PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS … · DCNEM – Diretrizes ... professores e...
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática Ívina Carlos de Assis A GELADEIRA: UMA PROPOSTA DE ENSINO PARA TERMODINÂMICA. Belo Horizonte 2013
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática
Ívina Carlos de Assis
A GELADEIRA: UMA PROPOSTA DE ENSINO PARA TERMODINÂMICA.
Belo Horizonte
2013
Ívina Carlos de Assis
A GELADEIRA: UMA PROPOSTA DE ENSINO PARA TERMODINÂMICA.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
graduação da Pontifícia Universidade Católica
de Minas Gerais como requisito parcial para
obtenção do título de Mestre em Ensino de
Ciências e Matemática.
Orientador: Profª Drª Adriana Gomes Dickman
Belo Horizonte
2013
FICHA CATALOGRÁFICA
Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Assis, Ívina Carlos de
A848g A geladeira: uma proposta de ensino para termodinâmica / Ívina Carlos de
Assis. Belo Horizonte, 2013.
117f.: il.
Orientador: Adriana Gomes Dickman
Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática.
1. Termodinâmica – Estudo e ensino. 2. Física – Estudo e ensino. 3.
Refrigeradores. I. Dickman, Adriana Gomes. II. Pontifícia Universidade Católica
de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e
Matemática. III. Título.
CDU: 536.7
Ívina Carlos de Assis
A GELADEIRA: uma proposta de ensino para termodinâmica.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ensino de Ciências e Matemática.
__________________________________________________________
Adriana Gomes Dickman (Orientadora) – PUC Minas
__________________________________________________________
Helder de Figueirêdo e Paula - UFMG
__________________________________________________________
Maria Inês Martins – PUC Minas
Belo Horizonte, 01 de novembro de 2013.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, ao meu marido Michael, que, com todo seu carinho e
dedicação me apoiou durante todo o percurso de elaboração desse trabalho.
À minha orientadora e professora Adriana Gomes Dickman, meus eternos
agradecimentos; pelas valiosas contribuições e incentivos, lições de
comprometimento e dedicação...
Aos Professores do curso de mestrado por compartilharem suas experiências
e conhecimentos durante o curso de mestrado contribuindo para meu crescimento
pessoal e profissional.
À minha querida irmã Ivana, pelo incentivo, ajuda e carinho.
Aos meus alunos que participaram diretamente, tornando possível a execução
desta pesquisa;
Às bibliotecárias, pela ajuda e esclarecimentos;
Ao meu amado filho, Matheus Leônidas pela compreensão de não poder estar
a seu lado por diversos momentos em função da pesquisa;
Ao meu querido amigo João Paulo, que compartilhou e me ajudou nos
momentos difíceis;
A todos os familiares e amigos, por estarem ao meu lado e torcerem sempre
pelo meu sucesso;
Muito obrigada!
"A cada manhã eu quero renascer, eu quero refazer tudo, desaprender tudo, recomeçar a aprender tudo de novo. Eu queria olhar o
mundo com os olhos lavados de pureza e de inocência como um menino."
(Fernando Sabino)
RESUMO
Neste trabalho, apresentamos uma proposta de ensino de física térmica
dirigido a professores do Ensino Médio, no qual integramos a utilização de novas
tecnologias ao uso de textos e experimentos. O trabalho foi desenvolvido com 32
alunos de uma turma de segundo ano de uma escola estadual de Ipatinga e,
buscamos concretizar uma proposta de valorizar fenômenos do cotidiano, a
tecnologia, os conhecimentos produzidos pela física contemporânea e a relação da
física com outras disciplinas. As atividades foram desenvolvidas baseadas nos três
momentos pedagógicos de Delizoicov: Problematização inicial, Organização do
conhecimento e Aplicação do conhecimento. Nas atividades iniciais problematizam-
se situações ou fenômenos familiares aos alunos. Na organização do conhecimento
trabalha-se uma simulação juntamente com alguns textos como forma de estudar e
obter os conhecimentos necessários para a compreensão do tema. Na aplicação do
conhecimento os conceitos são sistematizados através de alguns experimentos e
atividades. O produto educacional é um material didático composto por um caderno
de atividades que permite trabalhar a geladeira e seu funcionamento juntamente
com conteúdos informativos. O material tem por principal objetivo auxiliar o professor
no conteúdo, possibilitando aulas mais contextualizadas, ilustradas e interessantes.
Palavras – chave: Ensino de física. Refrigerador doméstico. Momentos
pedagógicos.
ABSTRACT
In this work we elaborate a proposal for teaching thermodynamics at High
school level, integrating technologies with activities such as text reading and
experiments, allowing the teacher to prepare more contextualized classes. The
educational product is a didactic material consisting of activities and texts, which
allow students to understand topics of thermodynamics through the study of the
kitchen refrigerator. The aim of this work is to value everyday phenomena,
technology, contemporary physics knowledge and the relationship between physics
and other fields. The activities developed were based on the three pedagogical
moments of Delizoicov: Inicial problematization, Knowledge organization and
Knowledge application. The activities start with the discussion of situations or
phenomena familiar to the students. In the second moment, texts and computer
simulations elucidate the physics contents related to the refrigerator’s functioning. In
the knowledge application, concepts are systematized through experiments and
activities. The proposal was applied to 32 High school students at a public school in
Ipatinga (MG). The data collected via a questionnaire indicate a positive result, since
the majority of the students have assimilated information and concepts discussed
during class.
Keywords: Physics education. Refrigerator. Pedagogical moments of
Delizoicov.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - ANIMAÇÃO - A GELADEIRA ...................................................... 58
FIGURA 2- ANIMAÇÃO- A GELADEIRA ........................................................ 60
FIGURA 3 – INTRODUÇÃO- A GELADEIRA ................................................. 61
FIGURA 4 - MINHAS ANOTAÇÕES ............................................................... 61
FIGURA 5 – A GELADEIRA ........................................................................... 62
FIGURA 6 – ETAPAS DE FUNCIONAMENTO ............................................... 63
FIGURA 7 – ECONOMIZANDO ENERGIA ..................................................... 64
FIGURA 8 – ESQUEMA DA PRÁTICA ........................................................... 66
FIGURA 9 – DIAGRAMA DA ESTRUTURA DE UM REFRIGERADOR ......... 70
FIGURA 10 – ESQUEMA DA GELADEIRA .................................................... 76
FIGURA 11– CICLO DE UM REFRIGERADOR ............................................. 77
FIGURA 12 – DIAGRAMA PXV ...................................................................... 85
FIGURA 13 – EXPANSÃO ADIABÁTICA ....................................................... 88
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 – CLASSIFICAÇÃO DO OBJETO DE APRENDIZAGEM (OA) ... 40
QUADRO 2- MOMENTOS PEDAGÓGICOS .................................................. 92
QUADRO 3 - PROBLEMATIZAÇÃO INICIAL ................................................. 92
QUADRO 4 - ORGANIZAÇÃO DO CONHECIMENTO ................................... 93
QUADRO 5 - APLICAÇÃO DO CONHECIMENTO ......................................... 94
QUADRO 6 – PERGUNTAS DO QUESTIONÁRIO PÓS-AULA ..................... 97
QUADRO 7 – CLASSIFICAÇÃO DAS OPINIÕES DOS ALUNOS SOBRE OS
ASSUNTOS DISCUTIDOS ............................................................................. 98
QUADRO 8– COMPARAÇÃO ENTRE PRÉ-TESTE E PÓS-TESTE............ 101
QUADRO 9 – TÓPICOS E HABILIDADES DO TEMA ESTRUTURADOR
CALOR, AMBIENTE E USOS DE ENERGIA ................................................ 113
QUADRO10 - DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDOS DE FÍSICA POR ANO .... 114
LISTA DE SIGLAS
CBC – Currículo Básico Comum
CNE/CEB – Conselho Nacional de Educação/Câmara de Educação Básica
CRV – Centro de Referência Virtual do Professor
DCNEM – Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
GREF – Grupo de Reelaboração do Ensino de Física
LDB – Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional
MEC – Ministério da Educação e Cultura
PAAE – Programa de Avaliação da Aprendizagem Escolar
PCN – Parâmetros Curriculares Nacionais
PCNEM – Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
PROEB – Programa de Avaliação da Educação Básica
OA – Objeto de Aprendizagem
SEE – Secretaria do Estado de Educação
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 14
1.1. A FÍSICA NO ENSINO MÉDIO ............................................................... 15
1.2. FÍSICA PARA TODOS ............................................................................ 17
1.3. TEMA GERADOR ................................................................................... 18
1.4. TRÊS MOMENTOS PEDAGÓGICOS DE DELIZOICOV ........................ 19
1.4.1 Ensino de ciências de acordo com Delizoicov ....................................... 20
1.4.2 Momentos pedagógicos de Delizoicov ................................................... 21
1.4.3 Aproximações com o pensamento pedagógico de Paulo Freire. ........... 23
1.5. PROPOSTAS DE ENSINO DE FÍSICA POR MEIO DA
PROBLEMATIZAÇÃO DO COTIDIANO ........................................................ 25
1.5.1 Nossa proposta ...................................................................................... 28
2. ELABORAÇÃO DO PRODUTO .............................................................. 30
2.1. CONTEÚDOS ABORDADOS NO ROTEIRO DE ATIVIDADES ............. 30
2.1.1.Diretrizes norteadoras ............................................................................ 30
2.1.2 Critério para a seleção do problematizador ........................................... 33
2.1.3 Conteúdos selecionados ........................................................................ 36
2.2. CRITÉRIO DE ESCOLHA DA ANIMAÇÃO ............................................ 38
2.3. QUESTIONÁRIO DE SONDAGEM DO PROFESSOR ........................... 41
2.3.1 Elaboração do questionário ................................................................... 41
2.3.2. Perfil dos entrevistados ......................................................................... 41
2.3.3 Sobre o conteúdo Termodinâmica ......................................................... 42
2.4. ELABORAÇÃO DO PRODUTO .............................................................. 46
2.4.1 Elaboração do caderno de atividades .................................................... 46
2.4.2. A proposta de roteiros de atividades ..................................................... 47
2.5. SUGESTÃO DE APLICAÇÃO DO PRODUTO ....................................... 48
3. PRODUTO EDUCACIONAL ................................................................... 51
PRODUTO EDUCACIONAL .......................................................................... 52
A GELADEIRA ............................................................................................... 52
APRESENTAÇÃO .......................................................................................... 54
3.1. PROBLEMATIZAÇÃO INICIAL: O QUE VOCÊ SABE SOBRE A
GELADEIRA? ................................................................................................ 55
3.2. ORGANIZAÇÃO DO CONHECIMENTO: ENTENDENDO A
TERMODINÂMICA DA GELADEIRA ............................................................. 56
3.2.1 Animação ............................................................................................... 56
3.3. APLICAÇÃO DO CONHECIMENTO: AMPLIANDO OS
CONHECIMENTOS SOBRE A GELADEIRA ................................................. 64
3.3.1 Roteiro de atividades ............................................................................. 65
3.4. TEXTOS INFORMATIVOS ...................................................................... 72
3.4.1 Máquinas térmicas: aspectos históricos ................................................ 72
3.4.2 Uma síntese do funcionamento de um refrigerador doméstico .............. 75
3.4.3 O que a geladeira tem? ......................................................................... 80
3.4.4 A Primeira Lei da Termodinâmica, potência e perdas térmicas. ............ 84
3.4.5 A segunda Lei da Termodinâmica ......................................................... 86
3.4.6 Expansões adiabáticas e mudanças de temperatura ............................ 87
3.4.7 Gás de geladeira ainda preocupa o Ministério do Meio Ambiente ......... 89
4. APLICAÇÃO DO PRODUTO .................................................................. 91
4.1. PERFIL DA POPULAÇÃO ...................................................................... 91
4.2. APLICAÇÃO DO PRODUTO EDUCACIONAL....................................... 91
4.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS .............................................................. 94
4.3.1 Pré-teste: Problematização inicial .......................................................... 94
4.3.2 Pós-teste ................................................................................................ 96
4.3.3 Dados do questionário pós-aula ............................................................ 97
4.4. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ....................................................... 100
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................. 102
REFERÊNCIAS ............................................................................................ 105
APÊNDICE A – QUESTIONÁRIO DE SONDAGEM .................................... 108
APÊNDICE B – TEMA ESTRUTURADOR: CALOR E MOVIMENTO ......... 112
APÊNDICE C – READEQUAÇÃO DO CBC DE FÍSICA À ESTRUTURA
CURRICULAR .............................................................................................. 114
APÊNDICE D – QUESTIONÁRIO PÓS-AULA ............................................ 117
14
1. INTRODUÇÃO
Um ensino de qualidade que busca formar cidadãos capazes de interferir
criticamente na realidade para transformá-la deve também contemplar o
desenvolvimento de capacidades que possibilitem adaptações às complexas
condições e alternativas de trabalho atuais e a lidar com a rapidez na produção e na
circulação de novos conhecimentos e informações, que têm sido avassaladora e
crescente. A formação escolar deve possibilitar aos alunos condições para
desenvolver competências e consciência profissional, mas não se restringir ao
ensino de habilidades imediatamente demandadas pelo mercado de trabalho
(BRASIL, 1996, p. 34).
A ideia de ensino que enfatiza a construção do conhecimento remete os
professores a refletirem sua prática em sala de aula e como uma aula deve ser
estruturada. Para o Ensino Médio, os PCN (Brasil, 2000) têm como objetivo:
A formação da pessoa, de maneira a desenvolver valores e competências
necessárias à integração de seu projeto individual ao projeto da sociedade em que
se situa;
O aprimoramento do educando como pessoa humana, incluindo a formação
ética e o desenvolvimento de autonomia intelectual e do pensamento crítico;
A preparação e a orientação básicas para sua integração ao mundo do
trabalho, com as competências que garantam seu aprimoramento profissional e
permitam acompanhar as mudanças que caracterizam a produção de nosso tempo;
O desenvolvimento das competências para continuar aprendendo, de forma
autônoma e crítica em níveis mais complexos de estudos.
Se um dos enfoques dos PCN é a formação cidadã, a escola deve englobar
questões sociais e problemas cotidianos do educando para que os objetivos de
educação previstos nos Parâmetros sejam atingidos. É possível que, ao trabalhar
situações do dia-a-dia em sala de aula, buscando o conhecimento científico para
explicá-las, o aluno seja mais capaz de relacionar o conhecimento científico com sua
vida.
Os Parâmetros Curriculares Nacionais não são regras impostas para dizer o que os professores devem ou não fazer. Muito menos podem ser chamados de proposta curricular ou programa curricular. São parâmetros que podem proporcionar subsídios para melhorar a educação, apontando e sugerindo possibilidades de trabalho, levando os profissionais da educação,
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professores e comunidade escolar a refletir sobre o porquê e para quê ensinar. (LOBATO, 2005, p7).
Os PCN são o resultado de estudos dos sistemas educacionais - municipais
ou estaduais - e de dados de pesquisas realizadas nas escolas brasileiras sobre o
desempenho dos alunos e as práticas pedagógicas dos professores. Para maioria
dos educadores a escola atual encontra-se em debates intensos sobre o que
ensinar, por que ensinar e como ensinar. Os PCN trazem a importante ideia de que
o papel da escola está além das informações, uma vez que os meios de
comunicação atuais cumprem melhor essa tarefa.
1.1. A física no ensino médio
O processo de ensino e aprendizagem da física tem sido alvo de estudo e
discussão por parte dos pesquisadores no que se refere às dificuldades e os
problemas relacionados ao seu ensino nas escolas. Essa dificuldade na visão de
Delizoicov (2002) está relacionada à maneira como a física vem sendo abordada na
sala de aula pela maioria dos professores, cuja ação tem se restringido, muitas
vezes, por atividades voltadas para apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de
maneira desarticulada e distante da realidade do aluno. De acordo com os dados
coletados por meio de um questionário de sondagem, sobre como o conteúdo de
termodinâmica é ensinado em sala de aula, aplicado em uma escola pública de
Ensino Médio de Ipatinga, percebe-se que o ensino da termodinâmica ainda
acontece de forma bastante tradicional. Resume-se na maioria das vezes ao uso do
livro didático e resolução de uma lista de problemas e exercícios, quer
especialmente preparada, quer simplesmente retirada do livro texto adotado.
Os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2000) ressaltam que a
aprendizagem na área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias
implica na compreensão e utilização dos conhecimentos científicos, para explicar o
funcionamento do mundo, bem como planejar, executar e avaliar ações de
intervenção na realidade. De acordo com os PCN,
É importante que os métodos de ensino sejam modificados, capacitando o aluno a responder a perguntas e a procurar as informações necessárias, para utilizá-las nos contextos em que forem solicitadas. Na escola, uma das características mais importantes do processo de aprendizagem é a atitude reflexiva e autocrítica diante dos possíveis erros. Essa forma de ensino
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auxilia na formação das estruturas de raciocínio, necessárias para uma aprendizagem efetiva, que permita ao aluno gerenciar os conhecimentos adquiridos (BRASIL, 2006, p.45).
As Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares
Nacionais (BRASIL, 2006) introduzem o seguinte questionamento: “Mas o que dizer
ao professor que reclama do desinteresse de seus alunos em aprender Física?”
Pode-se apontar como uma das causas dessa situação a artificialidade dos
problemas tratados pela Física escolar.
O vasto conhecimento de Física, acumulado ao longo da história da
humanidade, não pode estar todo presente na escola média. Será necessário
sempre fazer escolhas em relação ao que é mais importante ou fundamental,
estabelecendo para isso referências apropriadas. A seleção desse conhecimento
tem sido feita, tradicionalmente, em termos de conceitos considerados centrais em
áreas de fenômenos de natureza física diferentes, delimitando os conteúdos de
Mecânica, Termologia, Óptica e Eletromagnetismo a serem abordados. Isso resulta,
quase sempre, em uma seleção tal que os índices dos livros didáticos de ensino
médio se tornam, na verdade, versão abreviada daqueles utilizados nos cursos de
física básica do ensino superior, ou uma versão um pouco mais estendida dos que
vinham sendo utilizados no nono ano do ensino fundamental. Nessas propostas, os
critérios de seleção para definir os conteúdos a serem trabalhados, na maior parte
das vezes, restringem-se ao conhecimento e à estrutura da Física, sem levar em
conta o sentido mais amplo da formação desejada. E a Física Moderna e
Contemporânea? Tem espaço nesse conteúdo delimitado? Alguns aspectos da
chamada Física Moderna e Contemporânea mostram-se indispensáveis para
permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se
constitui a matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais,
cristais líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o
desenvolvimento da eletrônica, dos circuitos integrados e dos microprocessadores. A
compreensão dos modelos para a constituição da matéria deve, ainda, incluir as
interações no núcleo dos átomos e os modelos que a ciência hoje propõe para um
mundo povoado de partículas. Mas será também indispensável ir mais além,
aprendendo a identificar, lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos. Ou
seja, o estudo de matéria e radiação indica um tema capaz de organizar as
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competências relacionadas à compreensão do mundo material microscópico
(BRASIL, 2006).
Não se trata de apresentar ao jovem a Física para que ele simplesmente seja
informado de sua existência ou siga a carreira de cientista, mas para que esse
conhecimento se transforme em uma ferramenta a mais em suas formas de pensar e
agir.
Dessa forma, este trabalho tem a intenção de colaborar para construção de
metodologias que explorem tópicos de física relacionados com o tema
“termodinâmica” através de uma abordagem crítica e investigativa, voltada para o
cotidiano do aluno. A escolha do tema baseou-se na vontade de melhorar a
metodologia do ensino da física, especificamente da termodinâmica, que por muitas
vezes é explicada de uma forma descontextualizada e sem nenhum sentido para o
aluno.
1.2. Física para todos
Segundo Delizoicov (2011) o desafio de pôr o saber científico ao alcance de
um público escolar representado, pela primeira vez em nossa história, por todos os
segmentos sociais e com maioria expressiva oriunda das classes e culturas que até
então não frequentaram a escola, salvo exceções, não pode ser enfrentado com as
mesmas práticas docentes das décadas anteriores ou da escola de poucos e para
poucos. A razão disso é que não só o contingente estudantil aumentou, mas
também porque a socialização, as formas de expressão, as crenças, os valores, as
expectativas e a contextualização social e familiar dos alunos são outros.
Os educadores devem estar atentos a essas mudanças para que de fato
possam promover um ensino de qualidade. Trazer o mundo externo para dentro da
escola, possibilitar o acesso a novas formas de compreendê-lo, as suas questões
candentes, faz parte dessa alimentação. Propiciar o novo em física é trazer para o
ambiente escolar as notícias do jornal, a novidade da internet; é visitar museus e
exposições de divulgação científica e promover projetos com temas significativos.
Partir de temas significativos e apresentar os conhecimentos como processuais, históricos, portadores de procedimentos é resultado de ações e possibilita ações e explicações, tornando seu aprendizado uma forma de conquista pessoal e coletiva de uma vida melhor (DELIZOICOV, 2011, p. 154).
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Segundo Delizoicov (2003), deve-se avaliar com profundidade a forte crítica
aos cursos de física, considerados distantes demais ou mesmo desligados dos
fenômenos e das situações que constituem o universo dos alunos. Esforços recentes
de se trabalhar os mesmos conteúdos mais vinculados àquele universo mostram
que, neste nível de ensino, é possível, como será visto nessa dissertação, uma
efetiva aproximação entre as abstrações do conhecimento científico e a
possibilidade de sua aplicação em situações reais e concretas.
Você prepara bem sua aula, organiza o material e as atividades, explica o
conteúdo numa lógica do mais fácil para o mais difícil, busca exemplos do cotidiano,
busca outros recursos como vídeo e laboratório e se tiver um bom ”domínio de
classe” e/ou condições favoráveis de turma e de escola, vai conseguir cumprir o que
é planejado. Após a primeira avaliação, o fracasso: os alunos erram questões
óbvias, muitos respondem de uma forma que mostra que não sabem ler e nem
entender a questão proposta. Tantas vezes repetir uma informação em sala de aula,
indicar exercícios e explicar de diferentes formas não é o suficiente para garantir o
aprendizado. E o que de fato aproveita-se do conhecimento que o aluno foi obrigado
a estudar na escola? O que é lembrado tem utilidade para suas vidas? E o que de
fato eles aprendem na aula?
Segundo Delizoicov (2011) muitas vezes o professor esquece-se do aluno,
empolga-se com o próprio processo, fala sozinho, sem nem sequer olhar para
turma,quando no fundo, o que dá sentido a presença do professor em sala de aula é
ver o aluno aprender, crescer e descobrir novos mundos. E então? Talvez o primeiro
ponto seja reconhecer que o aluno é sujeito do conhecimento e não alguém que
sofre ou recebe uma ação. Não há como ensinar a quem não quer aprender. O
segundo ponto é que a aprendizagem só se constrói em uma interação entre o
sujeito (aluno) e o meio que o cerca.
1.3. Tema gerador
O tema gerador tem suas bases teóricas na pedagogia de Paulo Freire. No
começo dos anos de 1960, Paulo Freire levantou uma questão fundamental para a
educação: a importância de se trabalhar com temas significativos para os alunos. Foi
na área da alfabetização que Freire passou a disseminar a proposta dos Temas
19
Geradores, à medida que, em sua própria prática alfabetizadora buscava subsídios
na realidade sociocultural do grupo com o qual trabalhava, fazendo inicialmente uma
investigação do universo vocabular dos educandos.
Segundo o autor, no livro Pedagogia do Oprimido (FREIRE, 1987), “a escola
pode deixar de ser campo de reprodução para ser agente de transformação da
realidade".
Segundo Delizoicov (2011), os temas geradores foram idealizados como um
objeto de estudo que compreende o fazer e o pensar, o agir e o refletir, a teoria e a
prática, pressupondo um estudo da realidade em que emerge uma rede de relações
entre situações significativas individual, social e histórica, assim como uma rede de
relações que orienta a discussão, interpretação e representação dessa realidade.
