TEMPLATE_PRATICA_LOCORREGIONAL_TERMODINAMICA (1)

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<p>ATIVIDADE PRÁTICA LOCORREGIONAL</p><p>A Importância da Utilização de Simuladores na Educação Científica.</p><p>José Silvano1</p><p>RU:3302422</p><p>RESUMO: O Centro Universitário Internacional UNINTER propôs uma atividade prática de caráter locorregional destinada aos estudantes do curso de Licenciatura em Física, com ênfase nas propriedades dos gases ideais, utilizando o software simulador PhET Colorado. O propósito da atividade é investigar aspectos da termodinâmica e compreender de que maneira o trabalho realizado em função da pressão e do volume influencia o comportamento de um gás, promovendo o desenvolvimento de competências relacionadas à Iniciação Científica e à análise de dados. Os alunos terão a oportunidade de observar o comportamento dos gases sob diferentes condições, avaliando as variações de pressão, temperatura e volume. A atividade, organizada em etapas, facilitará a assimilação de novos métodos e instrumentos de medição, contribuindo para a compreensão dos conceitos termodinâmicos. Ao final, as discussões e análises realizadas permitirão a formulação de conclusões, enriquecendo o conhecimento na área e ressaltando a relevância dos simuladores na educação científica.</p><p>PALAVRAS-CHAVE: Phet Colorado. Simuladores. Atividade Prática. Educação Científica.</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>O Centro Universitário Internacional UNINTER propôs aos discentes do curso de Licenciatura em Física uma atividade prática locorregional centrada nas propriedades dos gases ideais, utilizando o software simulador PhET Colorado. O intuito é investigar a termodinâmica e compreender a influência do trabalho de pressão e volume sobre um gás, promovendo o desenvolvimento de competências em Iniciação Científica e novas técnicas de análise de dados. Os estudantes terão a oportunidade de observar o comportamento dos gases sob diversas condições, visualizando as variações de pressão, temperatura e volume, aspectos essenciais para o estudo.</p><p>O experimento será estruturado em etapas, permitindo que os alunos assimilem novos métodos e instrumentos de medição, além de realizar a análise de dados teóricos e experimentais. A utilização do simulador proporcionará uma experiência prática e dinâmica, contribuindo para a compreensão dos conceitos termodinâmicos. Ao final, as discussões e análises realizadas possibilitarão a formulação de conclusões e considerações sobre o experimento, enriquecendo o conhecimento científico na área. Referências de autores brasileiros que sustentam o uso de simuladores na educação científica serão empregadas para fundamentar as conclusões obtidas.</p><p>RELATO DO EXPERIMENTO</p><p>No simulador PhET Colorado, foi realizada uma investigação experimental de forma sistemática, com o objetivo de alcançar observações empíricas. Inicialmente, foi necessário acessar o site do simulador e acessar a interface das propriedades do gás ideal. Posteriormente, foram conduzidas simulações que permitiram a observação das aplicações de cada um dos termos representados no simulador, incluindo partículas, variáveis constantes, colisões nas paredes, cronômetro, termômetro, barômetro, entre outros. Foram realizados experimentos sob condições de volume constante (isovolumétrico), pressão constante (isobárica) e temperatura constante (isotérmica), com atenção às colisões e registro metódico por meio de capturas de tela da simulação.</p><p>Diversas experiências foram realizadas, variando a temperatura para analisar o comportamento das demais variáveis, além de liberar moléculas de diferentes massas e aumentar a temperatura para observar as alterações na pressão interna do sistema. Essa atividade prática, de caráter locorregional, é de suma importância para os estudantes do curso de Licenciatura em Física, pois proporciona uma compreensão prática e visual das propriedades dos gases ideais e sua relação com os princípios da termodinâmica.</p><p>MATERIAIS</p><p>O material utilizado na atividade prática locorregional foi um software chamado simulador Phet Colorado, que abrange várias disciplinas, mas nesta atividade o foco é a Física, com ênfase nos conceitos de termodinâmica e nas propriedades dos gases ideais.</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Primeiramente, o estudante do Centro Universitário Internacional UNINTER, senhor José, abriu o software que é um simulador Phet Colorado na disciplina de Física e começou a realizar simulações relacionadas à termodinâmica e às propriedades dos gases ideais. O aluno poderá observar na prática como os gases se comportam sob diferentes pressões e temperaturas, além de visualizar as três constantes fundamentais nos estudos: pressão, temperatura e volume.