
Moreira (1999) afirma que na teoria de Ausubel, essas âncoras são
consideradas como conceitos subsunçores que dão suporte a novos
conhecimentos, facilitando a compreensão das novas informações, o que dá
significado real ao conhecimento adquirido.
Conduzir as atividades de ensino com base na aprendizagem
significativa pode resultar em algo prazeroso ao aluno e ao mesmo tempo
evidenciar que a Física tem uma aplicação direta na evolução da humanidade.
Apresentamos como intenção maior que, ao término deste trabalho, os
alunos tenham, de forma prazerosa, por meio das atividades experimentais,
compreendido a aplicação da Física no cotidiano, bem como a sua evolução e
desta forma verificar que a Física é uma ciência em evolução (inacabada) que
busca melhorar a vida do cidadão, no que se diz respeito à qualidade de vida,
melhorias e benfeitorias para a humanidade.
8 – REFERÊNCIAS
ALMEIDA, Lucia Marina Alves de. Fronteiras da Globalização. São Paulo: Ática, 2012.
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