Por sua natureza, os temas geradores têm como princípios básicos: uma
visão de totalidade e abrangência da realidade, a ruptura do conhecimento no nível
do senso comum, a adoção do diálogo como sua essência, a exigência do educador
com uma postura de crítica e problematização constante, apontar para participação,
discutindo no coletivo.
1.4. Três momentos pedagógicos de Delizoicov
Este trabalho é fundamentado nos três momentos pedagógicos de Demétrio
Delizoicov1, para quem a Física vem sendo abordada de maneira desarticulada e
distante da realidade do aluno. Como afirma:
“Há uma preocupação com a sequência, mas não com a relevância do conteúdo que vamos ensinar. Consideramos que a relevância está previamente estabelecida pelo próprio conteúdo que se ensina. A presença da ciência e tecnologia no mundo contemporâneo parece, por si só, justificar a necessidade de seu ensino, ainda que os conteúdos escolares não tratem de seu papel atual” (DELIZOICOV, 2011, p.124).
É a partir do conhecimento prévio dos educandos que o professor deve iniciar
a sua atividade docente. Delizoicov (2005) afirma que:
1 É graduado em licenciatura em Física pela Universidade de São Paulo (1973) e possui
doutorado em Educação pela Universidade de São Paulo (1991). Sua linha de pesquisa é voltada para a formação de professores, epistemologia e ensino de ciências da natureza na educação fundamental das séries iniciais.
20
“É para problematizar o conhecimento já construído pelo aluno que ele deve ser apreendido pelo professor; para aguçar as contradições e localizar as limitações desse conhecimento, quando cotejado com o conhecimento científico, com a finalidade de propiciar um distanciamento crítico do educando ao se defrontar com o conhecimento que ele já possui e, ao mesmo tempo, propiciar a alternativa de apreensão do conhecimento científico” (DELIZOICOV, 2005, p. 132).
1.4.1 Ensino de ciências de acordo com Delizoicov
Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2011), refletem sobre o ensino de ciências.
O livro destina-se aos docentes que atuam nos cursos de formação de professores
de Ciências da Natureza, Física, Química, Biologia e afins, e aos que lecionam a
disciplina de Ciências no Ensino Fundamental. A sua obra é recomendada também
aos professores responsáveis pelas disciplinas de caráter pedagógico mais amplo,
fornecendo-lhes informações sobre pesquisas no ensino de Ciências, além de
realizar um trabalho articulado na melhoria da formação de professores nessa área.
Uma de suas propostas se dá no sentido de desmistificar o conceito de que a
Ciência é só para os cientistas. Assim, o livro trabalha sobre a necessidade de
elaboração de um conhecimento científico que se aproxime da produção
contemporânea, levando em conta a sua relação com outras áreas do
conhecimento, sua relevância social e sua produção histórica.
O livro está organizado em seis partes, cada parte dividida em dois capítulos.
No primeiro, um texto elaborado tanto para alunos como para professores dos
cursos de formação, trabalha os pontos fundamentais e eixos básicos para a
formação e atuação docente. No segundo, são apresentadas as propostas.
Os temas desenvolvidos são “Educação em Ciências e Prática Docente”,
“Ciência e Ciências na Escola”, “Aluno, Conhecimentos Escolares e Não escolares”,
“Abordagem de Temas em Sala de Aula”, “Temas de Ensino e a Escola” e “Temas
para Estudo e Bibliografia” que, apesar de estarem interligados, podem ser lidos
independentemente, de acordo com alguma demanda específica, uma vez que cada
tema aborda algum aspecto de uma concepção para o Ensino de Ciências.
Entretanto, é bom explicitar que o conjunto total oferece uma visão estruturada
dessa concepção. O livro também mostra exemplos de como alguns temas podem
ser abordados através do uso dos três momentos pedagógicos.
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No livro Física, Delizoicov e Angotti (2003) apresentam como principal
objetivo contribuir para a melhoria da qualidade do ensino ministrado na escola de
Ensino Médio através da formação do professor que exerce suas funções nesse
nível de ensino.
A proposta do livro se consubstancia em um texto introdutório, a partir do qual
se desdobram e desenvolvem-se as unidades e tópicos do programa. O texto
introdutório tem como tema Produção, distribuição e consumo de energia elétrica,
em torno do qual são trabalhados em profundidade conhecimentos básicos da
Física. O livro apresenta textos para os alunos e um bloco de orientações para o
professor. A seguir, desdobra-se o tema em seis unidades, em que o professor de
Física é orientado a trabalhar em profundidade o programa de Física. Privilegiam-se
as grandezas, associadas a princípios de conservação, enfatizando as
transformações e as invariâncias em todos os tópicos. O programa se desdobra em:
Queda d’água, Ciclo da água, Energia elétrica, Geradores e dínamos e Transporte
de energia. Em cada unidade apresentam-se três tópicos, sendo um do domínio da
Física, outro da Química, outro da Biologia, com orientações para se trabalhar com
os três momentos pedagógicos, sugestões de atividades e leituras recomendadas. O
livro contém uma proposta de ensino de física para o Ensino Médio, que contempla
aspectos metodológicos associados ao desenvolvimento dos conteúdos.
1.4.2 Momentos pedagógicos de Delizoicov
Com a publicação ao final dos anos 1980 dos livros Metodologia do ensino de
ciências (DELIZOICOV; ANGOTTI, 1994) e Física (DELIZOICOV; ANGOTTI, 1992),
a dinâmica didático-pedagógica fundamentada pela perspectiva de uma abordagem
temática (DELIZOICOV; ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2002), conhecida como os “três
momentos pedagógicos” passa a ser disseminada. A seguir discutem-se brevemente
os três momentos pedagógicos:
Problematização inicial
Apresentam-se questões ou situações reais que os alunos conhecem e
presenciam e que estão envolvidas nos temas. Nesse momento pedagógico, os
alunos são desafiados a expor o que pensam sobre as situações, a fim de que o
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professor possa ir conhecendo o que sabem. Para os autores, a finalidade desse
momento é propiciar um distanciamento crítico do aluno ao se defrontar com as
interpretações das situações propostas para discussão e fazer com que sinta a
necessidade da aquisição de outros conhecimentos que ainda não detém.
Neste primeiro momento, caracterizado pela apreensão e compreensão da
posição dos alunos ante as questões em pauta, a função do professor concentra-se
mais em questionar posicionamentos e lançar dúvidas sobre o assunto do que
responder ou fornecer explicações. Como exemplo, neste trabalho utiliza-se um
texto introdutório seguido de alguns questionamentos que servem como meio de
problematizar o assunto.
De acordo com Delizoicov (2003) a problematização inicial poderá ocorrer
pelo menos em dois sentidos. Por um lado, o aluno poderá ter noção sobre as
questões colocadas, fruto da sua aprendizagem anterior na escola ou fora dela. As
noções poderão ou não estar de acordo com as teorias e as explicações da Física,
representando o que se tem chamado de “concepções alternativas” ou “conceitos
espontâneos” dos alunos. A discussão problematizada permite o surgimento dessas
concepções. Por outro lado, a problematização possibilita que o aluno sinta
necessidade da aquisição de outros conhecimentos que ainda não detém; ou seja, a
situação ou questão se configura como um problema a ser resolvido. Daí a
importância de se problematizarem questões e situações.
Organização do conhecimento
Neste momento, sob a orientação do professor, os conhecimentos
necessários para a compreensão dos temas e da problematização inicial são
estudados. As mais variadas atividades são empregadas, de modo que o professor
possa desenvolver a conceituação identificada como fundamental para uma
compreensão científica das situações problematizadas. É a fase de cumprimento de
expectativas. O professor percebe as habilidades e informações necessárias para
dar conta das questões inicialmente colocadas e propõe atividades que permitam a
sua conquista. Aqui predomina a fala do organizador sem perder de vista a fala do
outro. Definições, conceitos, relações, leis para a compreensão da problematização
inicial serão agora aprofundados. Do ponto de vista metodológico cabem as
atividades mais diversas (exposição pelo professor a respeito do assunto,
23
formulação de questões, texto previamente preparado para seu desenvolvimento em
discussões coordenadas pelo professor, trabalho extraclasse, revisão de aspectos
fundamentais de cada texto, experiências e simulações). Como exemplo, neste
trabalho utiliza-se uma simulação a respeito da geladeira, textos informativos,
exposição do conteúdo pelo professor e questionamentos durante a apresentação
da simulação como forma de organizar o conhecimento.
Aplicação do conhecimento
A aplicação do conhecimento é o momento voltado para abordar de forma
sistematizada o conhecimento adquirido pelo aluno, para analisar e interpretar as
situações da problematização inicial e outras que possam ser entendidas pelo
mesmo conhecimento. Do mesmo modo que no momento anterior, as mais diversas
atividades devem ser desenvolvidas, buscando a generalização da conceituação
abordada e até mesmo formulando os chamados problemas abertos.
Essa metodologia parte do pressuposto da centralidade e da autonomia do
aluno no processo de aprendizagem e apresenta como principais características a
integração de conteúdos disciplinares estruturados sempre no contexto de um
problema orientado para a discussão e resolução em grupo. É quando associa-se a
fala do outro com a fala do organizador permitindo a síntese entre as diferentes
visões de mundo.Neste momento uma fala não predomina sobre a outra e sim
reforçam os instrumentos apreendidos.Como exemplo, neste trabalho utilizam-se
diversas atividades e experimentos como forma de aplicar o conhecimento.Segundo
Delizoicov(2002), a aplicação do conhecimento:
“Destina-se, sobretudo a abordar sistematicamente o conhecimento que vem sendo incorporado para analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinaram seu estudo como outras situações que, embora não estejam diretamente ligadas ao motivo inicial, podem ser compreendidas pelo mesmo conhecimento” (DELIZOICOV et al., 2002: p.202).
1.4.3 Aproximações com o pensamento pedagógico de Paulo Freire.
As posições defendidas por Paulo Freire (2004) instigam os educadores para
o vivenciamento de uma postura fundamentada no compromisso em ajudar as
pessoas a desenvolver seu potencial humano e não simplesmente treiná-las para a
24
adaptação na sociedade. A propósito, encontra-se presente no senso comum
pedagógico uma visão que algumas vezes se manifesta com expressões do tipo "é
necessário ensinar aquilo que os alunos realmente precisam para a vida".
Freire (1987) enfatiza a necessidade de o professor identificar o
conhecimento de senso comum dos alunos, possibilitando assim a articulação do
conhecimento com base nos temas geradores. É a partir desses temas geradores
que o conteúdo programático se constrói; desse modo, o conteúdo passa a ter
relação direta com o cotidiano dos educandos, pois:
(...) o tema gerador não se encontra nos homens isolados da realidade, nem tampouco na realidade separada dos homens. Só pode ser compreendido nas relações homens-mundo. Investigar o “tema gerador” é investigar, repitamos o pensar dos homens referindo à realidade, é investigar seu atuar sobre a realidade que é sua práxis (FREIRE, 1987, p. 56).
O processo de problematização tem como objetivo a elaboração de um
conteúdo programático baseado no cotidiano dos alunos que possibilita a
aprendizagem. Delizoicov (1983) sintetiza a dinâmica problematizadora proposta por
Freire em cinco etapas: 1. Levantamento preliminar; 2. Escolha das situações
significativas; 3. Seleção dos temas geradores; 4. Redução temática; 5. Aula do
professor.
O Levantamento preliminar é a primeira aproximação com os alunos,
momento em que se inicia o diálogo. Nessa fase, buscam-se dados e informações
tanto na realidade escolar como na realidade dos alunos mediante conversas
informais, entrevistas, documentos escolares. A análise dos dados coletados deve
visar as contradições explicitadas pelos alunos, são nelas que se encontram as
situações significativas. A chave está em perceber os limites explicativos dos alunos,
as diferentes interpretações, a forma de compreender e de atuar na realidade vivida.
A seleção dos temas geradores se baseia na escolha das situações
significativas. Devem-se considerar os limites da explicação que os alunos dão para
tais situações, o entendimento do professor sobre elas e como os temas se refletem
no contexto da comunidade. Uma única situação significativa pode ser elevada a
tema gerador desde que seja abrangente e ampla o suficiente para despertar as
contradições necessárias. Nesse sentido, é que se concretiza o processo de
redução temática.
25
Após a elaboração completa do conteúdo programático é que a quinta etapa
começa: a aula do professor propriamente dita. Para isso o professor deve construir
uma rede conceitual contendo os conceitos, leis e teorias físicas necessárias para o
entendimento do problema inicial, isso não significa que durante as aulas a rede
conceitual não sofrerá mudanças. Se durante as aulas os alunos colocarem novas
questões sobre os assuntos discutidos o professor deve conduzir as aulas de
maneira a buscar, junto com os alunos, a resposta para essas questões. Uma
possibilidade de estabelecer uma dinâmica docente que contemple os aspectos da
educação problematizadora apresentados até aqui são os Momentos Pedagógicos.
1.5. Propostas de ensino de física por meio da problematização do cotidiano
Nesse contexto, considerando a abordagem deste trabalho, foi realizado um
levantamento bibliográfico de publicações científicas referentes ao ensino de Física
por meio de problematização do cotidiano, buscando apresentar diferentes enfoques
e metodologias sobre o tema.
Menezes (2009) apresenta uma proposta de ensino de física em um projeto
de construção de um aquecedor solar de baixo custo com materiais recicláveis
através de uma abordagem temática dos conhecimentos, que consiste em
desenvolver a conceituação e a aprendizagem através de temas geradores,
organizados em três momentos pedagógicos. Conceitos de Física como calor,
capacidade térmica, calor específico, processos de transferência de calor em
substâncias, efeito estufa, influência das cores na absorção da radiação solar
puderam ser abordados durante a realização do projeto. Os alunos realizaram uma
investigação e construíram um aquecedor solar durante as aulas de Física e
também realizaram um seminário para seus colegas e professores apresentando os
conceitos apreendidos e os resultados das medidas da temperatura da água.
Conclui-se que o contexto da produção do aquecedor solar constituiu-se como um
ambiente favorável ao aprendizado permitindo ao professor atuar sobre os conceitos
físicos importantes de termologia, numa abordagem temática que incluiu situações
significativas aos alunos. Primeiro houve a discussão inicial, em pequenos grupos
com questões sobre a atual crise energética e o excessivo consumo e utilização de
energia proveniente de fontes não renováveis e poluidoras. Posteriormente foi
apresentada a situação problema que consistia na construção de um coletor solar.
26
Os alunos pesquisaram sobre construção e funcionamento do aquecedor (revistas,
periódicos, internet). Ao professor, coube organizar esse conhecimento pesquisado
e realizar uma exposição teórica acerca dos conceitos estudados. Enfim, na última
etapa os alunos são desafiados a utilizar os conceitos apreendidos na construção de
um aquecedor solar de baixo custo.
Ainda neste enfoque, Macêdo (2009) propõe uma metodologia de ensino
contextualizada no qual integra a utilização de novas tecnologias, apoiadas na
informática, em particular, a manipulação de simulações computacionais para o
ensino de temas selecionados do Eletromagnetismo. A escolha do tópico foi feita
com base no fato dos estudantes apresentarem muitas dificuldades na
aprendizagem dos conceitos relacionados a esta área da Física e considerando-se a
importância do assunto, principalmente devido a sua ligação com fenômenos
naturais e presença em equipamentos tecnológicos. As atividades foram
desenvolvidas baseadas nos momentos pedagógicos de Delizoicov. Nas atividades
iniciais problematizam-se situações ou fenômenos familiares aos estudantes. Na
organização do conhecimento, parte-se de uma discussão do fenômeno para chegar
aos conceitos específicos. Na aplicação do conhecimento os conceitos são
sistematizados e estendidos para situações que não foram abordadas nos
momentos iniciais. O Roteiro de Atividades é constituído de treze atividades sobre
circuitos elétricos simples e de oito atividades sobre ímãs, corrente elétrica e indução
eletromagnética. A maioria das atividades baseia-se nas simulações Kit para
construção de circuitos e Laboratório de Eletromagnetismo, ambas desenvolvidas
pelo projeto Tecnologia no Ensino de Física (PhET), da Universidade do Colorado
disponíveis gratuitamente on-line.
Klippel (2012) propõe em seu trabalho um material didático composto de um
caderno contendo oito textos informativos e um caderno com propostas de
atividades referentes a cada texto. A abordagem metodológica adotada para a
sequência de atividades propostas baseou-se nos três momentos pedagógicos de
Delizoicov. A proposta do produto educacional é auxiliar o professor na articulação
da física do corpo humano, possibilitando aulas mais contextualizadas. No trabalho é
relatado o processo de elaboração e aplicação do material didático, baseando-se
nos estudos das atividades fisiológicas do corpo humano e suas relações com os
fenômenos físicos. Para justificar a escolha do tema e obter dados que ajudassem
na elaboração do produto, foi aplicado um questionário de sondagem direcionado
27
aos professores de Física e em seguida, foi selecionado um texto e sua respectiva
sequência de atividades para trabalhar com os alunos, adotando como requisito para
coleta de dados a aplicação de um questionário pré-aula e pós-aula. A análise do
resultado da aplicação do produto educacional proposto indica uma melhor
percepção dos alunos entrevistados em relação à aplicação da Física no corpo
humano. A aplicação do produto educacional restringiu-se à aula de Física e
acredita-se que um planejamento em conjunto com o professor da disciplina de
Biologia poderia contribuir para potencializar as discussões, promovendo um
trabalho interdisciplinar.
Rebeque et al. (2009) também propõem problematizar o cotidiano dos alunos.
O trabalho apresenta resultados e discussões de pesquisa que têm como objetivo
identificar, analisar e discutir potencialidades da problematização do cotidiano dos
alunos, no ensino e aprendizagem de Física, considerando o desenvolvimento de
uma proposta educacional. Essa proposta educacional se baseia em duas
concepções de problematização destacadas por Delizoicov, uma embasada na
perspectiva de Bachelard, que defende a problematização como a gênese do
conhecimento e outra na perspectiva de Freire, com a exploração de temas
significativos, que envolvam contradições e proporcionem uma renovação dos
conteúdos programáticos. A pesquisa foi realizada no contexto de um minicurso
intitulado Física Cotidiana, realizado nos meses de agosto e setembro de 2008, com
alunos de Ensino Médio da Escola Estadual de Urubupungá, na cidade de Ilha
Solteira, estado de São Paulo.
Poglia e Steffani (2013) apresentaram uma proposta de ensino da física
térmica contextualizada e integrada à formação técnica tendo como objeto de estudo
equipamentos de refrigeração domésticos. Associada a uma ementa alternativa para
as escolas de nível médio, propõe-se um currículo integrado entre a formação
técnica e as disciplinas propedêuticas que favoreça um ensino potencialmente
significativo, atraente e diretamente relacionado com a formação profissional do
educando. A proposta tem como objetivo oferecer para professores de nível médio
um material didático significativo, que busca relacionar os conhecimentos de Física
com os produtos da tecnologia. Utiliza-se uma bancada didática como objeto
motivador de estudo, formada por um sistema de refrigeração doméstica, remontado
de maneira que os componentes são visíveis e possíveis de manipulação e leituras
de dados em atividades práticas guiadas e orientadas por material didático
28
previamente confeccionado na forma de apostilas, a ser usado juntamente com o
livro didático do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD).
Os autores concordam que uma abordagem contextualizada e de forma
interdisciplinar do conhecimento pode auxiliar no processo ensino/aprendizagem. A
contextualização favorece a motivação do aluno, por dar sentido àquilo que ele
aprende, fazendo com que relacione o que está sendo ensinado com sua
experiência cotidiana.
1.5.1 Nossa proposta
O foco desse trabalho é preparar um módulo didático dentro da
Termodinâmica, voltado para o cotidiano do aluno, pois como mencionado
anteriormente, um dos enfoques dos PCN é a formação cidadã. Assim, a escola
deve englobar questões sociais e problemas cotidianos do educando para que os
objetivos de educação previstos nos parâmetros sejam atingidos. É possível que, ao
trabalhar situações do dia-a-dia em sala de aula, buscando o conhecimento
científico para explicá-las, o aluno seja mais capaz de relacionar o conhecimento
científico com sua vida. O produto educacional proposto neste trabalho é estruturado
de forma que o tema seja desenvolvido segundo um modelo constituído pelas três
etapas baseadas nos Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov.
Na problematização inicial apresenta-se um texto sobre a geladeira e
questões relacionadas com a temática central para discussão com os alunos.
Durante esta discussão podem surgir também outras questões ou situações trazidas
pelos próprios alunos que servirão para enriquecer a discussão. O importante é
selecionar e investir naquelas que sejam realmente desafiadoras. A discussão deve
permitir que apareçam algumas ideias prévias dos alunos sobre o assunto a ser
tratado e fazer surgir no aluno a necessidade de buscar outros conhecimentos.
Na organização do conhecimento utiliza-se uma simulação (A geladeira)
como forma de reforçar o tema abordado, juntamente com perguntas que podem
ajudar na organização do conhecimento. Juntamente com a simulação são
trabalhados textos informativos que serão discutidos em sala de aula sob a
coordenação do professor. O professor deverá aproveitar o momento para expor o
conteúdo explorando especificamente: o funcionamento da geladeira, partes da
geladeira, primeira e segunda lei da termodinâmica, histórico dos refrigeradores,
29
expansão adiabática, trabalho, pressão, volume, temperatura de um gás, geladeira e
meio ambiente.
Na aplicação do conhecimento é importante rediscutir as questões da
problematização inicial. Sugere-se, também, a aplicação de dois experimentos que
reforçam o conceito de trabalho realizado pelo gás e sobre o gás e algumas outras
atividades que vão explorar a primeira lei da termodinâmica, a segunda lei da
termodinâmica e as trocas de calor.
Apesar de apresentar uma proposta de ensino de Física Térmica
contextualizada como Poglia e Steffani (2013), nosso trabalho é voltado para o
ensino médio básico, usa-se uma simulação e o referencial teórico são os três
momentos pedagógicos de Delizoicov. A proposta de Poglia e Steffani (2013) é
voltada para alunos de um curso técnico integrado em Refrigeração e Climatização,
usa-se uma bancada didática e o referencial teórico é representado pelas teorias da
aprendizagem significativa de Ausubel e da interação social de Vygotsky.
Essa dissertação é constituída por quatro capítulos. Na Introdução procura-se
refletir sobre a física no ensino médio, como está ocorrendo o processo de ensino e
aprendizagem, o papel do professor, o papel do aluno, os três momentos
pedagógicos de Delizoicov, o tema gerador e o que tem surgido de proposta de
ensino de física por meio da problematização do cotidiano.
No segundo capítulo, Elaboração do produto, apresenta-se os conteúdos
abordados em nosso roteiro de atividades, os critérios para seleção desses
conteúdos, as diretrizes norteadoras, a simulação utilizada, os critérios para a
escolha da simulação, o questionário de sondagem do professor, a elaboração do
produto, o roteiro de atividades e a sugestão de aplicação do produto.
No terceiro capítulo, O Produto Educacional, mostram-se os materiais
elaborados para criar momentos de aprendizagem de temas selecionados da
termodinâmica, tendo como base os três momentos pedagógicos.
No quarto capítulo, Aplicação do Produto, discute-se o processo de aplicação
do produto e análise dos dados obtidos por meio do questionário da problematização
inicial e questionário pós-aula aplicados aos alunos. Discutem-se e analisam-se os
dados dos questionários para testar nosso produto.
No quinto e último capítulo são apresentadas as considerações finais deste
trabalho, com perspectivas de futuras aplicações.
30
2. ELABORAÇÃO DO PRODUTO
Neste capítulo descrevem-se os critérios para seleção de conteúdo, os
conteúdos selecionados, critério da escolha da simulação, elaboração e sugestão de
aplicação do produto juntamente com os três momentos pedagógicos de Delizoicov
(Problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do
conhecimento). Inicia-se discutindo as diretrizes norteadoras de um currículo e como
essas diretrizes são contempladas na proposta apresentada neste trabalho. É
apresentado o questionário de sondagem do professor que contribui para uma
melhor elaboração do tema proposto pelo trabalho, também como forma de justificar
a elaboração do produto.