</p><p>Manipulando o simulador, o aluno iniciou seus experimentos. No primeiro momento, ele manteve o volume constante e introduziu uma quantidade de partículas leves e pesadas no recipiente, totalizando 150 de cada. Foram observadas 170 colisões nas paredes do recipiente em 5 segundos, e o barômetro registrou uma pressão de 35,3 atm, com uma temperatura de 300 K. Foi notado que, ao manter o volume constante em um sistema termodinâmico e aumentar a temperatura, as moléculas do gás começam a se mover com maior energia cinética devido ao aumento da temperatura. Isso resulta em colisões mais frequentes e mais intensas das moléculas com as paredes do recipiente, levando a um aumento da pressão interna. A pressão é diretamente proporcional à temperatura em um sistema de volume constante, conforme a Lei de Charles. Isso significa que, se a temperatura aumenta, a pressão também aumentará na mesma proporção. A transformação gasosa em que o volume permanece constante é chamada de transformação isovolumétrica, também conhecida como transformação isocórica.</p><p>Simulação no simulador PhET Colorado que representa uma transformação isocórica</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>Dando continuidade ao experimento sobre as propriedades do gás ideal, o aluno manteve a pressão constante em 35,0 atm. Ao aumentar a temperatura, o volume também aumentava, enquanto ao diminuir a temperatura, o volume se reduzia na simulação. Quando a temperatura alcançou 300 K, foram registradas 205 colisões na parede do recipiente, que tinha uma largura de 10,0 nm. Ao reduzir a temperatura para 250 K, o registrador anotou 192 colisões por segundo na parede do recipiente. O processo gasoso em que a pressão permanece constante é denominado transformação isobárica.</p><p>Simulação no simulador PhET Colorado que ilustra uma transformação isobárica</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>O aluno prosseguiu com suas simulações e agora manteve a temperatura constante em 300 K, bombardeando 150 partículas leves e 150 partículas pesadas. Ele observou 184 colisões por segundo na parede do recipiente e registrou uma pressão de 35,2 atm. O termo utilizado para essa transformação gasosa, quando a temperatura se mantém constante em 300 K, é denominado isotérmica.</p><p>Simulação no simulador PhET Colorado que demonstra uma transformação isotérmica</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>Um estudante universitário, ao continuar suas simulações sobre termodinâmica e as propriedades dos gases, não manteve nenhuma variável constante. Ele bombardeou 200 partículas pesadas e 200 partículas leves em um recipiente, registrando uma pressão de 46,8 atm a uma temperatura de 300 K, além de contabilizar 259 colisões por segundo nas paredes do recipiente. Quando nenhuma variável é mantida constante em um sistema termodinâmico que envolve gases ideais, ocorre uma variação nas propriedades do sistema, como pressão, volume e temperatura. Nesse caso, ao bombardear as partículas no recipiente, a pressão do sistema aumenta devido ao incremento no número de colisões das partículas com as paredes. Esse fenômeno é explicado pela Lei dos Gases Ideais, que descreve o comportamento dos gases em condições ideais, relacionando pressão, volume, temperatura e quantidade de</p><p>substância. Segundo essa lei, a pressão de um gás ideal é diretamente proporcional à sua temperatura e à quantidade de partículas presentes no sistema, e inversamente proporcional ao volume que o gás</p><p>ocupa.</p><p>Simulação no simulador PhET Colorado que mostra quando nenhuma variável é mantida constante.</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>Continuando com os experimentos, fui adicionado100 partículas pesadas e mais partículas leves, variando a temperatura do sistema termodinâmico. Quando a temperatura aumentou para 500k, a agitação das moléculas também aumentou, resultando em uma pressão de 38,3 atm. O registrador indicou 152 colisões por segundo nas paredes do recipiente. Ao reduzir a temperatura, a pressão registrada foi significativamente menor, assim como o índice de colisão das partículas no recipiente. Isso demonstra que, quando a temperatura aumenta, a pressão também se eleva e o número de colisões nas paredes do recipiente aumenta. Por outro lado, ao diminuir a temperatura, a pressão interna diminui, assim como as colisões nas paredes do recipiente. Em seguida, fui adicionado 200 partículas pesadas e 200 partículas leves, totalizando 600 partículas no recipiente. Após aumentar a temperatura ao máximo devido à intensa agitação das moléculas, a tampa do recipiente se rompeu devido ao aumento da pressão, que excedeu a capacidade do recipiente. Isso resultou na liberação</p><p>das moléculas para o ambiente externo, pois o aumento da energia das moléculas elevou a pressão e o número de colisões nas paredes internas, causando a ruptura da tampa e a saída de todas as moléculas do recipiente.</p><p>Momento em que a tampa do recipiente foi quebrada devido ao aumento da agitação das moléculas.