2.1. Conteúdos abordados no roteiro de atividades
As diretrizes norteadoras deste trabalho pertencem ao Conteúdo Básico
Comum (CBC, 2007). O CBC é a proposta curricular para o ensino nas escolas de
nível médio do Estado de Minas Gerais. No CBC procurou-se focalizar os elementos
da Física considerados essenciais na formação cultural-científica do cidadão dos
dias atuais, sugerindo uma abordagem mais fenomenológica, deixando para os anos
seguintes à abordagem mais dedutiva e quantitativa. Ele procura valorizar
fenômenos do cotidiano, a tecnologia, os conhecimentos produzidos pela física
contemporânea e a relação da física com outras disciplinas.
2.1.1.Diretrizes norteadoras
O sucesso do sistema escolar está associado ao conhecimento, às
habilidades e competências a serem adquiridos pelos alunos na educação básica,
bem como as metas a serem alcançadas pelo professor durante o ano. É no
contexto da LDB e dos PCN que em Minas Gerais surgem os Conteúdos Básicos
Comuns (CBC), ou seja, a definição dos conteúdos básicos comuns para os anos
finais do Ensino Fundamental e para o Ensino Médio. Eles expressam os aspectos
fundamentais de cada disciplina, que não podem deixar de ser ensinados e indicam
as habilidades e competências que o aluno não pode deixar de adquirir e
desenvolver. O CBC é a base para a elaboração da avaliação anual do Programa de
31
Avaliação da Educação Básica (PROEB) para o Programa de Avaliação da
Aprendizagem Escolar (PAAE) e para o estabelecimento de um plano de metas para
cada escola.
O CBC sugere a discussão de fenômenos mais comuns do cotidiano, que
podem ser apresentados a partir de experiências simples. Tais experiências
permitem estabelecer relações entre estes fenômenos naturais e alguns conceitos
fundamentais da Física. Um objetivo do CBC é promover a compreensão dessas
relações e da linguagem que a Física usa para descrever a realidade. Por isso o
CBC investe na compreensão do significado de alguns conceitos básicos como, por
exemplo, o conceito de energia, o uso de modelos e algumas formas de
representação de informações e relações entre conceitos. Ele passa por uma
revisão, em função do Reinventando o Ensino Médio e sua adequação torna-se
necessária, sobretudo em função da nova distribuição de carga horária destinada
aos Conteúdos Básicos, correspondentes aos Parâmetros Curriculares Nacionais.
No Apêndice C, está apresentada a proposta de reordenação de
Tópicos/Habilidades do CBC de Física que foi retirada do Centro de Referência
Virtual do Professor, justificando assim a aplicação do produto numa turma de
segundo ano do Ensino Médio.
A seguir são citadas algumas diretrizes norteadoras de um currículo, de
acordo com a proposta curricular de Física do Estado de Minas Gerais (MINAS
GERAIS, 2007), e descrevem-se como essas diretrizes são contempladas na
proposta apresentada neste trabalho:
Desenvolvimento de Competências
Uma primeira diretriz seria pensar o currículo como espaço de
desenvolvimento de competências cognitivas, competências práticas e
competências sociais que todo cidadão deve ter. Tais competências estão
associadas à capacidade de descrever e interpretar a realidade, de planejar ações e
de agir sobre o real. Se de fato almeja-se contribuir para a formação geral de todo
cidadão, deve-se construir um currículo capaz de abarcar uma gama mais ampla de
estilos de aprendizagem. O currículo deve ser atraente para os estudantes e, na
medida do possível, incorporar os desenvolvimentos científicos que ocorrem na
Física a partir do século XX.
32
Neste trabalho, buscam-se desenvolver as três competências citadas acima,
por meio de discussões em grupo, experimentações e simulações. As competências
práticas estão inseridas, principalmente, quando se discutem com os alunos hábitos
que precisam ser adotados para economia de energia.
Uso de Artefatos Tecnológicos
O currículo deve propiciar ao estudante compreender algumas das
tecnologias desenvolvidas a partir do conhecimento gerado pela Física. Os
equipamentos tecnológicos devem ser examinados do ponto de vista das soluções
encontradas para os propósitos a que se destinam e do impacto social e econômico
que produzem na vida das pessoas. Nessa perspectiva, os artefatos e soluções
tecnológicas têm um valor pedagógico relevante.
As atividades propostas no trabalho foram elaboradas de forma a possibilitar
conexões dos assuntos discutidos na Física com suas aplicações tecnológicas. Na
aplicação do conhecimento são feitas sugestões, tais como solicitar que os alunos
façam um painel resumindo o processo de funcionamento da geladeira, com
imagens de cada parte e a descrição do que ocorre. Sugere-se também discutir
como o advento da geladeira produziu uma mudança significativa nas relações de
produção e consumo com a possibilidade de estocar e conservar alimentos por
longos períodos.
Aproximação com as Coisas Cotidianas
A Física escolar deve se aproximar cada vez mais da Física do mundo real,
das coisas do nosso cotidiano. Como? Isso pode ser feito graças aos enormes
avanços na produção de equipamentos de laboratório, barateando o seu custo e
permitindo a realização de experimentos reais ou simulados.
A presente proposta foi elaborada por temas exatamente para mostrar que a
Física não distancia do mundo vivido dos alunos e que não deve privilegiar a teoria e
abstração e enfatizar a utilização de fórmulas em situações superficiais. A geladeira
faz parte do cotidiano desse aluno e se torna uma forma contextualizada de
investigar fenômenos que envolvem calor, trocas de calor e transformação de
energia térmica em mecânica.
Contextualização e Interdisciplinaridade
33
Alguns artefatos tecnológicos comuns não devem passar despercebidos nas
salas de aulas. Por exemplo, aparelhos como retroprojetor, telefone fixo ou móvel,
aparelho de televisão, câmera fotográfica, a própria rede elétrica, permitem uma rica
discussão sobre a evolução técnica e o uso social dos artefatos tecnológicos,
relacionando-os com os conceitos aprendidos na Física.
A geladeira é um artefato tecnológico que também não deve passar
despercebido em sala de aula. No momento da Organização do conhecimento,
propõe-se uma animação com a pretensão de garantir a contextualização e a
interdisciplinaridade. O tema relaciona-se com diversas áreas do conhecimento,
como Ciências Biológicas, Química, Ciências Humanas e Sociais, assim como é
visualizado em diversos momentos do cotidiano.
2.1.2 Critério para a seleção do problematizador
O desenvolvimento do CBC parte do pressuposto de que os alunos devam
compreender, a partir da observação e da discussão de fenômenos simples,
algumas das ideias adotadas pelos físicos em relação à realidade, como a
possibilidade de “modelar” e de “matematizar” o estudo da natureza. Os alunos
devem ser levados a entender a importância que a Física atribui à realização de
medidas e o estabelecimento de relações entre diferentes grandezas. Daí a escolha
de alguns fenômenos facilmente observáveis, tanto em situação real do cotidiano
quanto em situação vivenciada em laboratório.
Descrição e explicação dos fenômenos ligados ao cotidiano através da
experimentação.
Para o desenvolvimento do CBC, a experimentação desempenha um papel
importante, pois, a experimentação é parte essencial das estratégias de construção
do conhecimento físico. A importância da experimentação deve ser também
considerada na discussão proposta no terceiro momento pedagógico (Aplicação do
conhecimento).
Descrever e explicar os fenômenos físicos mais ligados ao cotidiano do aluno
foi o critério genérico para a construção do CBC. Com isso, o aluno pode lidar com o
34
observável do modo como a Física constrói o conhecimento científico: procurando
criar um modelo explicativo válido para os fenômenos descritos.
Nosso trabalho contempla esse critério, pois no terceiro momento pedagógico
(Aplicação do Conhecimento) utilizam-se dois experimentos que visam contribuir
para um melhor entendimento das Máquinas Térmicas.
Busca de um conhecimento universal.
Uma característica básica das ciências de um modo geral, e da Física em
particular, é a busca por um conhecimento universal, tão válido e geral quanto
possível. Boa parte do rigor conceitual e do alto nível de abstração de algumas das
ideias fundamentais da Física só podem ser compreendidas pelos alunos se
estiverem cientes dessa busca por um conhecimento geral e universal. A
necessidade de coerência interna entre os princípios, as leis e os modelos que
constituem uma teoria, bem como entre a teoria e os fatos que procura explicar,
marcam a busca pela generalidade e universalidade dos conhecimentos científicos.
As leis gerais, como a lei da conservação da energia, estabelecem condições
universais e aplicáveis em toda e qualquer situação. Tais leis definem que
determinados acontecimentos são possíveis ou de maneira que sustentam e
organizam o mundo à nossa volta. A caracterização da Física como atividade
científica produtora de princípios, leis e modelos gerais pode ajudar os alunos a
admirar essa Ciência, desenvolvendo também competências e habilidades de
investigação e compreensão listadas no rol dos objetivos do CBC para o ensino de
Física do ensino médio.
Busca-se neste trabalho abordar a lei da conservação da energia,
porque esta estabelece condições universais e aplicáveis em toda e qualquer
situação.
Relação entre Física e a Cultura
Relacionar a Física e a Cultura permite que o aluno compreenda como os
conhecimentos desenvolvidos pela Física contribuíram para que nossa civilização
modificasse sua visão sobre a constituição e sobre o “funcionamento do mundo”. A
Física influencia a Cultura não apenas com os conhecimentos que produz sobre o
mundo natural, mas também a influencia através das estratégias de pesquisa que
35
utiliza para produzir conhecimentos. A Física é uma ciência histórica e socialmente
situada, sendo, pois, também influenciada por outras formas de conhecimento
desenvolvidas pelo homem, a partir de sua interação com os objetos e a realidade.
Neste trabalho contempla-se o histórico dos refrigeradores, sua evolução ao
longo do tempo, sua importância e os impactos no modo de vida e urbanização
como uma forma de relacionar Física e Cultura.
Ênfase nos aspectos tecnológicos e sociais da Física
Enfatizar os aspectos tecnológicos e sociais da Física implica dar destaque
tanto aos dispositivos tecnológicos baseados em conhecimentos de Física quanto
aos grandes sistemas tecnológicos construídos pelo homem e que influenciam
decisivamente nossa vida social, tais como os sistemas de produção e distribuição
de energia, as telecomunicações e o transporte.
A investigação da estrutura e do funcionamento de alguns dispositivos
tecnológicos elementares tem sido valorizada no ensino de Física como uma das
possibilidades de trazer o mundo real para a sala de aula. No Ensino Médio, pode-se
e deve-se, efetivamente, buscar entender a lógica e a Física subjacentes a algumas
soluções tecnológicas. Os experimentos e atividades práticas e, principalmente,
desenvolvimento de projetos, podem ser orientados para o desenvolvimento de
artefatos tecnológicos que funcionam, tenham um propósito definido e possam ser
exibidos em uma vitrine, socializando o conhecimento produzido em seu
desenvolvimento.
Entretanto, tal abordagem não encerra as possibilidades de tratamento dos
aspectos tecnológicos no currículo. A tecnologia tem valor e importância própria, não
devendo constituir apenas um elemento de motivação e desenvolvimento
pedagógico de conceitos, princípios, modelos ou leis gerais da física. Sob esse
ponto de vista, o ensino de Física pode considerar tanto tecnologias antigas, mas
ainda hoje fundamentais (como as máquinas simples, os refrigeradores e os
motores), como as tecnologias mais recentes (como computadores e os sensores
eletrônicos).
Vários são os exemplos de tratamento dos aspectos tecnológicos e sociais da
Física. A forma como a tecnologia é abordada permite a realização de debates nos
quais os alunos podem avaliar o impacto do desenvolvimento tecnológico no
36
ambiente e na vida social. Nesse caso é importante mostrar que as decisões que
envolvem o uso ou as diretrizes para o desenvolvimento de novas tecnologias
extrapolam em muito a competência da ciência e dos cientistas.
É evidente que, além desses critérios apresentados e discutidos acima,
existem outros de ordem prática e mais ligados às condições da escola, às
exigências da comunidade local. Estes critérios envolveriam o projeto político-
pedagógico da escola, a infraestrutura, a carga horária a ser disponibilizada para a
disciplina, os livros didáticos disponíveis no mercado, a presença das mídias no
cotidiano da escola, além de temas políticos. Ou seja, o que a sociedade atual
demanda da escola e do ensino das ciências no mundo atual? Neste caso, temas
como a transgenia, clonagem, mecanização da agricultura, informatização da
indústria, nova organização do mundo do trabalho, passariam a fazer parte
obrigatória das discussões curriculares, de forma transversal e interdisciplinar.
Nosso trabalho procura enfatizar os aspectos tecnológicos e sociais da Física
através da abordagem dos refrigeradores que apesar de constituir uma tecnologia
antiga e fazer parte do cotidiano de qualquer pessoa, serve de subsídio para
entender como funcionam outras máquinas térmicas. Procura-se, através de
debates, discutir o impacto do advento da geladeira no ambiente e na vida social.
2.1.3 Conteúdos selecionados
A Lei de Diretrizes e Bases da Educação (1996) coloca o Ensino Médio como
etapa final da Educação Básica, que deve complementar o desenvolvimento do
aluno iniciado no Ensino Fundamental. O Ensino Médio passa a ser para todos e
não apenas para os que prosseguirão seus estudos nas universidades. Assim, a
escolha dos conteúdos deve levar em conta as seguintes questões: Quais devem
ser os objetivos do Ensino Médio? O que ensinar? Por que ensinar? Como ensinar?
O conteúdo de Física é muito extenso e é necessário fazer escolhas
considerando o que é mais importante. Tradicionalmente, os conteúdos são tratados
de forma excessivamente abstrata e distante da realidade do aluno, baseando-se na
mera transmissão de informações.
Nossa proposta de trabalho visa melhorar o ensino de Física. Assim, a
abordagem do conteúdo leva em consideração o cotidiano do aluno, estimula o
mesmo a pensar, refletir, aplicar o conhecimento adquirido em novas situações.
37
Optou-se por escolher conteúdos baseados no desenvolvimento de
competências e habilidades descritas nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN)
para o Ensino Médio (BRASIL, 2000), na Proposta Curricular (CBC) de Física do
Estado de Minas Gerais (MINAS GERAIS, 2007) e na Proposta de Ensino de Física
para o Ensino Médio constante no livro Física (DELIZOICOV; ANGOTTI, 2003).
O desenvolvimento das máquinas térmicas levou ao desenvolvimento da
Termodinâmica, com o estabelecimento da Segunda Lei da Termodinâmica, sendo
assim o foco de estudo deste tópico. O desenvolvimento da Termodinâmica causou
importantes avanços na tecnologia de produção e de transporte. Esses avanços
produziram grandes impactos na sociedade e no desenvolvimento da civilização.
Atualmente, todas as máquinas térmicas que fazem parte do nosso dia-a-dia operam
segundo princípios termodinâmicos (automóvel, geladeira, caldeira, freezer, ar-
condicionado, etc.). Assim o estudo desse tópico possibilita aos alunos
compreenderem o funcionamento desses equipamentos e as relações entre ciência,
tecnologia e sociedade.
Atualmente, a geladeira é um aparelho eletrodoméstico bastante popularizado
e desempenha importante função na forma atual de produção, distribuição e
conservação do alimento. Diante do que foi mencionado anteriormente, pode-se
perceber a importância do conteúdo escolhido.
A Física deve desenvolver as competências necessárias para a compreensão
dos fenômenos naturais e suas possíveis aplicações na ciência e tecnologia, assim,
a ideia foi preparar um módulo didático dirigido a professores do Ensino Médio, que
pudesse contemplar uma prática educacional dialógica. Ao formular atividades que
não contemplam a realidade dos alunos, formam-se indivíduos treinados para repetir
conceitos, aplicar fórmulas e armazenar termos, sem, no entanto, reconhecer
possibilidades de associá-los a seu cotidiano. É importante que o educando
reconheça as possibilidades de associação do conteúdo com contextos locais para
que haja significado imediato aquilo que ele vê em sala de aula.
Este trabalho restringe-se ao estudo de tópicos da termodinâmica (Leis da
termodinâmica, mudança de fase e convecção térmica), ao optar por explorar
conceitos e aplicações relacionados ao funcionamento de refrigeradores domésticos
e dos cuidados que devem ser tomados com seu uso e com os alimentos contidos
em seu interior no que diz respeito ao desperdício de energia e conservação do
alimento.
38
Explora-se no trabalho os conceitos de pressão, temperatura, volume, calor,
primeira lei da termodinâmica, segunda lei da termodinâmica, trabalho realizado por
um gás e sobre um gás, trocas de calor, expansão e compressão adiabática.
2.2. Critério de escolha da Animação
Ao sugerir atividades que envolvam a manipulação de Animação/simulação
deve-se ter em mente algumas características, sem as quais pode-se não obter o
resultado esperado. As avaliações do uso de software educacional ainda não
possuem métodos consagrados. A avaliação da qualidade das informações e dos
conteúdos disponibilizados na internet na forma de textos, apresentações e
animações é tema ainda com carência de modelos e padrões definidos (MACÊDO,
2009, p. 39). Assim, de acordo com Macêdo (2009), para estabelecer critérios para a
escolha de uma Animação/ simulação, foram levados em consideração os itens
elaborados por Xavier, Xavier e Montse (2003), são eles:
Facilidade de utilização
Este item se refere a duas características: Ergonomia, ou seja, o uso da
animação/simulação deve ser cômodo, não oferecendo dificuldades ao aluno na
realização de suas tarefas; e a presença de instruções de uso, deve-se sempre
incluir um texto explicativo ilustrando o funcionamento, como possibilidades das suas
configurações. O estudante não deve ter dificuldades excessivas para descobrir o
funcionamento da animação/simulação. Se o aluno leva muito tempo para aprender
a manipulá-la, não recomenda-se a sua utilização. Neste caso outra
animação/simulação deverá ser escolhida, a não ser que seja de especial interesse
por determinado aspecto.
Assim, ao escolher a animação utilizada no Roteiro de Atividades, privilegiam-
se aquelas de fácil manuseio, e que possuem instruções de funcionamento.
Disponibilidade temporal
Muitos sítios disponíveis na web desaparecem inesperadamente. Para evitar
tais transtornos, neste trabalho foram descartadas as animações que apresentaram
dificuldades no acesso, ou aquelas que se encontravam inacessíveis em alguma das
várias buscas que foram realizadas.
39
Dois itens que também influenciaram nossa escolha foram velocidade no
carregamento da simulação e distribuição gratuita, característica fundamental que
permite o compartilhamento do trabalho com a comunidade acadêmica. Priorizaram-
se as animações cujo tempo de carregamento fosse pequeno, para evitar atrasos
durante a realização das atividades do Roteiro, bem como a distração dos alunos
com atividades não pertinentes ao trabalho desenvolvido em sala de aula.
Confiabilidade da origem
A maioria das animações de Física disponíveis na rede é desenvolvida por
professores de Física que conhecem algum tipo de programação (Java, Flash).
Assim, espera-se que as leis e propriedades reproduzidas nas animações são
aquelas aceitas pela comunidade científica.
É aconselhável que antes de ser utilizada, a animação seja testada para
verificar a veracidade dos conceitos trabalhados, bem como as margens de
aplicação, a fim de que os alunos não tenham uma visão equivocada da realidade.
Para evitar surpresas desagradáveis, neste trabalho optou-se por utilizar uma
animação disponível em páginas de órgãos educacionais, universidades ou grupos
de trabalhos de prestígio. A animação indicada no nosso Roteiro de Atividades foi
testada, verificando-se a validade do conteúdo de Física abordado. Assim o
professor poderá utilizar a animação, retirada no Banco internacional de Objetos
Educacionais que é um Repositório de recursos digitais com cunho pedagógico-
educacional.
Analisando os Objetos de Aprendizagem (OA) disponibilizados no Banco
Internacional de Objetos Educacionais, foram analisados todos OA’s com o assunto
Termodinâmica e dentre eles optou-se por trabalhar com a simulação: “A física e o
cotidiano - Fique sabendo! - A geladeira”, por apresentar todos os assuntos
pertinentes ao trabalho apresentado. Trata-se de uma animação completa que
aborda o histórico da geladeira, reconhecendo os princípios físicos gerais envolvidos
no funcionamento da mesma. A animação mostra um breve histórico da geladeira e
suas implicações na sociedade, as etapas do seu funcionamento e seu uso. No
quadro 1 são mostradas algumas características da animação.
40
Quadro 1 – Classificação do objeto de aprendizagem (OA)
Fonte: Elaborado pela autora
Nome do AO Simulação: A geladeira
Área Física: Leis da Termodinâmica; Mudanças de Fase; Convecção
Térmica.
Fenômeno Reconhecer os princípios físicos gerais envolvidos no funcionamento
das geladeiras.
Endereço (site da web
- link)
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/17467
Autor / Ano Grupo de Trabalho de Produção de Conteúdos Digitais Educacionais
da Secretaria de Educação do Estado da Bahia; Projeto Condigital
MEC – MCT/2011.
Público-alvo Ensino Médio
Tipo de AO Animação/Simulação
Configurações básicas
necessárias
Adobe Flash Player
Livre? (X) SIM ( ) NÃO
Interativo? (X) SIM ( ) NÃO
Descrição A animação trata-se de uma explicação do funcionamento de uma
geladeira e dos cuidados que devem ser tomados com seu uso e
com os alimentos contidos em seu interior no que diz respeito ao
desperdício de energia e conservação do alimento. A animação
pretende garantir a contextualização e a interdisciplinaridade, de
forma a ser interativa e estimular o engajamento dos sujeitos. O
tema pode se relacionar com diversas áreas do conhecimento, como
Ciências Biológicas, Química, Ciências Humanas e Sociais, assim
como pode ser visualizado em diversos momentos do cotidiano.
Tema integrador:
descreva qual é o tema
do OA e explicitando a
integração entre os
conteúdos de Biologia
e Física.
O tema do Objeto de Aprendizagem é reconhecer os
princípios físicos gerais envolvidos no funcionamento das geladeiras
ressaltando que clínicas e hospitais devem dispor de sistemas de
refrigeração, a atividade bacteriana associada à decomposição da
matéria orgânica é diminuída em baixas temperaturas e o uso de
determinados gases refrigerantes, como os CFCs, está associado à
destruição da camada de ozônio. Todos esses pontos podem ser
abordados em sala de aula e utilizados para desenvolvimento de
proveitosas discussões e atividades.
41
O tema geladeira é interessante e trabalhado nas três ciências: Física,
Química e Biologia. A animação apresenta uma situação do cotidiano, em que o
aluno pode relacionar sua vivência com o que está estudando. Além do fato de a
explicação sobre o funcionamento da geladeira também alertar para o seu mau uso.
2.3. Questionário de sondagem do professor
Nesta seção apresentam-se os dados da pesquisa feita com os docentes da
área de Física com o objetivo de justificar a elaboração do módulo didático e
preparar um material que sirva de subsídio ao professor.
Aplicou-se um questionário de sondagem a professores da disciplina de
Física do Ensino Médio com pretensão de obter dados que contribuam para uma
melhor elaboração do tema proposto pelo trabalho, e também como forma de
justificar a elaboração do produto.
2.3.1 Elaboração do questionário
O questionário do professor investiga sua formação acadêmica e apresenta
questões relacionadas à prática docente que permitem verificar como a
termodinâmica é explorada nas aulas, quais as metodologias utilizadas, quais as
dificuldades encontradas com relação ao ensino do conteúdo e o tipo de material e
recurso didático que são utilizados em suas aulas. Pergunta-se sobre sua formação
acadêmica, atuação profissional e deixa-se espaço para outras considerações e/ou
até sugestão dos professores.
Foi adotado para essa pesquisa o questionário semiestruturado constituído
por questões abertas e fechadas (APÊNDICE A). A escolha desse instrumento de
pesquisa justifica-se pelo fato de permitir ao entrevistado responder com liberdade
aos questionamentos, contribuindo para um melhor detalhamento das suas
concepções acerca do objeto de estudo.
2.3.2. Perfil dos entrevistados
A pesquisa foi realizada com dez professores de Física do Ensino Médio,
sendo sete da rede estadual e outros três da rede particular. No que se refere à área
42
de formação dos professores entrevistados, verifica-se que sete são formados em
Física, dois são formados em Matemática e um fez o curso de Engenharia.
A opção por esses professores deve-se ao fato de a pesquisadora trabalhar
nas mesmas escolas que os entrevistados. Esses professores serão identificados
pela letra P seguida de um número para preservar sua identidade.
Os dados da pesquisa indicam que a maioria dos professores entrevistados
(80%) estudou formalmente a Termodinâmica e o funcionamento da geladeira no
decorrer da graduação. Assim, quatro professores citam apenas Termodinâmica,
dois citam também Física estatística, um cita Física geral e experimental e um cita
Fenômenos mecânicos e caloríficos, energia e suas transformações, como mostram
as transcrições das respostas a seguir:
“Sim, termodinâmica” (P5). “Sim, termodinâmica e termodinâmica estatística” (P7). “Sim, fenômenos mecânicos e caloríficos, Energia e suas transformações” (P1). “Sim, Física geral e experimental II e Termodinâmica” (P2).
Apenas os professores P3 e P8 dizem não ter estudado disciplina relacionada
à termodinâmica. Ressalta-se que o professor P8 é licenciado em Matemática e
Ciências Contábeis e o professor P3 é licenciado em Matemática e Arte.
Em relação à atuação profissional, 60% afirmam lecionar Física entre 5 e 10
anos e o restante entre 0 e 5 anos. Assim, a nossa amostra é constituída por
professores novatos e experientes.
Sobre quais livros foram utilizados durante a graduação, 80% dos professores
dizem ter utilizado os livros do Halliday (1991) e Tippler (2006). O restante dos
professores (20%) preferiu não responder. Os professores que não responderam
são justamente o P8 e o P3, que afirmaram não terem estudado Termodinâmica na
graduação.
2.3.3 Sobre o conteúdo Termodinâmica
Procurou-se verificar se os professores abordaram o tema “Termodinâmica”
em suas aulas e o que especificamente foi trabalhado. Os professores, em sua
maioria (80%) abordaram o assunto:
43
“Sim, 1ªlei da termodinâmica, 2ªlei da termodinâmica” (P5). “Sim, trabalho numa transformação gasosa; Energia interna de um gás perfeito. Primeira Lei da termodinâmica; 2ª lei da termodinâmica, Rendimento, Ciclo de Carnot” (P6). “Sim, Estudo dos gases, transformações gasosas, trabalho realizado por um gás à pressão constante e variável, primeira e segunda lei da termodinâmica” (P7). “Sim, Energia interna, Trabalho em um sistema, Primeira lei da termodinâmica, Segunda lei da termodinâmica, Transformação cíclica, Máquinas térmicas, Ciclo de Carnot” (P4). “Sim, temperatura e calor, escalas termométricas e máquinas térmicas” (P9). “Sim, Energia e suas transformações, Primeira e Segunda lei da termodinâmica, Entropia e Máquinas térmicas” (P1).
Em relação à exploração do tema, pergunta-se como os professores
introduzem o assunto em suas aulas e percebe-se que a maioria (60%) inicia de
maneira tradicional (Quadro e giz e livro didático), como observa-se a seguir:
“Trabalho realizado pelo gás e sobre o gás” (P5). “Converso com os alunos sobre o tema, mostro as equações no quadro e trabalho exemplos de exercícios” (P7). “Exposição direta do conteúdo juntamente com desenvolvimento matemático de cada conceito” (P10). “Transformação de trabalho em calor, trabalho numa transformação gasosa” (P6).
Outros procuram alguma alternativa de inovação para suas aulas, como o P8
que afirma trabalhar experiências e o P4 que procura enfatizar o contexto histórico.
“Livros, apostilas, exercícios e experiências” (P8). “Relaciono os conceitos de calor e trabalho, a energia interna está diretamente ligada à temperatura, revolução industrial, máquinas a vapor, locomotiva, funcionamento de um motor à explosão” (P4). (grifos nossos)
Percebe-se pela resposta do professor P7 que a exploração do tema, por
parte de alguns, ainda mantém aquela sequência costumeira: explicar, mostrar
equações e aplicar exercícios.
O professor P8 também mostrou iniciar o conteúdo de maneira habitual: livro,
apostila e exercícios. O diferencial é que ele mencionou utilizar experimentos. O
professor P4 mostra a importância de trabalhar o assunto dentro de um contexto
histórico.
Já o professor P2, apesar de ser formado em Física, relatou que ainda não é
possível dizer como é introduzido o conteúdo porque ainda não trabalhou com ele.
Talvez pelo pouco tempo de magistério, uma vez que quando foi questionado com
44
relação ao tempo de experiência como docente a resposta foi entre zero e cinco
anos.
Quando foi pedido aos professores que especificassem como é discutido o
tema Máquinas Térmicas, a maioria registra que utiliza conceitos, exercícios,
exemplos do dia-a-dia e esquemas, mostrando assim a preocupação de trabalhar de
forma diversificada.
Sabe-se que a geladeira é um aparelho eletrodoméstico bastante difundido e
desempenha importante função nas formas atuais de produção. Nessa perspectiva,
foi perguntado aos professores se eles discutem o funcionamento da geladeira em
sala de aula e como é feita essa discussão. Apenas quatro professores dizem
trabalhar o funcionamento da geladeira:
“Sim. Começo com a pergunta feita para os alunos, onde tem física na geladeira? Depois de escutar as possíveis respostas, então faço uma outra pergunta:Será que se a serpentina interna da geladeira (congelador) for colocada na parte inferior, os alimentos nela contidos ainda seriam resfriados?”(P1). “Sim. Faço um levantamento do que existe na geladeira que permita que ela funcione” (P4). “Sim. É feita baseada nos conceitos da termodinâmica, mostrando onde é aplicado o mesmo no funcionamento da geladeira.” (P6). “Sim. Apresento um esquema básico de funcionamento da geladeira acompanhado de uma explicação, baseado na 2ª lei da termodinâmica e na convecção térmica” (P10).
É importante ressaltar que estes quatro professores são formados em Física.
O professor P8 afirma que discute o funcionamento da geladeira às vezes, porém,
não menciona como a discussão é feita.
Quando questiona-se sobre a metodologia utilizada, percebe-se que 50%
também é tradicional (Quadro e giz e livro didático), como se pode verificar:
“A metodologia utilizada é livro, explicações e atividades” (P8). “Explico trabalho realizado pelo gás e sobre o gás, falo da 1ª lei da termodinâmica, logo em seguida a 2ª lei e como exemplo uso a geladeira (uso o esquema do livro)” (P5). “A metodologia utilizada é livro, o livro texto apresenta um texto complementar sobre a geladeira, mas não trabalho por falta de tempo” (P7).
Os professores P6 e P4 mostram que têm tentado fazer diferente usando
vídeo aulas e aulas práticas como pode-se perceber nas suas respostas:
45
“Através de vídeo aulas, e quando possível aulas práticas. Além das aulas teóricas”(P6). “Leitura e interpretação de texto e vídeo: Mundo da ciência-Geladeira” (P4).
O professor P2 diz não ser possível falar sobre a metodologia utilizada porque
não trabalhou o assunto e o professor P3 preferiu não responder.
De acordo com os dados, verifica-se que com relação ao uso do livro didático
em sala de aula, todos os professores responderam que utilizam esse recurso. Esse
dado sugere que o livro didático é uma importante fonte de pesquisa para os
entrevistados. Observa-se que os professores P1e P2 utilizam os autores Antônio
Máximo e Beatriz Alvarenga (2006), os professores P5 e P8 utilizam a coleção
Quanta de Física (2010). O P7 trabalha com os autores Nicolau, Toledo e Ronaldo
(1997). Os outros professores não mencionaram os autores dos livros didáticos
utilizados.
Os professores P4, P9 e P10 utilizam mais de uma fonte de pesquisa.
“Livros didáticos (Quanta Física, Ciências e tecnologia, Conexão a física, Beatriz Alvarenga, Coleção Física aula por aula) e material disponível no CRV
2” (P9).
“Coleção Quanta física, GREF” (P4). “No ensino médio indico o livro de física do Ricardo Doca, Gualter Biscuola e Newton Bôas, o livro de física do Carlos Toscano e o livro de física do Alberto Gaspar” (P10).
Os professores P5, P6 e P8 deixaram como observação a importância de
produzir um material mais voltado para o cotidiano do aluno:
“Abordar o tema de forma mais concreta e voltada para o cotidiano do aluno” (P5) “Seria de grande importância criar modelos didáticos para abordar o tema, tornando dessa forma, mais concreta essa abordagem” (P6). “Focar mais as atividades ligada ao cotidiano” (P8)
O professor P10 acredita que se deve encontrar uma maneira mais clara de
relacionar as transformações isotérmicas e adiabáticas com situações reais e elogia
o livro do GREF (2008) e GREF (2005) no que se refere ao conteúdo de
termodinâmica.
Outras considerações e observações que os professores julgaram
importantes:
2 CRV – Centro de Referência Virtual do Professor.
46
“Abordar o funcionamento das máquinas térmicas e significado do termo BTU nos condicionadores de ar” (P7)
Diante dessas observações reforça-se a necessidade de um material didático
que apresente uma metodologia capaz de explicar a Termodinâmica de forma
contextualizada e voltada para o cotidiano do aluno ao mesmo tempo, um material
didático que auxilie o professor no planejamento de suas aulas e articulação desses
conhecimentos.
2.4. Elaboração do Produto
O produto educacional desta pesquisa é um material didático composto por
um caderno de atividades que permite trabalhar a geladeira e seu funcionamento e
conteúdos informativos: sete textos que abordam os aspectos históricos das
máquinas térmicas, composição da geladeira e uma síntese do funcionamento de
um refrigerador doméstico, primeira e segunda leis da termodinâmica, o gás usado
nos refrigeradores e as transformações adiabáticas. Esse material destina-se
principalmente aos professores de Física do ensino médio e tem por principal
objetivo auxiliar o professor no conteúdo, possibilitando aulas mais contextualizadas,
ilustradas e interessantes.
2.4.1 Elaboração do caderno de atividades
Para auxiliar o professor na utilização do material, elaborou-se um caderno
com propostas de atividades. Na busca por informações sobre metodologias de
aplicação, foram consultadas diferentes fontes como artigos, sites, vídeos, entre
outras, que abordassem em seu conteúdo questões relativas ao tema.
Após a pesquisa, foram selecionadas atividades experimentais e objetos
de aprendizagem com a finalidade de ilustrar e auxiliar na compreensão do assunto
tratado no trabalho. A abordagem metodológica adotada para a sequência de
atividades sugerida nesse caderno baseou-se nos três “Momentos Pedagógicos” de
Delizoicov.
47
2.4.2. A proposta de roteiros de atividades
O trabalho baseia-se na abordagem temática dos conhecimentos, que
consiste em desenvolver a conceituação e a aprendizagem através de temas
geradores, cujas bases teóricas estão fundamentadas na pedagogia de Paulo Freire.
Usam-se os três momentos de Delizoicov, cujo aporte teórico também se baseia em
Freire. Com base no tema “A geladeira: Uma proposta de ensino para
termodinâmica” foi elaborado um Roteiro de Atividades.
Inicialmente, foi elaborada uma atividade introdutória que teve como objetivo
a contextualização e problematização relativa ao tema abordado. A discussão inicial
ocorre em pequenos grupos (sugerem-se no máximo cinco pessoas). Cada grupo
anota suas conclusões para posterior discussão no grande grupo (Turma toda).
No segundo momento (Organização do conhecimento), os conhecimentos
necessários para compreensão das situações iniciais devem ser estudados de forma
sistematizada com o uso de animações, problemas de lápis e papel, textos e
questionários.
Na última etapa do projeto (aplicação do conhecimento), os alunos deverão
ser capazes de, diante de uma geladeira, descrever o que ela tem bem como seu
funcionamento. Dentro desse contexto o professor poderá apresentar situações para
que os alunos apliquem os conhecimentos desenvolvidos em um contexto diferente.
Os alunos podem discutir o ar condicionado como exemplo de máquina térmica
invertida.
No final são retomadas as questões e situação da problematização inicial,
para rediscuti-las e verificar se houve mudanças nas respostas ou se é possível
responder a algumas perguntas que eventualmente não puderam ser
completamente compreendidas naquele momento.
A sugestão é que se inicie o ensino do tópico com a aplicação de um pré-
teste com perguntas sobre o assunto. Sugere-se fazer uma pequena discussão,
comparando as opiniões dos alunos produzindo motivação para ver a animação.
Neste momento você não deve responder às perguntas. No segundo momento,
mostra-se a animação, que deve trazer elementos para que os alunos verifiquem se
responderam corretamente ou não às perguntas iniciais. Após a animação, faz-se
uma discussão geral para concluir o assunto. Ainda no segundo momento, utilizam-
se os textos informativos do material de apoio, juntamente com a animação, como
48
forma de trabalhar melhor e mais detalhadamente o conteúdo para que o aluno
possa adquirir os conhecimentos necessários para compreensão das situações
iniciais. No terceiro momento, a sugestão é que se realize o Roteiro de Atividades,
no qual são propostas duas atividades experimentais e quatro atividades de fixação,
salientando o fornecimento ou retirada de calor de um sistema, resultando na
realização de trabalho. Os alunos terão a oportunidade de compreender diversos
processos presentes no funcionamento de um refrigerador. Um aspecto importante
diz respeito às questões sociais e tecnológicas que marcaram o desenvolvimento e a
função econômica e social dos refrigeradores, bem como a relação entre
desenvolvimento científico e tecnológico.
2.5. Sugestão de aplicação do produto
Primeiro momento pedagógico: Problematização inicial
Inicia-se com um texto introdutório “O que sabemos sobre a geladeira e seu
funcionamento” que serve para fornecer aos alunos uma visão geral sobre o
assunto. Nele são citadas a importância de objetos e aparelhos que fazem parte de
nosso dia-a-dia, mas que quase nunca paramos para pensar como funcionam e
como são feitos, por exemplo, a geladeira.
Mais do que simples motivação para se introduzir um conteúdo específico, a problematização inicial visa à ligação desse conteúdo com situações reais que os alunos conhecem e presenciam, mas que não conseguem interpretar completa ou corretamente porque provavelmente não dispõem de conhecimentos científicos suficientes (DELIZOICOV, 2003, p.29).
Sugere-se, então, que se inicie pelo estudo e discussão do texto. Logo em
seguida são apresentadas as seguintes questões para discussão com os alunos:
1. Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro
modelo tinha o mesmo princípio de funcionamento?
2. Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você
já tem sobre o assunto, tente descrever todos os aspectos relativos
à estrutura e ao funcionamento de uma geladeira doméstica.
Divide-se a turma em grupos pedindo que respondam os questionamentos e
em seguida, a partir da observação é feito um apanhado dos resultados dos grupos,
sistematizando-os para a turma. Nesse primeiro momento, caracterizado por
49
conhecer e compreender o que os alunos sabem, bem como posição dos mesmos
frente ao assunto abordado, é importante que a postura do professor se volte mais
para questionar e lançar dúvidas sobre o assunto.
Segundo momento pedagógico: Organização do conhecimento
Sugere-se ao professor trabalhar com os alunos a simulação “A geladeira”,
discutindo as questões propostas durante a simulação e relacionando com os sete
textos informativos apresentados no Produto educacional. O professor também
deverá utilizar os textos como forma de apresentar e explicar o histórico das
máquinas térmicas, o funcionamento e partes da geladeira, a primeira lei da
termodinâmica, a segunda lei da termodinâmica, as expansões adiabáticas e
impacto ambiental com o advento da geladeira.
Para compreensão do fenômeno, recomenda-se estudar importantes
conceitos da Termodinâmica, como: calorimetria, mudanças de fase, transferência
de calor (sobretudo a convecção térmica) e máquinas térmicas. É recomendável
que, antes da interação com o software, os alunos tenham um primeiro contato com
a temática abordada em uma atividade inicial preparatória.
A animação pretende garantir a contextualização e a interdisciplinaridade, de
forma a ser interativa e estimular o engajamento dos sujeitos. O tema pode se
relacionar com diversas áreas do conhecimento, como Ciências Biológicas, Química,
Ciências Humanas e Sociais, assim como pode ser visualizado em diversos
momentos do cotidiano. Em sala de aula, você pode ficar atento à inserção dessas
reflexões nas atividades desenvolvidas antes e depois da interação com a
simulação.
Após interagir com a animação, sugere-se que o professor trabalhe as
seguintes questões com os alunos:
− Na parte de trás de uma geladeira, há uma tubulação pintada de preto e em
forma de serpentina chamada radiador ou condensador. Por que não
devemos usar essa parte do refrigerador como varal?
− Quais as características do gás utilizado nas geladeiras? No caso de
vazamento, ele é prejudicial ao meio ambiente?
− O ar-condicionado precisa ser colocado nas partes altas das paredes? Por
quê?
50
− É prejudicial colocar comida quente na geladeira? Por quê?
− O motor de uma geladeira funciona o tempo todo?
− Por que não devemos deixar a porta da geladeira aberta?
Terceiro momento pedagógico: Aplicação do conhecimento
A última etapa destina-se a capacitar os alunos na utilização do conhecimento
que vem sendo adquirido. Tal conhecimento possui uma sistematização melhor, ao
mesmo tempo em que é empregado para analisar e interpretar as situações
propostas inicialmente e outras que possam ser explicadas e compreendidas pelo
mesmo corpo de conhecimentos. A proposta é que o aluno possa descrever as
partes e funcionamento do refrigerador. O professor fará alguns questionamentos
sobre funcionamento, mau uso, relacionando o tema com outras áreas do
conhecimento para verificar o quanto o aluno assimilou o conteúdo. Então, são
retomadas as questões e situação da problematização inicial:
− Solicitar que façam um painel resumindo o processo de funcionamento da
geladeira, com imagens de cada parte da geladeira e a descrição do que
ocorre;
− Discutir com os alunos hábitos que precisam ser adotados para economia de
energia, como: não colocar roupa para secar no fundo da geladeira, não
deixar a porta aberta, limpar as partes internas e externas, não colocar
comida quente dentro da geladeira, entre outros;
− Realizar o roteiro de atividade proposto no produto:
Atividade 01 – Expansão ou compressão de um líquido e Trabalho mecânico.
Atividade 02 – Expansão ou compressão de um gás e Trabalho mecânico.
− Resolver e propor problemas envolvendo Máquinas térmicas
51
3. PRODUTO EDUCACIONAL
Caro professor,
Esse material é dirigido principalmente a vocês, professores do Ensino Médio,
podendo ser usado por aqueles que trabalham com formação de professores. O
roteiro foi elaborado para criar momentos de aprendizagem de temas selecionados
da Termodinâmica, tendo como base os Momentos Pedagógicos de Delizoicov,
utilizando simulação e experimentos.
O nosso material visa diversificar, contextualizar e propor alternativas
mostrando ao professor caminhos e possibilidades de se trabalhar a Termodinâmica.
Apresentamos sete textos informativos, baseados no funcionamento da
geladeira e sua relação com o ambiente, introduzindo a primeira e a segunda lei da
termodinâmica, que servirão de apoio ao professor para que ele possa usar quando
e como achar necessário.
Nossa sugestão é que os textos sejam utilizados juntamente com a simulação
apresentada, ainda no segundo momento pedagógico (organização do
conhecimento) porque poderá ajudar na construção de novos conhecimentos de
modo que seja possível desenvolver a conceituação identificada como fundamental
para uma compreensão científica das situações problematizadas.
Esperamos que este material possa contribuir com o planejamento das aulas
envolvendo Leis da Termodinâmica; Mudanças de Fase; Convecção Térmica.
Bom trabalho!
52
PRODUTO EDUCACIONAL
A GELADEIRA
53
SUMÁRIO
APRESENTAÇÃO .......................................................................................... 54
ETAPA 1: TRABALHANDO COM A GELADEIRA .......................................... 55
ORIENTAÇÕES DE USO DO CONTEÚDO DIGITAL .................................... 59
ETAPA 2: TEXTOS INFORMATIVOS ............................................................ 72
MÁQUINAS TÉRMICAS: ASPECTOS HISTÓRICOS..................................... 72
UMA SÍNTESE DO FUNCIONAMENTO DE UM REFRIGERADOR
DOMÉSTICO .................................................................................................. 75
O QUE A GELADEIRA TEM? ......................................................................... 80
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA,POTÊNCIA E PERDAS TÉRMICAS . 84
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA .......................................................... 86
EXPANSÕES ADIABÁTICAS E MUDANÇAS DE TEMPERATURA .............. 87
GÁS DE GELADEIRA AINDA PREOCUPA O MINISTÉRIO DO MEIO
AMBIENTE.......................................................................................................89
REFERÊNCIAS .............................................................................................. 90
54
APRESENTAÇÃO
No presente trabalho, apresenta-se um produto que envolve o uso de uma
animação por meio de um roteiro de aula, para alunos do segundo ano do Ensino
Médio, visando o aprendizado de conceitos da Termodinâmica através do estudo
dos refrigeradores domésticos.
O produto educacional é fundamentado nos três momentos pedagógicos de
Delizoicov, a saber:
Problematização inicial
Momento caracterizado por conhecer e compreender o que os alunos sabem,
bem como a posição dos mesmos frente ao assunto abordado.
Organização do conhecimento
Momento destinado a estudar sistematicamente os conteúdos necessários
para a compreensão do tema e da problematização inicial.
Aplicação do conhecimento
Etapa destinada a capacitar o aluno na utilização do conhecimento que vem
sendo adquirido. Utiliza-se para isso, atividades e experimentos.
55
3.1. Problematização inicial: O que você sabe sobre a geladeira?
Inicia-se com um texto introdutório “O que sabemos sobre a geladeira e seu
funcionamento” que serve para fornecer aos alunos uma visão geral sobre o
assunto. Nele são citadas a importância de objetos e aparelhos que fazem parte de
nosso dia-a-dia, mas que quase nunca paramos para pensar como funcionam e
como são feitos, por exemplo, a geladeira.
O que sabemos sobre a geladeira e seu funcionamento
É muito comum que objetos, aparelhos e processos com os quais lidamos em
nosso dia a dia tornem-se integrados à paisagem. Olhamos para esses objetos, os
utilizamos, mas quase nunca paramos para pensar como funcionam e como são
feitos. Chegar a compreender a estrutura e o funcionamento de determinados
aparelhos e processos representa investimento de estudo, pesquisa e reflexão. A
geladeira é um bom exemplo de aparelho cuja investigação nos dá esse sentimento
de recompensa. É um aparelho eletrodoméstico de uso bastante difundido e
desempenha importante função nas formas atuais de produção, distribuição e
conservação dos alimentos. Mas quanto sabemos sobre a estrutura e funcionamento
da geladeira? Ao responder as questões abaixo, você terá a oportunidade de parar
para pensar nesse assunto, despertar em si determinadas curiosidades e registrar
seus conhecimentos atuais sobre o assunto. Você não acha legal se ao final da
unidade de estudos sobre a geladeira você puder comparar as respostas dadas às
questões abaixo aquela que você será capaz de dar em função de nossos estudos?
Vamos lá então!
Fonte: PAULA, Helder de Figueiredo e; PRADO, Johanna Alida E. Knegt
Lopes. Refrigeradores como Máquinas Térmicas. Uma proposta de reformulação
do ensino de física para o Ensino Médio. Ano 1998.
56
ORIENTAÇÕES
− Inicie a aula colocando os seguintes questionamentos para os alunos:
− Se quiser utilize um texto para problematizar o tema.
− Divida a turma em grupos e peça que respondam às questões.
− Faça um apanhado dos resultados dos grupos, sistematizando-os para a
turma.
− Caso os alunos não tenham familiaridade com as partes da geladeira, sugerir
como tarefa fazer um estudo completo da geladeira de sua casa, escrever um
texto descrevendo suas partes com fotos ou diagramas.
− Em um segundo, momento discuta com os alunos quais são as funções de
cada parte da geladeira, ainda no formato de problematização.