</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>Ilustração do recipiente vazio onde todas as moléculas obtiveram energia e deixaram o recipiente.</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>Foram bombardeadas 150 partículas pesadas e 150 partículas leves, totalizando 300 partículas em um recipiente com largura de 10 nm. Foi observado que, ao manter uma temperatura de 300 K, a pressão alcançava 35,2 atm, e as colisões nas paredes do recipiente totalizavam 174 em 5 segundos. Ao aumentar o comprimento do recipiente e manter a temperatura em 300 K, a pressão interna caiu para 22,9 atm, e as colisões nas paredes diminuíram para 139 em 5 segundos. Isso indica que, quanto maior o recipiente, menor a pressão interna e o número de colisões nas paredes, mantendo a temperatura constante em 300 K. Por outro lado, ao reduzir a largura do recipiente, comprimindo mais o gás, a pressão interna aumentou para 69,8 atm, assim como as colisões nas paredes também aumentaram para 298. Isso acontece porque, quando o gás é comprimido, a pressão aumenta; enquanto, ao expandir o gás em um recipiente maior, a pressão interna e o número de colisões nas paredes diminuem. Esse comportamento é explicado pelos princípios da termodinâmica e pelas propriedades dos gases ideais.</p><p>Ilustração da simulação mostrando um aumento na largura do recipiente.</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>Ilustração da simulação demonstrando uma redução na largura do recipiente.</p><p>Fonte: autoria própria.</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>Ao analisar a atividade no simulador PhET Colorado, foi possível perceber a importância e a eficácia do uso de simuladores na prática científica e educacional. A capacidade de visualizar e interagir virtualmente com as propriedades dos gases ideais proporcionou uma compreensão mais concreta e dinâmica dos conceitos de termodinâmica. Por meio dos experimentos realizados, os alunos puderam não apenas observar, mas também manipular variáveis e analisar resultados, o que contribuiu de forma significativa para o aprendizado e o desenvolvimento de habilidades em Iniciação Científica.</p><p>Além disso, a organização do experimento em etapas e a utilização de diferentes cenários possibilitaram uma abordagem abrangente e aprofundada das interações gasosas. As conclusões e considerações finais obtidas a partir das discussões e análises realizadas evidenciaram a relevância do uso de simuladores na educação científica, não apenas como uma ferramenta de ensino, mas também como um meio de promover a investigação e o avanço do conhecimento na área. Dessa forma, a atividade prática proposta pelo Centro Universitário Internacional UNINTER se revelou não apenas</p><p>enriquecedora, mas essencial para a formação acadêmica dos estudantes de Licenciatura em Física.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>ANDRADE, Ricardo et al. Utilização de métodos computacionais no ensino: a experiência de Geiger e Marsden do espalhamento de partículas alfa. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, [s. l.], v. 11, n. 1, p. 33–42, 1994. Disponível em: https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/7265. Acesso em: 15 set. 2024.</p><p>ARAÚJO, Evando Santos et al. O uso de simuladores virtuais educacionais e as possibilidades do PhET para a aprendizagem de Física no Ensino Fundamental. Revista de Ensino de Ciências e Matemática, [s. l.], v. 12, n. 3, p. 1–25, 2021.</p><p>MEDEIROS, Alexandre; MEDEIROS, Cleide Farias de. Possibilidades e Limitações das Simulações Computacionais no Ensino da Física. Revista Brasileira de Ensino de Física, [s. l.], v. 24, n. 2, p. 77–86, 2002. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/4gsZ3kVfMKNxGzMcyRBZzFq/?lang=pt. Acesso em: 16 set. 2024.</p><p>MORO, Fernanda Teresa et al. Atividades experimentais e simulações computacionais: integração para a construção de conceitos de transferência de energia térmica no Ensino Médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, [s. l.], v. 33, n. 3, p. 987–1008, 2016. Disponível em: https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2016v33n3p987. Acesso em: 14 set. 2024.</p><p>MOREIRA, Marco Antonio. Desafios no ensino da física. Revista Brasileira de Ensino de Física, [s. l.], v. 43, p. e20200451, 2021. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/xpwKp5WfMJsfCRNFCxFhqLy/. Acesso em: 12 set. 2024.</p><p>PINHEIRO, Daniel Fernandes. REPOSITÓRIO INSTITUCIONAL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ. A utilização do simulador PHET numa aula de Termodinâmica. Disponível em: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75250. Acesso em: 16 set. 2024.</p><p>DAVID, H; ROBERT, R; JEARL, W. Fundamentos de Física (Gravitação, Ondas e Termodinâmica), 9ª. Edição. Editora LTC. 2011. v.2.</p><p>image5.jfif</p><p>image6.jfif</p><p>image7.jfif</p><p>image8.jfif</p><p>image9.jfif</p><p>image2.jfif</p><p>image3.jfif</p><p>image4.jfif</p><p>image10.png</p>