3.2. Organização do conhecimento: Entendendo a termodinâmica da
geladeira
Nesta etapa descrevemos uma atividade elaborada para explorar as leis da
Termodinâmica; Mudanças de Fase; Convecção Térmica, utilizando uma animação
e exercícios de fixação.
3.2.1 Animação
Para realizar a atividade proposta é necessário acessar a animação: A
geladeira, disponível para download no endereço eletrônico:
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/17467.
− Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro
modelo tinha o mesmo princípio de funcionamento do que o modelo atual?
− Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você já tem
sobre o assunto, tente descrever todos os aspectos relativos à estrutura e
ao funcionamento de uma geladeira doméstica.
57
OBJETIVOS
− Reconhecer os princípios físicos gerais envolvidos no funcionamento
das geladeiras;
− Identificar os principais componentes das geladeiras e compreender
a função de cada um deles;
− Contribuir para o conhecimento acerca da propagação do calor,
sobretudo da convecção térmica;
− Compreender o motivo da localização do congelador na parte
superior do aparelho e, extensão, da colocação dos aparelhos de ar-
condicionado na parte alta das paredes;
− Discutir a Termodinâmica e conhecer a geladeira como um exemplo
de máquina térmica.
JUSTIFICATIVAS
− O tema geladeira é interessante e trabalhado nas três ciências:
Física, Química e Biologia.
− A animação apresenta uma situação do cotidiano, onde o aluno pode
relacionar sua vivência no que está estudando.
− A animação, além da explicação sobre o funcionamento da geladeira
também alerta para o seu mau uso.
ORIENTAÇÕES
A animação se divide em quatro tópicos (Introdução, A geladeira, Etapas de
funcionamento e Economizando energia) de forma que no final de cada tópico faz-se
uma pausa para explicação e discussão do que foi apresentado. Essas pausas
foram criadas para possibilitar que você realize intervenções e esclarecimentos
sobre o tema durante a utilização do referido conteúdo digital. Se necessário pode-
se reiniciar a animação ou, depois da explicação, optar por avançar para o próximo
tópico.
58
Observação
Apresentar toda a animação para depois explicar e discutir o conteúdo
pode tornar a aula improdutiva e cansativa, bem como gerar distração dos
alunos com atividades não pertinentes ao trabalho desenvolvido em sala de
aula. Perde-se também a riqueza dos detalhes que são apresentados na
simulação.
Sugere-se ao professor trabalhar com os alunos a animação mostrada na
figura 1, discutindo as questões propostas.
Figura 1 - Animação - A Geladeira
Fonte: Dados da animação
Como proposta metodológica para utilização deste conteúdo digital,
sugerimos que antes do acesso à mídia seja feita uma abordagem sobre
termometria, calorimetria e termodinâmica, podendo ser através de aula expositiva,
discussão de textos ou seminários.
Na interação com a mídia, os alunos poderão ser divididos em grupos. Em
cada pausa existente no software, você pode perguntar aos alunos se estão
compreendendo o assunto, se há dúvidas e estimular cada aluno a identificar a
presença dos refrigeradores em seu cotidiano, refletindo sua importância. Sugerimos
que, inicialmente, o aluno visualize a sequência do processo de funcionamento do
refrigerador, ficando livre depois para ver, aleatoriamente, a explicação de cada
59
parte da geladeira. É importante o acompanhamento dos alunos para que a
interação com a mídia seja a mais proveitosa possível e favoreça a aprendizagem.
Orientações de uso do conteúdo digital
Professor (a), este software possui um menu com as seguintes opções:
Iniciar
Trilhas
Compartilhe
Se ligue
Créditos
A Geladeira, por ser uma animação da categoria “Fique Sabendo”,
apresentará pausas no decorrer da sua exibição. Essas pausas foram criadas para
possibilitar que você realize intervenções e esclarecimentos sobre o tema durante a
utilização do referido conteúdo digital. Você irá observar que, em cada pausa,
aparecem as falas do narrador em forma de texto. Essa estratégia foi criada para
que todos tenham acesso ao presente conteúdo, permitindo a releitura, a
sistematização e a reflexão da situação apresentada.
Na opção “Trilhas”, encontraremos a animação compartimentada,
possibilitando visualizar a parte escolhida. A opção “Compartilhe” sugere que os
alunos socializem suas reflexões com outras pessoas, abrindo o navegador padrão
do sistema e permitindo o acesso à internet, caso seja possível. Sugerimos que você
utilize esse recurso para produção de trabalho coletivo entre os alunos e até
provoque que compartilhem informações sobre o conteúdo digital com estudantes de
outras escolas, enfim que troquem experiências.
Já a opção “Se ligue” traz sugestões de conteúdos, ligados aos assuntos
abordados na mídia, para pesquisa e aprofundamento. Esses conteúdos poderão
ser trabalhados em sala de aula, ampliando a abordagem da temática.
Antes de expor o software, solicitamos que explique aos seus alunos quais os
objetivos deste recurso como, por exemplo, estimular ainda mais o interesse em
pesquisar e conhecer os processos físicos que estão a nossa volta. É importante
deixar claro também que o software não substitui a aula, sendo um recurso que
60
busca auxiliar a compreensão do conteúdo durante o processo de ensino-
aprendizagem.
Mãos à obra
Clique na opção trilhas, mostrada na figura 1, onde você encontrará a
animação compartimentada podendo seguir a sequência sugestionada ou podendo
escolher o tópico que preferir.
Figura 2- Animação- A Geladeira
Fonte: Dados da animação
Clique sobre o ícone Introdução, mostrado na figura 2, onde é apresentado
um breve relato sobre a geladeira e seu funcionamento (figura 3). Assista a
explicação anotando o que for mais importante.
Sugere-se trabalhar com os alunos o texto informativo: Máquinas térmicas:
aspectos históricos como forma de enriquecer a introdução.
61
Figura 3 – Introdução- A Geladeira
Fonte: Dados da animação
Ao final de cada etapa, surge a opção minhas anotações, mostrada na figura
Neste tópico você tem a opção de revisar o conteúdo apresentado, copiar, reiniciar,
continuar ou mesmo sair.
Figura 4 - Minhas anotações
Fonte: Dados da animação
Clique sobre o ícone A geladeira, figura 2, e assista a um breve histórico
sobre a geladeira, suas modificações e avanços, razão para se possuir uma
62
geladeira e sua relação com a biologia e o meio ambiente (figura 5). Da mesma
forma que foi feito anteriormente, anote as informações mais importantes.
Figura 5 – A Geladeira
Fonte: Dados da animação
Neste momento, sugere-se ao professor discutir com os alunos o texto
informativo: Gás de geladeira ainda preocupa o Ministério do Meio Ambiente e, logo
em seguida, as questões propostas abaixo.
Clique sobre o ícone Etapas de funcionamento, mostrado na figura 2, e
observe a explicação do funcionamento de cada parte da geladeira detalhadamente
(Compressor, condensador, válvula de expansão, evaporador e convecção térmica),
mostrada na figura 6. Se necessário faça anotação do que julgar mais importante ou
utilize o recurso Minhas anotações.
Neste momento, discuta juntamente com o aluno os textos informativos: Uma
síntese do funcionamento de um refrigerador doméstico e O que a geladeira tem?
Logo em seguida trabalhar as questões propostas:
Questão1: Quais as características do gás utilizado nas geladeiras? No caso de
vazamento, ele é prejudicial ao meio ambiente?Por quê?
Questão2: O motor de uma geladeira funciona o tempo todo?
63
Figura 6 – Etapas de funcionamento
Fonte: Dados da pesquisa
Na figura 6, mostrada acima, explora-se ainda, após a explicação das etapas
de funcionamento, o ícone válvula de expansão onde o texto informativo: Expansões
adiabáticas e mudanças de temperatura é trabalhado de forma a enriquecer o
assunto.
Em Economizando energia, ícone mostrado na figura 2, encontramos dicas de
racionamento de energia com relação ao refrigerador doméstico (figura 7).
Questão1: Na parte de trás de uma geladeira, há uma tubulação pintada de preto
e em forma de serpentina chamada radiador ou condensador. Por que não
devemos usar essa parte do refrigerador como varal?
Questão2: O ar-condicionado precisa ser colocado nas partes altas das paredes?
Por quê?
64
Figura 7 – Economizando energia
Fonte: Dados da animação
Discuta juntamente com o aluno as questões propostas:
Após a animação sugere-se ao professor que juntamente com os alunos
dialogue sobre os dois textos informativos: A primeira lei da termodinâmica,potência
e perdas térmicas e A segunda lei da termodinâmica porque poderá ajudar na
aquisição de novos conhecimentos.
3.3. Aplicação do conhecimento: ampliando os conhecimentos sobre a
geladeira
Retorne à situação da problematização inicial, agora com o conhecimento
mais organizado. Peça aos alunos que:
− Façam um painel resumindo o processo de funcionamento da geladeira, com
imagens de cada parte da geladeira e a descrição do que ocorre;
− Discutam com os alunos hábitos que precisam ser adotados para economia
de energia, como: não colocar roupa para secar no fundo da geladeira, não
Questão1: É prejudicial colocar comida quente na geladeira? Por quê?
Questão2: Por que não devemos deixar a porta da geladeira aberta?
65
deixar a porta aberta, limpar as partes internas e externas, não colocar
comida quente dentro da geladeira, entre outros;
− Realizem o roteiro de atividades proposto.
3.3.1 Roteiro de atividades
Pré-requisitos: O estudante deverá compreender o conceito de energia interna,
temperatura, calor e trabalho.
Tópicos/Habilidades:
− Compreender processos em que o fornecimento ou retirada de calor de um
sistema, pode produzir aumento ou redução de seu volume, resultando na
realização de trabalho.
− Compreender o funcionamento de uma máquina térmica.
Justificativa: Os experimentos pertencem ao Centro de Referência Virtual do
Professor, que fundamenta todas as suas atividades na Proposta Curricular do
Estado de Minas Gerais (CBC) que é a diretriz norteadora desse trabalho. Os
materiais da prática são de fácil acesso para o aluno, permite compreender que a
energia interna de um corpo está associada à energia de movimento aleatório das
partículas do corpo e que a temperatura de um corpo é uma grandeza que está
associada à sua energia interna, enfim, permite que o aluno compreenda o
funcionamento de uma máquina térmica de forma bem simples.
− Peça que os alunos tragam os materiais listados.
Materiais:
− 01 garrafa PET de 500ml com tampa de rosca ou frasco similar;
− Água colorida com anilina ou tinta guache;
− 01 tubo fino de plástico (reservatório transparente vazio de uma
caneta esferográfica);
− Supercola (adesivo instantâneo universal);
− 02 vasilhas que caibam uma garrafa PET;
− Ebulidor;
− Gelo;
66
− 01 balão de aniversário nº 5, 6 ou 7.
Descrição dos procedimentos:
Atividade 01 – Expansão ou compressão de um líquido e Trabalho mecânico
Figura 8 – Esquema da prática
Fonte: Centro de Referência Virtual do Professor – CRV.
1. Pegue um frasco de plástico com tampa, como por exemplo, uma garrafa
PET de 500 ml, e o encha completamente com água colorida de anilina ou tinta
guache, como mostrado na figura 8.
2. Fure o centro da tampa para que possa passar o tubo fino de plástico. Esse
furo deverá ter um diâmetro ligeiramente menor do que o diâmetro do tubo.
3. Encaixe o tubo fino de plástico ou um canudinho transparente de refresco.
Use um pouco de supercola para vedar qualquer orifício que, por acaso, exista em
torno do tubo e da tampa.
4. Feche a garrafa forçando à tampa para que se ajuste bem. Isso fará com
que água colorida suba até certa altura no interior do tubo.
5. Coloque a montagem (sistema garrafa-água) numa vasilha com água
quente, de modo que ela envolva praticamente toda a garrafa que contém a água
colorida.
67
RESPONDA
6. Após certo tempo, transfira o sistema (garrafa-água) para uma vasilha com
água gelada – mistura de água e gelo.
RESPONDA
Atividade 02 – Expansão ou compressão de um gás e Trabalho mecânico
1. Pegue uma garrafa de plástico de 500 ml e adapte firmemente ao gargalo um
balão de borracha de aniversário ligeiramente inflado. Com isso temos certa
massa de ar ocupando o volume do recipiente e do balão.
2. Mergulhe totalmente a garrafa numa vasilha com água muito quente.
− O que ocorre com o nível da água colorida no tubo? Porque isso
acontece?
− A energia interna da água colorida aumenta, diminui ou não se altera? E
sua temperatura?
− Houve realização de trabalho pelo sistema ou sobre o sistema? Justifique.
− Em qual parte do funcionamento da geladeira ocorre este tipo de
fenômeno? Explique.
− O que ocorre com o nível da água colorida no tubo? Porque isso
acontece?
− A energia interna da água colorida aumenta, diminui ou não se altera? E
sua temperatura?
− Houve realização de trabalho? Justifique.
− Em qual parte do funcionamento da geladeira ocorre este tipo de
fenômeno? Explique.
68
RESPONDA
3. Em seguida mergulhe a garrafa numa vasilha com a água gelada (mistura de
água e gelo).
RESPONDA
Atividade 03 – Questionamentos
A terceira atividade retoma as questões e situação da problematização inicial
acrescida de outras situações para que possamos verificar se houve assimilação do
assunto por parte do aluno.
− O que ocorre ao balão? Por que isso acontece?
− O que ocorre com o volume do ar ao ser aquecido? E com sua pressão?
− Houve realização de trabalho?
− Em qual parte do funcionamento da geladeira ocorre este tipo de fenômeno?
Explique.
− O que ocorre ao balão? Por que isso acontece?
− O que ocorre com o volume do ar ao ser aquecido? E com sua pressão?
− Houve realização de trabalho?
− Em qual parte do funcionamento da geladeira ocorre este tipo de fenômeno?
Explique.
69
Atividade 04-Funcionamento do refrigerador doméstico
O diagrama da figura 9 apresenta esquematicamente a estrutura de um
refrigerador. Sem consultar, procure se lembrar das mudanças de estado e das
trocas de calor sofridas pelo gás ao longo de um ciclo completo e preencha os
espaços onde estão as legendas. Observe que para um formato de legenda você
deverá preencher com o Estado do gás (Líquido/Gasoso) e para o outro formato,
escrever se o gás recebeu ou perdeu calor.
− Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro
modelo tinha o mesmo princípio de funcionamento?
− Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você já tem
sobre o assunto, tente descrever todos os aspectos relativos à estrutura e
ao funcionamento de uma geladeira doméstica.
− Por que razão a serpentina preta colocada na parte de trás de uma
geladeira aquece-se durante o funcionamento do motor?
− Nos dias muito quentes as geladeiras apresentam a mesma eficiência na
refrigeração dos alimentos do que nos dias frios? Explique.
− Considere e discuta a seguinte afirmativa: Num dia muito quente, uma
pessoa fecha as portas e as janelas do pequeno apartamento onde mora,
e deixa a porta de sua geladeira aberta. Você acha que seria uma boa
maneira de manter o ambiente numa temperatura agradável sem investir
na compra de um ar condicionado?
70
Figura 9 – Diagrama da estrutura de um refrigerador
Fonte: PAULA, Helder de Figueiredo e; PRADO, Johanna Alida E. Knegt Lopes. Refrigeradores
como Máquinas Térmicas. Uma proposta de reformulação do ensino de física para o Ensino Médio.
Ano 1998.
Atividade 05
Após discutir o texto informativo: A Primeira Lei da Termodinâmica, potência e
perdas térmicas, os alunos já terão visto que a primeira lei da termodinâmica pode
escrita como:
Q U W
Para aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica escrita na forma acima, deve
ser observada a seguinte convenção de sinais:
− Q será positivo quando o sistema absorve calor, e negativo quando o sistema
cede calor.
− W será positivo quando o trabalho é realizado pelo sistema, e negativo
quando o trabalho é realizado sobre o sistema.
Em cada uma das transformações descritas abaixo, decida se os valores de
Q, ∆U e W são positivos, negativos ou nulos. Justifique suas respostas, e, se
possível, discuta-as com seus colegas.
LEGENDA
Estado do Gás
(Líquido/Gasoso)
Trocas de Calor
(Transferência de
Energia)
71
A) Uma amostra de gás é aquecida de 300K a 400K num recipiente
hermeticamente fechado.
B) Uma amostra de gás ideal inicialmente ocupando um volume de 2m3 é
comprimida até atingir o volume de 1m3, mantendo-se a sua temperatura constante.
C) O ar contido no interior de um balão (desses usados em aniversários de
crianças) expande-se porque o balão é aquecido.
D) Uma amostra de um gás ideal expande-se adiabaticamente de 1m3 para
2m3.
E) Certa quantidade de líquido é colocada num recipiente que pode ser
considerado como um isolante térmico perfeito. A seguir o líquido é agitado durante
algum tempo por meio de uma batedeira elétrica.
Atividade 06: Exercícios de fixação
Nas questões 1 a 4, preencha as lacunas indicadas escolhendo as palavras
adequadas dentre aquelas colocadas entre parênteses no final de cada enunciado.
1) Quando dois objetos a temperaturas diferentes são colocados em contato,
há uma transferência _________________ de energia térmica do objeto de
_______________ temperatura para o de _____________ temperatura
(maior/menor; espontânea).
2) Um significado prático da segunda lei da termodinâmica é que uma dada
quantidade de calor não pode ser transformada completamente em
_________________.
Por exemplo, o trabalho realizado pelas forças de atrito é completamente
transformado em calor. Assim, 1000J de energia térmica ____________ realizar
1000J de trabalho. Já 1000J de trabalho ______________ ser transformados em
1000J de calor (trabalho; podem/não podem).
3) A segunda lei da termodinâmica afirma que é ________________ absorver
dada quantidade de calor de uma fonte a uma dada temperatura e convertê-la
integralmente em trabalho. De acordo com a segunda lei ________________
energia absorvida pela fonte quente precisa ser rejeitada para uma fonte fria, a uma
temperatura menor (possível/impossível; parte/nem um pouco).
72
4) Para retirar uma quantidade de calor de uma fonte a uma dada temperatura
e transferir esse calor para outra fonte que esteja a uma temperatura mais
________________ é necessário realizar trabalho por meio de uma máquina térmica
operando ao contrário, chamada de ________________.Essa transferência de calor
__________________ um processo espontâneo(motor/refrigerador; alta/baixa; é/não
é).
3.4. Textos informativos
É de extrema importância o uso dos textos informativos no segundo momento
pedagógico, conhecido como Organização do conhecimento, uma vez que cada
texto foi cuidadosamente escolhido para trabalhar de forma mais detalhada
determinada parte da termodinâmica. O primeiro texto aborda os aspectos históricos
das máquinas térmicas, o segundo e terceiro textos trabalham o funcionamento do
refrigerador e o que a geladeira tem. O quarto texto aborda a primeira lei da
termodinâmica, potência e perdas térmicas, o quinto texto fala sobre a segunda lei
da termodinâmica, o sexto texto aborda a expansão adiabática e mudança de
temperatura e o último texto fala do gás de geladeira que ainda preocupa o
Ministério do meio ambiente que apesar das indústrias brasileiras não produzirem
mais geladeiras com CFC (clorofluorcarbono) – gás usado em refrigeração e que
destrói a camada de ozônio, ele ainda exige atenção, porque ainda está presente
nas máquinas produzidas antes de 1999. Discute-se, então, nesse texto a relação
entre refrigeradores e meio ambiente.
3.4.1 Máquinas térmicas: aspectos históricos3
O refrigerador é um dos inúmeros produtos tecnológicos presentes em nosso
cotidiano. Estamos tão acostumados à sua presença e utilização que nem
percebemos mais o quanto refrigeradores, congeladores e frigoríficos interferem em
nosso modo de vida. Essa interferência não se restringe apenas ao interior de
nossas casas. De fato, é muito mais ampla, e pode ser notada em diversos setores
de produção, distribuição e conservação dos alimentos. Hoje em dia, modernas
3O texto foi retirado e adaptado da referência: PAULA, Helder de Figueiredo e; PRADO, Johanna
Alida E. Knegt Lopes. Refrigeradores como Máquinas Térmicas. Uma proposta de reformulação
do ensino de física para o Ensino Médio. Ano 1998
73
técnicas de refrigeração possibilitam o armazenamento, transporte e conservação
dos mais variados alimentos, sem as limitações impostas anteriormente pelas
variações de temperatura.
Podemos dizer, de maneira geral, que a invenção ou construção de utensílios
e máquinas constitui-se numa resposta a uma demanda ou necessidade vivida por
um determinado grupo social. A resposta encontrada para uma determinada
necessidade estará de acordo com o estágio de elaboração dessa resposta. No
entanto, do mesmo modo que o desenvolvimento da ciência leva a um
desenvolvimento da tecnologia, as novas descobertas tecnológicas impulsionam a
ciência. Existe uma interação constante entre estas duas áreas do conhecimento e
da atividade humana. Veremos que a história do refrigerador ilustra bem essa ação
recíproca entre ciência e tecnologia. Apresentamos, a seguir, um resumo histórico
referente ao tema refrigeração. Nesse resumo fazemos um breve relato de alguns
dos fatos que levaram à invenção, construção e popularização dos refrigeradores
domésticos, procurando sempre evidenciar as mútuas influências da tecnologia,
ciência e sociedade.
Desde a idade da pedra a humanidade vem procurando solucionar um
problema crucial para a sua sobrevivência: a conservação de alimentos. Algumas
culturas antigas descobriram que os alimentos conservam-se melhor em lugares
frios que em lugares quentes. Por isso, desde épocas muito remotas, o gelo foi
usado para preservar alimentos. Escavações arqueológicas realizadas no vale do
Indo mostraram que antigas culturas já conheciam um processo de fabricação de
gelo. Estas escavações revelaram diversas “fábricas de gelo”: milhares de formas
com tampas, feitas de arenito poroso, sem polimento.
Nessas “fábricas” o gelo era obtido do seguinte modo: inicialmente, enchiam-
se formas com água que eram, posteriormente, tampadas. A seguir, as formas com
água eram molhadas com água e então abanadas por uma legião de escravos,
provocando assim a evaporação da água derramada por cima das formas. Essa
evaporação causava o resfriamento da água do interior das formas até o seu
congelamento. Hoje sabemos que a abelha utiliza-se de um mecanismo parecido
para refrigerar o interior da colméia. Depositando água em estruturas porosas, as
abelhas operárias batem as asas para aumentar a taxa de evaporação, diminuindo a
temperatura da estrutura.
74
Na Roma antiga empregava-se gelo para resfriar alimentos e bebidas. O gelo
usado era coletado durante o inverno em lagos dos Alpes, embalado em palha e
transportado para a capital do Império Romano.
O gelo natural foi utilizado para conservar alimentos até 1930: blocos de gelo
eram cortados dos lagos e do mar, após o que eram conservados cobertos com
serragem, a fim de serem utilizados no verão. De fato, o gelo constituiu um artigo de
muita demanda e importante valor comercial a partir da segunda metade do século
XIX até o início do século XX, e alguns cientistas almejavam construir uma máquina
que fosse capaz de fazer gelo.
Assim, no início do século XIX, várias pessoas tentaram projetar
refrigeradores mecânicos, mas as bases da tecnologia frigorífica moderna só
puderam ser estabelecidas em 1870, após a reformulação dos princípios
fundamentais da termodinâmica.
Por essa época, na cidade de Munique, Bavaria, a indústria cervejeira
enfrentava grandes problemas para evitar que a cerveja se estragasse durante o
verão. Em 1879, Karl Von Linde (1848-1920), um jovem professor da Escola
Politécnica começou a realizar experimentos com um processo de esfriamento
baseado nas trocas de calor entre um gás e o meio ambiente. Após três anos havia
desenvolvido o projeto de uma unidade frigorífica de grandes dimensões, instalada
com sucesso numa fábrica de cerveja. Essa unidade frigorífica, alicerçada nos
princípios fundamentais da termodinâmica, tinha seu funcionamento baseado em
compressões e expansões sucessivas da amônia.
Os primeiros refrigeradores, usados apenas com finalidades industriais, eram
grandes inconvenientes, e como a amônia é uma substância corrosiva e tóxica
surgiam vários problemas em caso de vazamentos. Somente em 1913, após vários
aperfeiçoamentos, foi construído o primeiro refrigerador doméstico de funcionamento
baseado no sistema de compressão, na cidade de Chicago. De fato, a fabricação de
refrigeradores domésticos em grande escala somente teve início na década de
1920, nos EUA e em alguns países da Europa.
Em localidades sem energia elétrica é utilizado o “refrigerador a fogo”, que
utiliza a querosene ou gás GLP como fonte de energia. Esse tipo de refrigerador não
tem motor e seu funcionamento baseia-se na mistura e separação da amônia com
duas outras substâncias: água e hidrogênio.
75
No Brasil, a popularização da utilização do refrigerador doméstico começou
aproximadamente a partir da década de 1950. Em 1989, o Brasil já dispunha de
aproximadamente 2 milhões de freezers e 20 milhões de geladeiras alimentados por
energia elétrica.
As primeiras substâncias usadas como fluidos frigoríficos em sistemas de
refrigeração foram a amônia e o dióxido sulfúrico. Tais substâncias eram tóxicas e
tinham um odor desagradável. Quando ocorria um vazamento no sistema, as
consequências eram potencialmente perigosas. O ideal seria utilizar um líquido
inodoro, facilmente evaporável, não venenoso e estável. Em 1930 um químico
americano, Thomas Midgley Jr. preparou o freon, (composto químico de carbono,
cloro e flúor), da família dos clorofluorcarbonos. Especialmente projetado para as
funções de refrigeração em instalações de qualquer porte, o freon parecia ser a
solução ideal. As suas vantagens são grande estabilidade química, inércia em
relação a explosões e corrosão de matérias plásticas, gordurosas e fibrosas
(comumente encontrada nas guarnições das juntas dos refrigeradores), e aparente
inocuidade (não é tóxico nem irritante para o sistema respiratório humano). Porém
na década de 1970, cientistas começaram a perceber que os gases
clorofluorcarbonos, os CFCs, estavam destruindo a camada de ozônio, uma região
da atmosfera que protege a Terra das radiações ultravioletas nocivas. Sem essa
camada de ozônio, muitas formas de vida não poderiam sobreviver em nosso
planeta.
3.4.2 Uma síntese do funcionamento de um refrigerador doméstico4
Um refrigerador doméstico é uma máquina composta basicamente de um
fluido refrigerante que é forçado a percorrer um circuito tubular contendo, em regiões
distintas, um compressor, um condensador, um tubo capilar (ou uma válvula de
expansão) e um evaporador (Figura 10).
4O texto foi retirado e adaptado da referência: Grupo de Ensino de Física da
Universidade Federal de Santa Maria. Disponível em
www.ufsm.br/gef/Textos/refrigerador.pdf
76
Figura 10 – Esquema da geladeira
Fonte: Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria. Disponível
em<www.ufsm.br/gef/Textos/refrigerador.pdf>
O fluido refrigerante deve possuir características especiais como, por
exemplo, baixa temperatura de vaporização (ou de condensação) com um valor
grande para o calor latente correspondente e, ainda, deve requerer pressões
relativamente baixas para passar do estado gasoso ao estado líquido, mesmo à
temperatura ambiente.
O compressor é uma bomba de sucção acionada por um motor elétrico, que
retira fluido refrigerante do ramo da tubulação que o antecede, baixando sua
pressão e injeta esse fluido refrigerante no ramo da tubulação que o sucede,
aumentando sua pressão. Assim, o compressor impulsiona o fluido refrigerante
através do circuito tubular.
O condensador é constituído por um longo tubo em forma de serpentina
comum conjunto de varetas metálicas, formando uma grade radiadora, e está
colocado na parte externa traseira do refrigerador. Ao entrar e sair do compressor, o
fluido refrigerante tanto pela pressão causada pelo compressor quanto pelo efeito da
perda de energia por calor para o meio ambiente, o fluido refrigerante passa ao
estado líquido.
77
O tubo capilar é um tubo com um diâmetro interno de cerca de meio
milímetro. O fluido refrigerante, que entra no tubo capilar no estado líquido, expande-
se rapidamente ao sair, passando ao estado gasoso. Esta expansão se dá no
evaporador.
O evaporador é constituído por um tubo em forma de serpentina acoplado ao
congelador. Para passar ao estado gasoso, o fluido refrigerante absorve energia na
forma de calor do congelador e de tudo o que estiver ali dentro. Ao abandonar o
evaporador, o fluido refrigerante chega ao compressor e o ciclo recomeça.
Nos refrigeradores não muito modernos, o congelador está colocado na parte
superior para que se formem correntes de convecção internas, possibilitando a
misturado ar a baixa temperatura do congelador e de sua vizinhança com o ar a
temperatura mais alta das outras partes. Essas correntes de convecção se formam
da seguinte maneira. A pressão do ar no interior do refrigerador é uniforme e, por
isso, o ar do congelador e de sua vizinhança, estando a uma temperatura mais
baixa, é mais denso que o ar das outras partes. Sendo mais denso, esse ar desce,
empurrando o ar das outras partes para cima. As prateleiras do refrigerador têm
forma de grade para não impedir ou dificultar o movimento de convecção. Nos
refrigeradores modernos, o ar a baixa temperatura alcança todo o refrigerador
através de um sistema de circulação e, por isso, as prateleiras já são feitas com uma
lâmina inteiriça de acrílico.
Figura 11– Ciclo de um refrigerador
Fonte: Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria. Disponível
em<www.ufsm.br/gef/Textos/refrigerador.pdf>
No interior do refrigerador, existe um botão de regulagem que permite
selecionar a temperatura interna de operação do sistema. Um termostato interrompe
78
o circuito elétrico de alimentação do motor elétrico que faz funcionar o compressor
quando essa temperatura é atingida. Com o refrigerador assim desligado, a
temperatura do seu interior passa a aumentar por efeito da absorção de energia do
ambiente por calor. A partir de certa temperatura, o termostato reconecta o circuito
elétrico de alimentação do motor elétrico que faz funcionar o compressor e um novo
ciclo de refrigeração tem início. Desta forma, o termostato permite manter uma
temperatura mais ou menos constante no interior do refrigerador.
Sob o ponto de vista da Termodinâmica, um refrigerador é uma máquina que
funciona em ciclos. A Figura 2 representa esquematicamente esse ciclo (contínuo)
como dividido em cinco processos.
Compressão adiabática: 1 → 2
O compressor aumenta a pressão do fluido refrigerante reduzindo seu
volume. Como esse aumento de pressão acontece muito rapidamente, o fluido perde
muito pouca energia por calor para a vizinhança e o processo pode ser considerado
como sendo adiabático. O trabalho realizado pelo compressor produz um aumento
na energia interna do fluido e a sua temperatura aumenta. Durante todo o processo,
o fluido permanece no estado gasoso.
Resfriamento isobárico: 2 → 3
No condensador, o fluido refrigerante começa a perder energia por calor.
Comoo compressor mantém a pressão do fluido alta e constante, seu volume e sua
temperatura diminuem. Durante esse processo, o fluido ainda permanece no estado
gasoso.
Condensação: 3 → 4
Ainda no condensador e a alta pressão, o fluido refrigerante perde mais e
mais energia por calor. Com isso, seu volume e sua temperatura diminuem mais e
mais e ele passa do estado gasoso para o estado líquido.
Expansão adiabática: 4 → 5
O fluido refrigerante no estado líquido e a alta pressão atravessam o tubo
capilar. Na saída do tubo capilar, o fluido se expande. Como essa expansão
acontece muito rapidamente, o fluido troca muito pouca energia com a vizinhança e
o processo pode ser considerado como sendo adiabático. A pressão e a temperatura
do fluido diminuem e parte do fluido se vaporiza. Assim, na saída do tubo capilar, o
79
fluido se apresenta como gotículas de líquido suspensas em vapor a baixa pressão.
A baixa pressão depois do tubo capilar é um efeito do funcionamento do
compressor, que retira fluido no estado gasoso desta parte do circuito para
comprimi-lo no condensador.
Vaporização isobárica: 5 → 1
No evaporador, a uma pressão baixa e constante, as gotículas
remanescentes são vaporizadas, absorvendo energia por calor do congelador e de
tudo o que está dentro dele. Saindo do evaporador, o fluido se apresenta totalmente
no estado gasoso e à baixa pressão indo para o compressor.
FLUIDOS REFRIGERANTES
Até por volta de 1930, eram usados como fluidos refrigerantes principalmente
amônia (NH3), o butano (C4H10), o isobutano [HC (CH3)3], o propano (C3H8), o
dióxido de enxofre (SO2) e o cloreto de metil (CH3Cl). Contudo, como são
substâncias tóxicas e/ou explosivas, podendo colocar em risco a vida humana em
caso de vazamento, foram abandonadas (exceto em algumas aplicações mais ou
menos especializadas) e substituídas pelos clorofluorcarbonetos (CFC’s). A amônia,
em particular, sendo o fluido de maior efeito refrigerante, continua sendo utilizada em
instalações de grande porte como fábricas de gelo, armazéns frigoríficos,
equipamentos de refrigeração industrial e em pistas de patinação, onde conta o fator
energético e onde podem ser implementados procedimentos de segurança. Além de
equipamentos de refrigeração, os CFC’s passaram a ser usados em aparelhos
condicionadores de ar, em borrifadores (sprays), na fabricação de espuma de
poliestireno (isopor) e em uma série de outros produtos. Os CFC's são compostos
orgânicos cujas moléculas contêm carbono e flúor e, em muitos casos, outros
halogênios, principalmente o cloro apresenta-se no estado líquido ou gasoso a
temperatura ambiente e são não tóxicos, incolores, sem cheiro, não inflamáveis e
não corrosivos.
Desde a sua criação, os CFC’s foram liberados na atmosfera sem maiores
preocupações porque eram considerados gases seguros e estáveis. O dano na
camada de ozônio causado pelos CFC's foi descoberto na década de 1970. Então,
acordos internacionais foram estabelecidos para eliminar progressivamente o uso
desses produtos e foram desenvolvidos, para serem usados numa fase intermediária
80
de transição, os hidroclorofluorcarbonos (HCFC's), compostos à base de hidrogênio,
cloro, flúor e carbono, que danificam muito menos acamada de ozônio.
Atualmente, são usados como fluidos refrigerantes principalmente misturas
binárias de CFC's com HFC's (hidrofluorcarbonos) ou com HCFC's. O objetivo final é
manter apenas os HFC's, compostos de hidrogênio, flúor e carbono, que não
causam dano à camada de ozônio.
3.4.3 O que a geladeira tem?5
As paredes da geladeira.
Quanto mais eficiente o isolamento térmico proporcionado pelas paredes da
geladeira, menor será a necessidade de acionamento do motor e proporcionalmente
menor será o gasto de energia elétrica. Com o avanço da tecnologia, a espessura
das paredes de uma geladeira doméstica diminuiu consideravelmente.
Entretanto, tais paredes ainda são bastante espessas e, por essa razão, há
uma notável diferença entre os volumes interno e externo da geladeira. Dentro das
paredes de uma geladeira, há isopor, lã de vidro e outros materiais que têm em
comum o fato de serem péssimos condutores de calor.
Outro item essencial ao bom isolamento térmico da geladeira diz respeito à
vedação das portas. Além de inclinar a geladeira para trás, colocando os pés da
frente mais altos do que os pés de trás, usa-se, também, borracha imantada para
manter a vedação. Em casas de conserto de refrigeradores, você poderá ganhar
borrachas de vedação usadas. Corte-as para encontrar os ímãs de borracha
utilizados para vedação.
A tubulação onde circula a substância refrigerante.
Na parte de trás de uma geladeira, há uma tubulação pintada de preto e em
forma de serpentina. Trata-se do radiador ou condensador da geladeira. Dentro do
radiador da grande maioria dos refrigeradores produzidos atualmente circula uma
5O texto foi retirado e adaptado da referência: PAULA, Helder de Figueiredo e; PRADO,
Johanna Alida E. Knegt Lopes. Refrigeradores como Máquinas Térmicas. Uma proposta de
reformulação do ensino de física para o Ensino Médio. Ano 1998.
81
substância refrigerante chamada freon. Durante o funcionamento do motor, o freon
libera calor para o ambiente através do radiador.
Em função do aquecimento do radiador, algumas pessoas costumam colocar
roupas ou outros objetos sobre ele para que possam secar com o auxílio do calor
que os radiadores liberam. Os manuais dos refrigeradores, entretanto, nos orientam
a não procedermos dessa forma, pois para garantir o bom funcionamento desses
aparelhos, não devemos dificultar o processo de troca de calor entre o freon que
circula dentro da tubulação e o ambiente externo ao aparelho. Pela mesma razão, é
necessário manter certo afastamento do radiador em relação à parede, de tal forma
a facilitar a circulação de ar e permitir o rápido resfriamento do freon que circula pelo
interior da tubulação.
É possível observar com facilidade o fato de que uma das extremidades da
tubulação do radiador está ligada diretamente ao motor, enquanto a outra está
ligada a uma pequena ampola cilíndrica, na realidade um filtro, que termina em um
tubo bem mais fino e inicialmente retorcido. O motor comprime e empurra o freon
para dentro do radiador, obrigando-o a circular por toda a serpentina. Após circular
por todo o radiador, o freon passa pelo filtro e pelo tubo fino ou capilar.
Através do capilar, a substância refrigerante que acabou de circular pelo
radiador vai para uma serpentina colocada no interior de placas que constituem o
que chamamos de “congelador”.
O congelador.
Dentro das paredes do congelador há uma extensa serpentina. Nas
geladeiras mais antigas, era possível observar com mais facilidade o tubo em
serpentina em contato com as paredes. Hoje em dia, os tubos costumam ser
substituídos por canais não necessariamente cilíndricos e inscritos na própria
parede. No caso de geladeiras “duplex” e freezers, sequer podemos observar a
placa metálica, que contém a serpentina, é colocada no plano vertical e costuma
estar oculta.
Observando com cuidado o congelador de uma geladeira comum, podemos
ver que há dois tubos entrando e saindo das paredes do congelador. Um deles é o
tubo capilar através do qual o freon entra nos canais do congelador depois de ter
passado pelo condensador. O outro, com diâmetro aparente bem maior é o tubo
através do qual o motor produz a sucção que levará o freon de volta ao radiador (ou
condensador), repetindo o ciclo de seu movimento.
82
A circulação do ar no interior da geladeira.
O congelador fica na parte superior da geladeira. O ar que se encontra
próximo ao congelador entra em contato com suas paredes metálicas. Dentro da
serpentina, colada ou inserida nas paredes metálicas do congelador, circula o freon
(ou outra substância refrigerante). Através do contato das paredes metálicas do
congelador, o ar cede calor ao freon e tem sua temperatura diminuída.
Sabemos que o ar frio torna-se mais denso. Estando mais frio e mais denso, o
ar que acaba de entrar em contato com as paredes do congelador move-se em
direção ao fundo da geladeira, deslocando o ar menos frio e menos denso que antes
ocupava esse espaço. Enquanto desce em direção ao fundo, o ar que havia sido
resfriado no congelador tende a atingir o equilíbrio térmico com os alimentos e outros
objetos colocados em seu caminho. Por essa razão, o ar descendente recebe calor
dos alimentos e eleva sua temperatura no mesmo momento em que o ar que foi
deslocado para o interior do congelador é refrigerado e tem sua temperatura
diminuída.
Essa circulação de ar no interior da geladeira acontece de forma mais intensa
quando o motor está funcionando.
O fato do ar mais denso e frio começar a descer a partir do congelador,
absorvendo progressivamente calor dos alimentos com os quais entra em contato
durante a descida, explica por que os alimentos colocados mais próximos ao
congelador são mais refrigerados do que aqueles colocados na parte inferior da
geladeira. Longe de constituir-se em um problema, tal refrigeração desigual permite
dispor alimentos mais resistentes às baixas temperaturas na parte de cima da
geladeira, enquanto outros menos resistentes (como as verduras) são colocados na
parte inferior.
Na geladeira, há diversos compartimentos diferentes para colocação dos
alimentos. As prateleiras têm a forma de grade, pois é muito importante facilitar a
circulação do ar. Com exceção de alguns tipos modernos de geladeira, nas quais o
ar circula através de frestas localizadas nas paredes laterais, não se pode tampar os
espaços das prateleiras em forma de grade sob pena de prejudicar o processo de
troca de calor entre alimentos colocados no interior da geladeira e o freon que circula
na tubulação do congelador.
Umidade do ar, preservação dos alimentos e economia de energia.
83
Nas geladeiras domésticas mais comuns, a umidade do ar contida em seu
interior condensa-se e solidifica-se sobre as paredes do congelador. Por essa razão,
o ar no interior da geladeira tende a se tornar muito seco. O alimento tende a
desidratar-se em função do aumento da velocidade da evaporação da umidade que
ele contém. Um pedaço de queijo, por exemplo, desidrata-se e endurece quando
não está acondicionado ou envolvido por materiais impermeáveis como o plástico.
A boa vedação da porta e a limitação do tempo em que ela fica aberta são
cuidados muito importantes do ponto de vista da economia de energia elétrica. Ao
abrirmos a porta, há entrada e saída de ar do interior da geladeira. O ar mais quente
e mais úmido que entra precisará ser refrigerado e exigirá maior tempo de
funcionamento do motor. O tempo de funcionamento do motor é controlado em
função do monitoramento da temperatura do congelador. O aparelho responsável
por esse controle é chamado termostato. A parte mais visível do termostato é o
botão que pode ser girado para controlar o intervalo de tempo ou a frequência com a
qual o motor será posto em funcionamento.
Funcionando durante intervalos de tempo maiores, o motor poderá manter
temperaturas mais baixas. Toda vez que a temperatura próxima ao congelador se
eleva acima de certo valor de referência, o termostato aciona o motor para que o
freon possa circular pela tubulação e refrigerar o interior da geladeira.
Nos dias muito quentes, justamente quando são mais solicitadas, as
geladeiras apresentam menor eficiência na refrigeração dos alimentos. Isto se deve
a diversos fatores, a começar pela maior temperatura inicial dos alimentos
submetidos à refrigeração. Outra razão importante, diz respeito à maior dificuldade
da substância refrigerante liberar calor para o ambiente. Afinal, quanto maior a
temperatura ambiente, mais difícil torna-se a passagem de calor do freon que circula
no radiador para o ar atmosférico. Por essa razão, não é apropriado colocar
refrigeradores em lugares muito quentes ou com seus radiadores expostos ao sol.
Pela mesma razão, como já dissemos anteriormente, também não se deve colocar
roupas ou outros objetos sobre o radiador dos refrigeradores.
84
3.4.4 A Primeira Lei da Termodinâmica, potência e perdas térmicas6.
Na natureza, o Sol fornece o calor necessário para que o ar, a água e o
carbono tenham um ciclo. Também é devido à luz do Sol que as plantas realizam
fotossíntese, absorvendo gás carbônico e produzindo material orgânico e oxigênio.
Num processo inverso o homem inspira o oxigênio, liberando CO2, água e calor
necessários à planta. Também transformamos energia em nossas residências, nas
indústrias e no lazer, sempre buscando o nosso conforto. Na cozinha, por exemplo,
a queima do gás butano transforma energia química em térmica utilizada para
cozinhar alimentos, que serão os combustíveis do nosso corpo. O compressor de
uma geladeira faz o trabalho de comprimir o gás refrigerante que se condensa e
vaporiza, retirando nessas transformações calor do interior da geladeira, liberando-o
para o exterior. Transformamos a energia química do combustível em energia
cinética nos transportes. Também é do combustível que provém à energia que
aquece a água e o vapor nas termoelétricas para a produção de energia elétrica. Em
todas essas situações a energia assume diferentes formas. No total a energia se
conserva.
No estudo das máquinas térmicas: da turbina a vapor, do motor a combustão
e da geladeira, podemos verificar que é possível calcular o trabalho produzido a
partir de uma quantidade de calor fornecida:
Q U W
Esse primeiro princípio nos diz que a energia num sistema se conserva.
Mas, se a energia nunca se perde, porque temos que nos preocupar com seu
consumo?
Não podemos nos esquecer de que parte da energia utilizada para realizar
um trabalho é transformada em calor. Não conseguimos, por exemplo, mover um
carro sem que seu motor esquente. Essa parcela de energia transformada em calor
não pode ser reutilizada para gerar mais trabalho. Temos que injetar mais
6 O texto foi retirado e adaptado da referência: GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO
DA FÍSICA - GREF. Física Térmica. São Paulo: EDUSP, 1998.
85
combustível para que um novo ciclo se inicie. Numa hidrelétrica, a energia potencial
da queda d'água só estará novamente disponível porque o ciclo da água, que conta
com o Sol como "fonte inesgotável de energia", se repete.
Mais ou menos cerca de 75% da energia fornecida à um motor a combustão é
perdida. Lembre-se do 1º Princípio da Termodinâmica: Q W U
Para 100 unidades de quantidade de calor (Q) realizamos 25 unidades de
trabalho (W) e perdemos 75 unidades em variação da energia do sistema (U).
Como gastamos muita energia numa máquina térmica, e a gasolina não é barata,
nos preocupamos em saber qual a potência da máquina e o seu rendimento.
Definimos rendimento como a razão entre o trabalho produzido e a energia
fornecida. Se toda energia fosse transformada em trabalho o rendimento seria 1 ou
100%. Isso nunca acontece. Assim, uma máquina potente é a que realiza "mais
trabalho" numa unidade de tempo, isto é, tem um rendimento maior. Para aumentar
o rendimento de um motor à combustão, os construtores aumentam a razão entre o
volume máximo e 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. Além disso, o deslocamento do pistão é tanto maior quanto maior
a razão entre o volume máximo e mínimo. Em outras palavras, aumentar o
rendimento de um motor corresponde a aumentar as variações de pressão e de
volume, o que corresponde no diagrama PxV a um aumento da área interna
delimitada pelo ciclo. Essa área representa o trabalho realizado pela máquina em
cada ciclo. Se numa transformação gasosa considerarmos constante a pressão P
entre os estados 1 e 2 termos o gás variando o seu volume de V1 para V2 e
exercendo uma força F no pistão de área A.
Figura 12 – Diagrama PxV
Fonte: GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DA FÍSICA - GREF. Física Térmica.
São Paulo: EDUSP, 1998
86
Quando se diz que um carro é 1.6 ou 1.8 estamos nos referindo a sua
potência, fornecendo o volume do interior do cilindro disponível para ser ocupado
pela mistura combustível na admissão.
Tal como no motor a combustão, a geladeira trabalha com uma substância de
operação, tem partes que funcionam a altas temperaturas (fonte quente) e a baixas
temperaturas (fonte fria). Enquanto na turbina e motor o calor flui espontaneamente
da fonte quente para a fria (água de refrigeração e atmosfera), na geladeira 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). Para que isso ocorra realiza-se um
trabalho externo sobre o freon para que ele perca calor no condensador e se
evapore no congelador. 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. Na geladeira é o trabalho
externo do compressor que faz com que o calor seja retirado do interior da geladeira.
Q condensador = Q congelador + W compressor
3.4.5 A segunda Lei da Termodinâmica7
Numa época em que os fundamentos teóricos da termodinâmica ainda não
estavam bem determinados, coube ao jovem físico e engenheiro militar francês
Nicolas Léonard Sadi Carnot estabelecer, pela primeira vez em bases teóricas, a
impossibilidade de que certos processos ou fenômenos térmicos acontecessem,
ainda que respeitassem a lei Geral da Conservação da Energia. Carnot estava
envolvido com o estudo teórico das máquinas térmicas capazes de produzir trabalho,
e concebeu uma máquina ideal que lhe permitiu compreender como as máquinas
térmicas eram capazes de produzir movimento a partir de calor. Na época de Carnot
os refrigeradores ainda não existiam, todavia a máquina térmica imaginada por
Carnot pode ser convertida em um refrigerador bastando, para isso, inverter os
processos térmicos implicados em seu funcionamento.
7O texto foi retirado e adaptado da referência: PAULA, Helder de Figueiredo e; PRADO, Johanna
Alida E. Knegt Lopes. Refrigeradores como Máquinas Térmicas. Uma proposta de reformulação
do ensino de física para o Ensino Médio. Ano 1998.
87
O jovem Carnot tinha total clareza acerca da importância do estudo da
“potência motriz do fogo” em sua época. No tratado que escreveu sobre o assunto
em 1824, ele apresentou argumentos de natureza social, econômica e política para
destacar tal importância. As primeiras máquinas térmicas construídas e conhecidas
eram tremendamente ineficazes. Esse é o caso, por exemplo, das máquinas
utilizadas para bombeamento de água concebido por Newcomem. Em função de sua
ineficiência, apenas uma pequena fração do calor absorvido pela substância de
operação podia ser convertida em trabalho útil. Mas qual seria, exatamente, a
origem da ineficiência das máquinas térmicas?Afinal, qual o rendimento máximo
permitido a uma máquina térmica, ainda que fosse apenas teórica e impossível de
ser construída com a tecnologia existente na época de Carnot?
Carnot respondeu a essa questão de maneira brilhante e definitiva. Imaginou
uma máquina térmica na qual um gás ideal seria utilizado como o sistema de
operação capaz de absorver calor de uma fonte quente e transformar calor em
trabalho útil. Apesar de teórica, a máquina de Carnot permitiu à ciência alcançar
duas conclusões fundamentais:
“É impossível construir uma máquina térmica que, operando
em ciclos, transforme em trabalho todo calor a ela
fornecido”;
Ou
“É impossível a construção de um dispositivo que, operando
em ciclos, produza como único efeito a transferência de
calor de um corpo frio a um quente”.
Essas duas afirmações são dois enunciados alternativos da segunda lei da
termodinâmica.
3.4.6 Expansões adiabáticas e mudanças de temperatura8
Por definição, uma transformação adiabática é aquela na qual não
ocorre transferência de calor entre determinado sistema e o ambiente que o cerca. A
rigor, as transformações adiabáticas só poderiam ocorrer para sistemas totalmente
8O texto foi retirado e adaptado da referência: PAULA, Helder de Figueiredo e; PRADO, Johanna
Alida E. Knegt Lopes. Refrigeradores como Máquinas Térmicas. Uma proposta de reformulação
do ensino de física para o Ensino Médio. Ano 1998.
88
isolados como é o caso da garrafa térmica ideal. Alguns processos reais,
transformações sofridas pela substância envolvida acontecem sem uma efetiva troca
de calor com o ambiente que a cerca. Esse é o caso, por exemplo, do líquido a alta
pressão contido no interior de um frasco de desodorante aerossol. Ao pressionarmos
a válvula do aerossol, permitimos que a substância no interior do frasco a alta
pressão empurre o ar atmosférico. Nesse processo, a substância sofre uma rápida
diminuição de temperatura, além de projetar-se na forma de pequenas gotículas
para o espaço exterior ao frasco.
Uma expansão adiabática simples na qual uma substância em expansão
sofre um efeito de diminuição de temperatura semelhante àquele descrito para o
caso do aerossol citado no item anterior, encontra-se ilustrada na figura abaixo. Para
realizar a experiência sugerida na figura, coloque a palma da mão em frente a sua
própria boca. Faça o ar passar por uma pequena abertura feita em seus lábios e
sinta sua temperatura com a palma da mão. Agora, abra mais os lábios e sopre
novamente o ar em direção à palma da mão. Você percebe a diferença na
temperatura do ar ao comparar as duas situações?
Figura 13 – Expansão Adiabática
Fonte: www.físicaevestibular.com.br
Se você possuir um aerossol não tóxico e não poluente poderá fazer uma
exploração adicional. Os aerossóis normalmente contêm CFC’s que agridem a
camada de ozônio e, quando possuem esse componente, devem ser evitados por
uma questão de “consciência ecológica”. Ao dirigir o jato de aerossol contra o fundo
de uma lata de alumínio aberta, podemos sentir o resfriamento tanto da lata de
alumínio quanto da lata de aerossol.
89
3.4.7 Gás de geladeira ainda preocupa o Ministério do Meio Ambiente9
Apesar das indústrias brasileiras não produzirem mais geladeiras, ar-
condicionado e até mesmo aerossol com CFC (clorofluorcarbono) – gás usado em
refrigeração e que destrói a camada de ozônio, ele ainda exige atenção, porque
ainda está presente nas máquinas produzidas antes de 1999, como geladeiras.
Para evitar a liberação dos gases dessas máquinas, o Ministério do Meio
Ambiente está capacitando técnicos em refrigeração para lidar com as máquinas
velhas. Em parceria com o SENAI, a iniciativa está em teste em São Paulo. No
projeto, os técnicos aprendem a não liberar o gás na atmosfera e levá-lo para uma
central de regeneração, local onde é reciclado e pode ser usado novamente.
“É muito comum criar gelo no congelador e, às vezes, a pessoa vai com uma
faca para tirar o gelo e acaba furando e liberando esse gás. Outra coisa, é que se a
geladeira estragar, tomar cuidado para que o técnico que vai consertar seja muito
cuidadoso para não liberar sem necessidade esse gás. Estamos treinando os
refrigeristas para que eles evitem ao máximo liberar esse gás”, afirmou o diretor de
qualidade ambiental do ministério, Rui de Góis, em entrevista à Rádio Nacional da
Amazônia.
Solto na atmosfera, o CFC provoca buracos na camada de ozônio –
responsável por impedir a entrada dos raios ultravioleta do sol na Terra. A exposição
excessiva a esses raios pode causar câncer de pele, glaucoma, e afeta diversos
animais e plantas.
Segundo Góis, a ideia é capacitar 35 mil profissionais nos próximos anos. Ele
informou que o ministério está também buscando soluções para quem vive em
comunidades onde não existem técnicos em refrigeração. “Quem tem uma geladeira
num lugar que não tem centro de manutenção próximo, é muito difícil ter um
mecânico que vá até lá, traga um cilindro para carregar o gás e injetar o gás novo
dentro da geladeira”, explicou o diretor.
Em 1987, diversos países, por meio do Tratado de Montreal, firmaram o
compromisso de substituir os gases CFC pelo HFC (hidrofluorcarbono), que não
agridem a camada de ozônio.
9O texto foi retirado e adaptado da referência: Jornal Ambiente Brasil: <noticias.
ambientebrasil.com. br/?p=18347>>. Acesso em 15abril de 2013.
90
REFERÊNCIAS
A geladeira. Banco Internacional de Objetos Educacionais. Disponível em<http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/17467>. Acesso em 28 fev. 2013. DELIZOICOV; Demétrio; ANGOTTI, José A. Física. 2. ed. São Paulo: Cortez, 2003.
GÁS da geladeira ainda preocupa o Ministério do Meio Ambiente. Ambiente Brasil. Disponível em http://noticias.ambientebrasil.com.br/clipping/2005/03/13/ 18347-gas-de-geladeira-ainda-preocupa-o-ministerio-do-meio-ambiente.html. Acesso em 15 abr. 2013.
HOSOUME, Yassuko; MENEZES, Luís Carlos de (Coord.). GREF: GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DA FÍSICA. Física Térmica. São Paulo: EDUSP, 1998.
HOSOUME, Yassuko; MENEZES, Luís Carlos de (Coord.). GREF: GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DA FÍSICA. Física Térmica. São Paulo: EDUSP, 2005.
MÁQUINAS térmicas, 03 mar.2009. Disponível em: <http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/index.aspx?ID_OBJETO=103119&tipo=ob&cp=780031&cb=&n1=&n2=Roteiros%20de%20Atividades&n3=Ensino%20M%C3%A9dio&n4=F%C3%ADsica&b=s> .Acesso em 28 fev. 2013.
MINAS GERAIS. Secretaria de Estado da Educação. Proposta curricular de física do ensino médio (CBC). Belo Horizonte: 2007. Disponível em: <http://crv.educacao. mg.gov.br/SISTEMA_CRV/banco_objetos_crv/E991B45A2C3C46CBADE0306C700EC80C712013152742_READEQUA%C3%87%C3%83O%20DO%20CBC%20DE%20F%C3%8DSICA%20%282%29. Pdf>. Acesso em 28 fev. 2013.
PAULA, Helder de F.; ALIDA, Johanna. Refrigeradores Como Máquinas Térmicas. Projeto de reformulação curricular e de capacitação de professores do ensino médio da rede estadual de Minas Gerais, 1998.
UMA síntese do funcionamento de um refrigerador doméstico. GEF-UFSM. Disponível em: <www.ufsm.br/gef/textos/refrigerador.pdf>. Acesso em 15 de Abr. 2013.
91
4. APLICAÇÃO DO PRODUTO
Apresenta-se neste capítulo o processo de aplicação do produto e análise
dos dados obtidos por meio do questionário da problematização inicial e questionário
pós-aula aplicados a alunos do segundo ano do ensino médio de uma escola
estadual de Ipatinga. Na verdade a escolha não foi feita por turma, e sim, pelo
conteúdo “Termodinâmica” que de acordo com o Apêndice C(currículo do CBC) deve
ser trabalhado no segundo ano do ensino médio. Consultando o Apêndice C pode-
se verificar a readequação do CBC de física à estrutura curricular. No Apêndice B,
pode-se observar o detalhamento dos tópicos e habilidades do tema estruturador
calor, ambiente e usos de energia que norteia nosso trabalho.
A aplicação do produto na sala de aula possibilitou realizar discussões
acerca das concepções desses alunos em relação ao tema desenvolvido e também
testar o produto.
4.1. Perfil da população
Participaram da pesquisa 32 alunos do Ensino Médio de uma escola
estadual de Ipatinga. Todos esses alunos são de uma mesma turma de segundo
ano do Ensino Médio. Essa turma apresenta um comportamento e participação
regular, sabe ouvir e respeitar, porém, mostra rendimento insuficiente, 14 alunos são
repetentes. Para minimizar as dificuldades da turma foi sugerido o acompanhamento
com o pedagogo da escola e parcerias com algumas faculdades, além de propor um
trabalho diferenciado através de projetos, discutindo o conteúdo de forma
contextualizada, com aula de reforço para os casos mais críticos.
4.2. Aplicação do produto educacional
O produto educacional foi aplicado pela autora do trabalho que leciona para
essa turma. Para aplicação do produto foram disponibilizadas um total de quatorze
aulas de 50 minutos, em que os momentos de aprendizagem foram divididos de
acordo com o quadro 2.
92
Quadro 2- Momentos pedagógicos
Momentos pedagógicos Número de aulas
Problematização inicial 02
Organização do conhecimento 07
Aplicação do conhecimento 05
Na primeira aula, começou-se com a problematização inicial, quadro 3, na
qual a turma separada em pequenos grupos discutiu e respondeu a três
questionamentos a respeito do refrigerador doméstico. Na segunda aula foi feito um
apanhado dos resultados dos grupos sistematizando-os para a turma. É interessante
observar que apesar de tratar-se de uma turma fraca, todos quiseram participar nos
questionamentos e relatar seus conhecimentos sobre o assunto.
Quadro 3 - Problematização inicial
Problematização inicial Número de aulas
Questionário pré-aula 01
Apanhado dos resultados dos grupos 01
A partir da terceira aula começou-se a trabalhar a Organização do
Conhecimento. Nesse momento pedagógico utilizaram-se sete aulas de 50 minutos,
em que foi trabalhada a animação: A geladeira. Discutiu-se o funcionamento da
mesma de forma mais aprofundada, trabalhando todos os textos disponibilizados no
produto educacional. A dinâmica de utilização dos textos foi feita da seguinte forma:
pediu-se aos alunos que fizessem uma leitura prévia deles e logo em seguida houve
uma discussão coordenada pelo professor. Aproveitou-se para explicar através de
cada texto: os aspectos históricos dos refrigeradores, o funcionamento do
refrigerador, medidas adotadas para economizar energia e mudança de estado
físico. Foram trabalhadas também as leis da termodinâmica, expansão e a
compressão adiabática. Os textos permitem abordar e discutir conceitos importantes
dentro do assunto e de forma contextualizada. Para que não ficasse cansativo o
professor trabalhou a simulação juntamente com os textos de forma a inserir em
cada parte da animação determinado texto que se encaixasse com o momento.
Fonte: Elaborado pela autora
Fonte: Elaborado pela autora
93
Exceto a primeira e a segunda lei da termodinâmica que foram discutidas
separadamente e após a animação, cada texto em uma aula. No quadro 4 é
detalhada a etapa de organização do conhecimento.
Quadro 4 - Organização do conhecimento
Organização do conhecimento Número de aulas
Simulação: A geladeira
Ícone: Introdução
Máquinas térmicas: aspectos históricos
01
Simulação: A geladeira
Ícone: A geladeira
Gás de geladeira ainda preocupa o Ministério
do Meio Ambiente
01
Simulação: A geladeira
Ícone: Etapas de funcionamento
Uma síntese do funcionamento de um
refrigerador doméstico
O que a geladeira tem?
02
Simulação: A geladeira
Ícone: Economizando energia
Dentro de Etapas de funcionamento voltar em
Válvula de expansão e trabalhar juntamente
com o texto: Expansões adiabáticas e
mudanças de temperatura
01
A Primeira Lei da Termodinâmica, potência e
perdas térmicas.
01
A segunda Lei da Termodinâmica 01
A partir da décima aula iniciou-se a Aplicação do conhecimento. Solicitou-se
aos alunos que fizessem um painel resumindo o processo de funcionamento da
geladeira, na forma de dever de casa, com imagem de cada parte da geladeira e a
descrição do que estava ocorrendo.
Discutiram-se hábitos que precisavam ser adotados para a economia de
energia, como: não colocar roupa para secar no fundo da geladeira, não deixar a
porta aberta, limpar as partes internas e externas, não colocar comida quente dentro
da geladeira, entre outros. Realizaram-se as duas práticas relacionadas ao assunto
Fonte: Elaborado pela autora
94
sugeridas no Roteiro de atividades (Expansão e compressão de um líquido/gás e
trabalho mecânico). Solicitou-se aos alunos que respondessem ao questionamento
da atividade 03, em que inclusive foram retomadas as perguntas feitas na
problematização inicial para verificar o que o aluno assimilou. Os alunos fizeram
também as atividades 04, 05 e 06 a respeito do assunto: Primeira lei, segunda lei e
refrigeradores.
Na última aula, os alunos responderam ao questionário pós-aula no qual se
fez uma sondagem a respeito do que foi assimilado e buscando a opinião do aluno a
respeito do assunto discutido, material usado e aula dada pelo professor. No quadro
5 são detalhadas as atividades desta etapa em função do número de aulas.
Quadro 5 - Aplicação do conhecimento
Aplicação do conhecimento Número de aulas
Atividade 01 – Expansão ou compressão de um
líquido e Trabalho mecânico
Atividade 02 – Expansão ou compressão de um
gás e Trabalho mecânico
01
Atividade 03 – Questionamentos 01
Atividade 04 e 05 01
Atividade 06 01
Questionário pós-aula 01
4.3. Análise dos resultados
Apresentam-se as respostas referentes às questões que constituem os
questionários da problematização inicial e pós-aula, aplicados aos alunos de
segundo ano. Após consolidar os resultados realiza-se uma análise comparativa dos
dados obtidos.
4.3.1 Pré-teste: Problematização inicial
A problematização inicial, constituída de duas questões, foi aplicada antes
das discussões a respeito do tema. Elas permitem identificar os conhecimentos
prévios dos alunos a respeito dos refrigeradores domésticos.
Foram entrevistados 32 alunos do segundo ano do ensino médio divididos
Fonte: Elaborado pela autora
95
em seis grupos. Denominamos os grupos por G1, G2, etc.
Em relação à primeira pergunta do questionário, sobre a estimativa da época
em que a geladeira foi inventada, todos os grupos entrevistados relataram que foi
em meados do século XIX e XX. E se o primeiro modelo tinha o mesmo princípio de
funcionamento, as respostas foram variadas como pode-se observar abaixo:
“A época é 1890. Não, porque naquela época não existia muita tecnologia” (Grupo G2). “No século XIX. Não” (G6). “Mais ou menos em 1823. Não, a geladeira de hoje é muito melhor” (G3). “Em 1890. Não porque hoje os refrigeradores são mais econômicos” (G1). “Mais ou menos em 1823. Não, a geladeira de hoje é mais evoluída” (G4). “Em 1982. Não porque antigamente não existia uma tecnologia avançada como agora” (G5).
Todos os grupos acham que o princípio de funcionamento não é o mesmo
em função do avanço da tecnologia. Os motores ou máquinas vistas diariamente
como, por exemplo, o motor de uma geladeira ou um motor de um veículo
automotivo, são máquinas térmicas, pois realizam o processo de conversão de calor
em trabalho, operando sempre em ciclos. Portanto, apesar da evolução e tecnologia,
o princípio básico de funcionamento continua o mesmo.
Na segunda questão, em que é solicitada, baseando-se apenas na memória
ou conhecimento que se tem sobre o assunto, a descrição de todos os aspectos
relativos à estrutura e ao funcionamento de uma geladeira doméstica, constatou-se
que quatro grupos descreveram aspectos relativos à estrutura da geladeira e
nenhum grupo conseguiu realmente explicar o processo de funcionamento do
refrigerador doméstico, como pode ser observado nas respostas abaixo:
“Tem uma estrutura de 1 metro e 70 cm de altura, tem congelador, porta ovos, caixa de legumes, compartimento para alimentos, algumas tem filtro, é de metal, tem motor para seu funcionamento, tem porta, algumas descongelam automaticamente e outras tem um botão próprio para isso, tem porta enlatados, os pés, o cabo para ligá-la, ela tem luz e precisa de energia para seu funcionamento” (G1). “Ela é retangular, feita de aço, o motor faz a geladeira ficar com o ar frio e tem um gás” (G4). “Tem caixa de legumes, congelador, luz prateleiras para colocar os alimentos, aço, plástico, puxador, motor, porta-gelo, etc.” (G5). “Os aspectos são conservar os alimentos, funciona ligada na energia e tem vários níveis de funcionamento” (G2). “Utiliza um gás no interior de sua tubulação e precisa de energia para funcionar” (G3). “Funciona através de energia elétrica” (G6).
96
Percebe-se que quatro grupos afirmam que a geladeira precisa de energia
elétrica para funcionar e os grupos G1, G4, G5 e G3 mencionam partes da geladeira
que serão discutidas (congelador, gás, motor). A resposta do grupo G2 é bastante
vaga porque não fica claro o que seriam vários níveis de funcionamento.
De acordo com os dados da pesquisa, percebe-se que a grande maioria dos
entrevistados sabe pouca coisa a respeito do funcionamento dos refrigeradores
domésticos apesar de ser um exemplo de máquina térmica invertida que faz parte do
cotidiano.
De um modo geral, entende-se que a maioria dos alunos entrevistados
possui alguma familiaridade com a geladeira no sentido que eles apresentam uma
noção com relação à época em que a geladeira foi inventada, porém, a familiaridade
é mais com aspectos históricos e estruturais da geladeira do que com a própria
Termodinâmica.
4.3.2 Pós-teste
O questionário pós-aula, constituído por quatro questões, foi aplicado no
término da aula sobre refrigeradores domésticos ao final da etapa de Aplicação do
conhecimento. Foi elaborado para essa pesquisa um modelo de questionário pós-
aula (Apêndice D), direcionado ao aluno. O questionário apresenta questões que
permitem analisar o resultado da aplicação do produto, se o conteúdo foi realmente
assimilado e qual a avaliação dos alunos com relação às aulas e material utilizado.
Deve-se ressaltar que o questionário pós-aula foi aplicado na forma de uma
avaliação em que os alunos responderam sem utilizar material algum (livros e
cadernos), individual, para que de fato pudesse verificar quais alunos assimilaram o
assunto e verificar a real eficiência de nosso produto educacional. Não tiveram a
ajuda do professor e nem dos colegas.
As questões 01e 04 têm por finalidade investigar se os entrevistados
assimilaram os conceitos e informações a respeito do assunto abordado, estas
questões são as mesmas utilizadas na Problematização inicial. As questões 02 e 03
permitem identificar a opinião e avaliação do aluno em relação ao assunto
apresentado e material utilizado na aula. As perguntas do questionário pós-aula são
mostradas no quadro 6.
97
Quadro 6 – Perguntas do questionário pós-aula
Questionário pós-aula
1) Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro modelo tinha
o mesmo princípio de funcionamento do que o modelo atual?
2) Qual a sua opinião sobre os assuntos discutidos na aula? Justifique.
3) Como você avalia a aula dada e o material utilizado pelo professor? Justifique.
4) Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você já tem sobre o
assunto, tente descrever todos os aspectos relativos à estrutura e ao funcionamento
de uma geladeira doméstica.
Fonte: Elaborado pela autora
4.3.3 Dados do questionário pós-aula
Na discussão dos resultados obtidos optou-se por utilizar à letra A seguida
por um número (de 1 a 32) para identificar os alunos, pois neste caso as respostas
são individuais.
No que diz respeito à primeira questão do questionário, constata-se que a
maioria dos alunos entende que os refrigeradores domésticos surgiram em meados
do século XIX. Como pode ser verificado em algumas respostas dos alunos:
“Na década 1850 no século XIX” (A13). “Em 1849 no final do século XIX e início do século XX começou a ser usado. Sim, tinha o mesmo princípio de funcionamento” (A25). “1850, sim, tinham o mesmo princípio só mudou o modelo, mais funcionam com o mesmo princípio” (A2). “1850, mas só no século XX foi adquirido pelas domésticas.” (A7).
Todos os alunos afirmaram que o primeiro modelo do refrigerador tinha o
mesmo princípio de funcionamento que o atual. Doze alunos afirmaram que “Sim,
baseia-se na segunda lei da termodinâmica” ou “Sim, baseia-se nas leis da
termodinâmica”, enquanto que vinte alunos afirmaram que “Sim, apesar da evolução
o princípio básico continua o mesmo”.
Ao analisar as respostas dos alunos, percebe-se que informações e
conceitos referentes ao assunto desenvolvido na aula, foram usados na tentativa de
caracterizar a época em que o refrigerador surgiu e sobre as mudanças no princípio
de funcionamento. Esse fato indica um resultado positivo em relação à aplicação do
98
produto.
Na segunda pergunta, que se refere à opinião sobre os assuntos discutidos
na aula, as respostas foram muito semelhantes, verifica-se que todos classificaram o
assunto em muito interessante, ótimo, muito bom, bom, importante, útil e bacana,
como mostrado no quadro 7.
Quadro 7 – Classificação das opiniões dos alunos sobre os assuntos
discutidos
Respostas Número de alunos
Muito interessante 12
Bom 05
Muito bom 02
Bacana 02
Útil 01
Ótimo 03
Importante 07
Fonte: Elaborado pela autora
Em relação à opinião dos entrevistados sobre o assunto discutido na aula,
verifica-se que a maioria (27 alunos) classificou o assunto em muito interessante,
importante, proveitoso, ótimo e muito bom, como pode ser observado nos relatos
dos alunos abaixo:
“Muito interessante. Porque matamos nossa curiosidade e tiramos nossas duvidas sobre a matéria estudada” (A14). “Foi muito bom, pois aprendemos muitas coisas sobre a geladeira que não sabíamos e vários tipos de medidas que devemos” (A26). “Ótima, pois aprendi coisas que eu não sabia além de ser interessante” (A23). “Muito importante, pois as vezes temos algo em casa e não sabemos o que podem nos beneficiar ou prejudicar e até mesmo como funciona” (A15). “Minha opinião é que foi bem interessante saber como a geladeira funciona” (A17). “Achei muito interessante, pois aprendi sobre uma coisa que eu nem imaginava sobre a geladeira” (A5). “Interessante, pois descobrimos como é o funcionamento de uma máquina tão importante como a geladeira. E enfim entendemos” (A4).
O aluno (A27) ressaltou: “Eu acho que essas aulas foram bem proveitosas e
ajudou a conhecermos melhor o funcionamento de uma geladeira e o que devemos
fazer ou não mediante a uma geladeira”.
99
Na questão seguinte foi solicitado aos entrevistados que avaliassem a aula e
material usado pelo professor. Constata-se que todos os alunos avaliaram de
maneira positiva o que foi apresentado, inclusive mencionando em alguns casos a
importância das aulas práticas, conforme evidenciado nos exemplos a seguir:
“Foi ótimo, eu acho que aulas práticas tem mais rendimento que aula teórica” (A27). “Excelente. O material dado é de excelente qualidade, fazendo com alunos aprendam com facilidade” (A14). “É muito boa a explicação e é bom também o material porque nós não temos este suporte e isso nos ajuda também” (A22). “Avalio em ótimo. Porque nós só não aprendemos na teoria como também na prática” (A6). “Foi nota 10, gostei muito, é muito legal saber o funcionamento da geladeira” (A17). “Bom. O material é de boa qualidade e bem organizado” (A20). “Ótima, pois foi uma aula bem divertida e ao mesmo tempo com muita utilidade.” (A7).
Em relação à avaliação da aula e do material utilizado, constata-se que
todos os alunos avaliaram de maneira positiva o que foi apresentado. Analisando as
justificativas, percebe-se que, na visão da maioria dos entrevistados, o planejamento
da aula e o uso de recursos didáticos, são fatores importantes para o
desenvolvimento de uma boa aula.
Verifica-se que após as discussões sobre o assunto abordado na aula, a
maioria dos alunos entrevistados (28 alunos) foi capaz de descrever o
funcionamento do refrigerador doméstico e todos os aspectos relativos à sua
estrutura. Esse dado indica um resultado positivo em relação à aplicação do produto.
A seguir são mostrados alguns exemplos das descrições feitas pelos alunos.
“O motor é o coração da geladeira, ele obriga o gás HFC a subir pela serpentina, na serpentina ocorre a troca de calor com o meio ambiente liquefazendo. Depois ele sai para a válvula de expansão que funciona como um spray jogando o líquido no congelador no evaporador. O líquido rouba calor do congelador e voltando a ser gás permanecendo assim, o ciclo se completa” (A23). “O motor bombeia o gás até a serpentina onde ele perde calor, depois ele passa por uma válvula que leva o gás para o congelador, onde ele vai roubar calor e voltar para o motor repetindo o processo” (A17). “O compressor comprime o gás para obrigar o mesmo a subir, quando o gás passa pelo radiador ele perde calor para o meio ambiente, ao perder calor, ele se torna líquido, subindo para o evaporador que é a tubulação do congelador. Ao passar pelo congelador, o gás retira calor do congelador e volta ao seu estado gasoso” (A5). “Tudo começa pelo motor que bombeia o gás jogando ele no condensador que passa pela serpentina do condensador onde dispensam calor do gás e vai para válvula de expansão onde uma vez tornado líquido pela
100
temperatura adquirida, é pressionado no congelador aonde se torna gás de novo” (A12, A15). “O motor bombeia o gás até a serpentina onde o gás perde calor para o ambiente, depois ele passa para por uma válvula de descompressão que leva o gás para o congelador, onde rouba calor voltando para o estado gasoso e volta para o motor repetindo o processo” (A16).
A resposta do aluno A30 tem um caráter diferente porque ele preocupa-se
mais em analisar a eficiência da geladeira do que propriamente descrever seu
funcionamento.
“As paredes da geladeira – Quando mais eficiente o isolamento térmico proporcionalmente pelas paredes da geladeira, menor será a necessidade de acionamento do motor e proporcionalmente menor será o gasto de energia elétrica. A tubulação onde circula a substância refrigerante é uma tubulação pintada de preto” (A30).
Os outros três alunos mostraram dificuldade em descrever o funcionamento
do refrigerador doméstico e os aspectos relativos à sua estrutura, como se verifica
abaixo:
“Bom, ela serve para conservar o alimento”. (A18). “Os aspectos da geladeira são as paredes, a tubulação, o congelador, o condensador, o evaporador, etc.” (A11). “Aprendi que o motor joga o ar para a tubulação e circula na parte interna” (A21).
Pode-se observar que o aluno A11 descreve aspectos da estrutura, porém
não fala nada do funcionamento do refrigerador doméstico.
De acordo com os dados obtidos, percebe-se que a contextualização da
física através dos refrigeradores domésticos e a proximidade do assunto com o
cotidiano do aluno contribuíram para uma aula mais interessante, despertando a
curiosidade dos entrevistados em saber mais sobre outras aplicações.
4.4. Discussão dos resultados
De um modo geral, a análise dos dados do questionário pós-aula, indica um
resultado satisfatório em relação à aplicação do produto. Observa-se que a maioria
dos alunos assimilou informações e conceitos discutidos durante a aula.
Pode-se perceber que o aluno sente falta de uma aula diferente, voltada
para seu cotidiano e que ao mesmo tempo ele possa trabalhar com experimentos e
101
emitir suas opiniões, como verifica-se numa das colocações de um aluno:
“Aprendemos sobre o assunto de forma descontraída, a explicação muito boa
e com isso nos ajudando a descobrir o que nem imaginamos sobre a geladeira”
(A31).
Com relação às duas práticas aplicadas em sala (Expansão e compressão
de um líquido e trabalho mecânico e Expansão e compressão de um gás e trabalho
mecânico) pode-se relatar que foram extremamente importantes, os próprios alunos
levaram os materiais e realizaram o procedimento que foi pedido no roteiro em
grupo. Ao realizar a prática, a maioria dos alunos conseguiu responder aos
questionamentos e conseguiu perceber a relação entre energia interna e
temperatura, realização de trabalho pelo sistema (expansão), realização de trabalho
sobre o sistema (compressão). Comparando o pré-teste com o pós-teste percebe-se
que houve uma evolução significativa com relação ao assunto abordado como se
pode perceber no quadro 8.
Quadro 8– Comparação entre pré-teste e pós-teste
Questões Questionário Problematização
inicial
Questionário pós-aula
Sobre o princípio de
funcionamento do
refrigerador antigo e
atual ser o mesmo
100% dizem que não
100% dizem que sim
Descrição dos aspectos
relativos à estrutura e
funcionamento de uma
geladeira
Nenhum grupo conseguiu
explicar o processo de
funcionamento do refrigerador
doméstico
87,5% dos alunos foram
capazes de descrever o
funcionamento do refrigerador
doméstico
Fonte: Elaborado pela autora
No pré-teste os alunos descreveram a respeito da estrutura e nenhum deles
conseguiu descrever o funcionamento do refrigerador doméstico. Já no pós-teste,
vinte e oito alunos foram capazes de descrever o funcionamento do refrigerador
doméstico.
É importante ressaltar que tanto no pré-teste quanto no pós-teste os alunos
não utilizaram material de consulta, responderam o que de fato sabiam e o que
assimilaram nas aulas.
102
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Muitas vezes a Física é explicada de uma forma descontextualizada e sem
nenhum sentido para o aluno. O grande desafio proposto por este trabalho está na
tentativa de tornar o ensino de Física no nível médio mais contextualizado e
atraente. Para isso, teve-se o cuidado de preparar um teste de sondagem para os
professores que reforçou a necessidade de um material didático que apresentasse
uma metodologia capaz de explicar a Termodinâmica de forma contextualizada e ao
mesmo tempo em que auxiliasse o professor no planejamento de suas aulas. Assim,
a justificativa para elaboração desse Produto Educacional está no resultado da
aplicação de um questionário de sondagem a professores de Física do Ensino
Médio. Os dados obtidos na pesquisa indicam que a grande maioria dos professores
trabalha a Termodinâmica, no entanto, evidencia-se nas respostas dos professores a
dificuldade de sair da sequência tradicional para uma sequência mais
contextualizada seja pela falta de tempo, carga horária reduzida ou dificuldade em
articular conhecimentos.
O Produto Educacional é composto por textos informativos relacionados ao
estudo dos refrigeradores e atividades baseadas nos três momentos pedagógicos de
Delizoicov. Esse material, direcionado principalmente a professores de física do
ensino médio, tem por finalidade ajudar o professor na articulação dos
conhecimentos envolvidos, possibilitando aulas mais contextualizadas e
interessantes. Assim, trabalha-se numa perspectiva interdisciplinar, contribuindo
para uma visão menos fragmentada dos fenômenos estudados na física.
Nosso Produto Educacional foi dividido de forma que se trabalha
primeiramente com a problematização inicial através do uso de um breve texto
motivador e alguns questionamentos sobre a geladeira. Em seguida, no segundo
momento, trabalham-se a animação (A geladeira) e Textos informativos. No final,
aplica-se o conhecimento adquirido através da realização de dois experimentos:
Expansão ou compressão de um gás e um líquido e Trabalho mecânico. Preparam-
se também, no momento da Aplicação do Conhecimento, diversas atividades que
proporcionem aos alunos um ganho real em termos de aprendizagem dos conceitos
de Física.
Nosso aporte teórico está baseado no desenvolvimento de competências e
habilidades descritas nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) para o Ensino
103
Médio (BRASIL, 2000), na Proposta Curricular (CBC) de Física do Estado de Minas
Gerais (MINAS GERAIS, 2007) e na Proposta de Ensino de Física para o Ensino
Médio constante no livro Física (DELIZOICOV; ANGOTTI, 2003).
De acordo com os PCNEM, a formação básica a ser buscada no Ensino
Médio:
Realizar-se-á mais pela constituição de competências, habilidades e disposições de condutas do que pela quantidade de informação. Aprender a aprender e a pensar, a relacionar o conhecimento com dados da experiência cotidiana, a dar significado ao aprendido e a captar o significado do mundo, a fazer a ponte entre teoria e prática, a fundamentar a crítica, a argumentar com base em fatos, a lidar com o sentimento que a aprendizagem desperta. (BRASIL, 2000, p. 75).
Assim acredita-se que nosso trabalho corresponde aos pressupostos da
proposta curricular estabelecida pelos Parâmetros Curriculares do Ensino Médio.
Constata-se a importância de trabalhos que tenham como objetivo investigar
novas estratégias de ensino porque nossos alunos estão em constante mudança e
assim tem-se a chance de transformar o ensino tradicional em um ensino inovador e
mais voltado para o cotidiano do aluno. Parte-se do pressuposto de que só é
possível explicar um fenômeno a partir do momento em que este seja pessoalmente
significativo, a curiosidade deve ser despertada nos estudantes.
Analisando o resultado da aplicação do produto educacional proposto
percebe-se uma melhor assimilação e entendimento do funcionamento do
refrigerador doméstico. O material usado e a forma como foi conduzida a aula
despertou o interesse do aluno em saber mais sobre a termodinâmica e as máquinas
térmicas, mostrando que a abordagem contextualizada a partir do cotidiano pode
contribuir para a aprendizagem, principalmente porque a geladeira faz parte do dia-
a-dia de todo mundo.
Por meio das atividades propostas, apresentam-se alguns conteúdos básicos
da Termodinâmica de uma maneira mais atraente e ilustrativa, propiciando assim um
maior envolvimento dos alunos nas aulas de Física. Deseja-se que o produto
educacional desenvolvido seja um diferencial no planejamento e execução das
aulas, e de fato possa servir de subsídio e fonte de pesquisa para professores de
Física do Ensino Médio.
Espera-se também que o material propicie momentos de reflexão sobre como
a Física tem sido abordada no Ensino Médio e que sirva de inspiração para o
104
desenvolvimento de outras pesquisas que possam contribuir com novas
metodologias de ensino.
105
REFERÊNCIAS
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106
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108
APÊNDICE A – QUESTIONÁRIO DE SONDAGEM
QUESTIONÁRIO SONDAGEM
Caro professor,
Este questionário está vinculado a uma pesquisa didática realizada junto a
professores de Física que atuam no Ensino Médio.
A sua participação é de extrema importância e assim pedimos a gentileza de
responder as perguntas. Sinta-se à vontade para responder, porque qualquer
comentário ajudará no cumprimento de nosso objetivo, que é o de elaborar um
material que sirva de subsídio a você, professor, para elaboração e condução de
aulas relacionadas ao tema “Termodinâmica”.
Peço que se identifique, para que, se for necessário, nós possamos entrar em
contato com você para a realização de etapas posteriores ou esclarecimentos de
dúvidas. Seu nome será mantido em sigilo na divulgação da pesquisa.
Estamos à sua inteira disposição para qualquer informação em relação à
pesquisa.
Desde já agradecemos sua participação.
Ívina Carlos de Assis / Orientadora: Adriana Gomes Dickman
E-mail: [email protected]
109
IDENTIFICAÇÃO DO PROFESSOR:
Nome: ________________________________________________________
Telefone de Contato: (____)________________________________________
E-mail: ________________________________________________________
Nome da Escola: ________________________________________________
Telefone da Escola: (____)_________________________________________
QUESTIONÁRIO PRELIMINAR
1 – Sobre a sua formação acadêmica:
1.1) Titulação:
( ) Pós-Doutorado ( ) Doutorado ( ) Mestrado
( ) Especialização Lato-Sensu ( ) Graduação
( ) Outro. Qual? ______________________________________________
1.2) Qual o tipo de graduação que você cursou?
( ) Bacharelado ( ) Licenciatura ( ) Tecnólogo
1.3) Qual curso você fez?
( ) Biologia ( ) Física ( ) Química
( ) Outro. Qual? ______________________________________________
1.4) Durante a sua graduação, você cursou alguma disciplina relacionada à
Termodinâmica?
( ) Sim. Qual? _______________________________________________
( ) Não
1.5) Se sim, relacione os conteúdos discutidos?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
110
1.6) Quais livros foram utilizados?
___________________________________________________________________
2 – Sobre a sua atuação profissional:
2.1) Há quanto tempo leciona Física?
( ) Entre 0 e 5 anos ( ) Entre 5 e 10 anos ( ) Mais de 10 anos
2.2) Você já abordou o tema “Termodinâmica” em suas aulas? Em caso afirmativo,
especifique o que foi abordado.
( ) Sim ( ) Não
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
2.3) Como você introduz o tema em suas aulas?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
2.4) Você costuma relacionar o assunto com o cotidiano do aluno? De que forma?
___________________________________________________________________
2.5) Especifique como é discutido o tema Máquinas térmicas?
( ) Conceitos ( ) Exercícios ( ) Exemplos do dia-a-dia ( ) Esquemas
2.6) Você discute o funcionamento da geladeira em sala de aula? Em caso
afirmativo, como é feita a discussão?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
111
2.7) Descreva como o assunto é abordado em sala de aula(metodologia utilizada).
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
2.8) Você utiliza algum livro didático ou apostila como referência? Qual?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
3 – Outras considerações:
Tendo em mente que vamos elaborar uma cartilha contendo uma proposta para
ensinar Termodinâmica de uma maneira contextualizada, escreva aqui alguma outra
observação que você julga ser importante:
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Professor,
Estamos certos de que sua contribuição será fundamental para a adequação de
nosso material didático à realidade educacional brasileira.
Obrigada!
Ívina Carlos de Assis
Mestranda em Ensino de Física – PUC Minas
112
APÊNDICE B – TEMA ESTRUTURADOR: CALOR E MOVIMENTO
De acordo com o PCN+ a Física deve apresentar-se, portanto, como um
conjunto de competências específicas que permitam perceber e lidar com os
fenômenos naturais e tecnológicos, presentes tanto no cotidiano mais imediato
quanto na compreensão do universo distante, a partir de princípios, leis e modelos
por ela construídos.
Isso implica, também, a introdução à linguagem própria da Física, que faz uso
de conceitos e terminologia bem definidos, além de suas formas de expressão que
envolve, muitas vezes, tabelas, gráficos ou relações matemáticas. Ao mesmo tempo,
a Física deve vir a ser reconhecida como um processo cuja construção ocorreu ao
longo da história da humanidade, impregnada de contribuições culturais,
econômicas e sociais, que vem resultando no desenvolvimento de diferentes
tecnologias e, por sua vez, por elas sendo impulsionado.
Os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2002) e o CBC (MINAS
GERAIS, 2007), trabalham com temas estruturadores. Nessa perspectiva, foram
privilegiados pelos PCN+ seis temas estruturadores com abrangência para organizar
o ensino de Física:
1. Movimentos: variações e conservações.
2. Calor, ambiente e usos de energia.
3. Som, imagem e informação.
4. Equipamentos elétricos e telecomunicações
5. Matéria e radiação
6. Universo, Terra e vida.
Cada tema possui ligação com os demais, não devendo ser trabalhado
isoladamente.
Para dar mais consistência à proposta de trabalhar com temas, apresentamos
o detalhamento dos tópicos e habilidades do tema estruturador Calor, ambiente e
usos de energia, adaptado da proposta curricular (CBC) de Física do Estado de
Minas Gerais (MINAS GERAIS, 2007).
113
Quadro 9 – Tópicos e habilidades do tema estruturador calor, ambiente e
usos de energia
Tema 5: Calor e Movimento
13. Trabalho e calor 13.1. Aplicar o conceito de energia e suas propriedades para compreender situações envolvendo aquecimento de um corpo por meio de trabalho. 14. Máquinas térmicas 14.1. Aplicar o conceito de energia e suas propriedades para compreender situações envolvendo máquinas térmicas.
13.1.1. Compreender que a energia interna de um corpo está associada à energia de movimento aleatório das partículas do corpo e à organização/estrutura dessas partículas. 13.1.2. Saber que a temperatura de um corpo é uma grandeza que está associada à sua energia interna. 13.1.3. Compreender que a aplicação de uma força em um corpo, realizando um trabalho, pode produzir aquecimento, como, por exemplo: atritando dois corpos, comprimindo o ar numa bomba, etc. 13.1.4. Compreender que um corpo pode ser aquecido por dois processos: fornecendo calor a ele ou realizando trabalho sobre o corpo. 14.1.1. Compreender processos em que o fornecimento de calor a um sistema, ou corpo, pode produzir aumento de seu volume, resultando na realização de trabalho. 14.1.2. Saber descrever, usando diagramas, processos onde uma fonte quente fornece calor a um gás contido num cilindro fechado por um pistão móvel, destacando as situações em que ocorre realização de trabalho. 14.1.3. Compreender que o sistema cilindro-gás poderá representar uma máquina térmica se o pistão voltar à sua posição inicial para realizar a expansão novamente, em ciclos sucessivos. 14.1.4. Saber que, para o pistão voltar à posição inicial, é necessário que o gás ceda calor para o ambiente. 14.1.5. Compreender que o funcionamento de máquinas térmicas requer sempre troca de calor entre duas fontes, uma quente e outra fria. 14.1.6. Compreender que, numa máquina térmica, só uma parte do calor fornecido é transformado em trabalho.
Fonte: Currículo Básico Comum – CBC, 2007
114
APÊNDICE C – READEQUAÇÃO DO CBC DE FÍSICA À ESTRUTURA
CURRICULAR
READEQUAÇÃO DO CBC DE FÍSICA À ESTRUTURA CURRICULAR DO
REINVENTANDO O ENSINO MÉDIO
Arjuna C. Panzera, Arthur E. Q. Gomes e Dácio G. Moura1.
Esta é a nova versão da Proposta Curricular de Física adaptada às normas
dispostas pela Resolução SEE-MG, Nº 2030, de 25 de Janeiro de 2012.
Quadro10 - Distribuição de conteúdos de Física por ano
1º ano 2º ano 3º ano
1. O Sol e as Fontes de
Energia.
1. Distribuição de Energia na
Terra.
1. Eletrostática
2. Energias: Cinética, Potencial
Gravitacional e Potencial
Elástico.
2. Temperatura, Dilatação e
Calor.
2. Corrente, voltagem e
resistência.
3. Trabalho e Máquinas
Simples.
3. Transferência de calor por
condução, convecção e
radiação.
3. Transformações de Energia
nos Circuitos Elétricos
4. Conservação da Energia
Mecânica.
4. Mudanças de Fase 4. Potência.
5. 1ª Lei de Newton 5. Trabalho e calor, 1ª e 2ª Lei
da Termodinâmica.
5. Ímãs e Efeitos Magnéticos de
Correntes
6. 2ª Lei de Newton 6. Ondas e som. 6. Motores e Geradores
7. 3ª Lei de Newton 7. Propagação da Luz e Cores 7. Ondas eletromagnéticas
Fonte: Centro de Referência Virtual do Professor – CRV
Para o 1º ano foram propostos os conteúdos de Mecânica, mantida a
estrutura baseada no conceito geral de energia, com um resumo dos três primeiros
tópicos que abordam as fontes de energia. Mantidos os tópicos sobre a energia
cinética e potencial, o conceito de trabalho e suas aplicações em máquinas simples,
acrescentando um tópico sobre o conceito de conservação da energia mecânica. No
tópico sobre energia cinética introduzir o estudo de Movimento Retilíneo Uniforme.
No tópico sobre energia potencial gravitacional introduzir o conceito de aceleração e
aceleração gravitacional. Nos tópicos seguintes, o grau de complexidade aumenta
115
podendo ser apresentadas as leis de Newton com análise dos movimentos
retilíneos.
Para o 2º ano foram propostos os conteúdos de Termodinâmica, Ondas e
Ótica. Propõe-se iniciar pelo estudo da distribuição de energia na Terra focalizando
os conceitos de calor específico e calor latente. A seguir abordar os conceitos
fundamentais de temperatura e calor trazidos dos conteúdos complementares. Na
sequência, mantêm-se os processos de transferência de calor tal como
apresentados no CBC. Propõe-se manter os tópicos 6, 7 e 8 sobre Trabalho e Calor,
da Termodinâmica e Máquinas Térmicas, conforme o CBC. Ao tópico de Ondas, do
CBC, poderiam ser acrescidos os assuntos de Som e Ótica.
Para o 3º ano foram propostos os conteúdos de Eletricidade e
Eletromagnetismo, iniciando pela Eletrostática incluindo o conceito de Força Elétrica,
mas sem aprofundar na Lei de Coulomb. A seguir seriam introduzidos os conceitos
de Corrente, Voltagem e Resistência aplicados no estudo dos Circuitos Elétricos.
Propõe-se manter o conceito de Potência conforme apresentado no CBC, assim
como parte dos tópicos 5, 6 e 7 sobre Campo Magnético de ímãs, Efeito Magnético
de correntes e geração de energia elétrica. Propõe-se também introduzir o tópico de
Ondas Eletromagnéticas que constava do Currículo Complementar ao CBC.
No aspecto metodológico, da mesma forma como no CBC, sugere-se iniciar o
ensino com uma abordagem qualitativa dos fenômenos físicos para depois introduzir
equações matemáticas.
A sugestão de distribuição do conteúdo por ano ficou assim:
Tema1: Energia e Vida na Terra / 1º ano
Tema 2: Conservação da Energia / 1º ano
Tema 3: Energia Térmica / 2º ano
Tema 4: Energia Mecânica / 1º ano
Tema 5: Calor e Movimento/ 2º ano
Tema 6: Energia Elétrica / 3º ano
Tema 7: Calculando a Energia Térmica / 2º ano
Tema 8: Calculando a energia elétrica / 3º ano
Tema9: Luz /2º ano
Tema 10: Ondas / 2º ano
Tema 11: Calor / 2º ano
116
Tema 12: Equilíbrio e Movimento / 1º ano
Tema 13: Força e Rotação / 1º ano
Tema 14: Eletrostática / 3º ano
Tema 15: Eletricidade / 3º ano
Tema 16: Eletromagnetismo /3º ano
Tema 17: Noções de Física Quântica e Nuclear /3º ano
117
APÊNDICE D – QUESTIONÁRIO PÓS-AULA
Caro (a) Aluno (a)
Este questionário tem por objetivo coletar dados para a dissertação em andamento
no Ensino de Ciências e Matemática da PUC Minas.
Agradecemos antecipadamente a sua colaboração e participação através do
questionário.
Ívina Assis
Professora Dra. Adriana Dickman
Questionário pós-aula
1) Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro modelo tinha
o mesmo princípio de funcionamento?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
2) Qual a sua opinião sobre os assuntos discutidos na aula? Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
3) Como você avalia a aula dada e o material utilizado pelo professor? Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
4) Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você já tem sobre o
assunto, tente descrever todos os aspectos relativos à estrutura e ao funcionamento
de uma geladeira doméstica.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
