Sequncia_Didtica_William

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Educação
Didática
Docente: Profª Marcella Luanna da Silva Lima
Discente: William Jouse Costa da Silva
Sequência Didática
DISCIPLINA: Física 
PROFESSOR: William Jouse
TURMA/SÉRIE: 2ª Ano do Ensino Médio.
TEMA: Termodinâmica
CONTEÚDOS TRABALHADOS
· Conceitual: Proporcionar a aquisição do conhecimento das leis da termodinâmica através do estudo de transformações gasosas.
· Procedimental: Distinguir e interpretar gráficos de transformações gasosas, isotérmica, isobárica, isocórica e adiabática.
· Atitudinal: Ciclos térmicos, máquinas térmicas.
HABILIDADES (BNCC)
(EM13CNT101) Analisar e representar as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões em situações cotidianas e processos produtivos que priorizem o uso racional dos recursos naturais.
(EM13CNT102) Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, com base na análise dos efeitos das variáveis termodinâmicas e da composição dos sistemas naturais e tecnológicos 
Tempo da sequência didática
5 aulas de 50 minutos.
Materiais necessários para a sequência didática
	Quadro branco, piloto, apagador, livro didático, vídeos, imagens e projetor de Datashow.
AULA 1 – Transformações Gasosas I (50 minutos)
Organização da Turma
	Individualmente sentados em fileiras na sala de aula. No meio da aula serão organizadas grupos de dois componentes.
Introdução (10 minutos)
	Inicialmente pretendo questionar aos alunos sobre conhecimento prévio de situações diárias onde se apresentam conceitos de termodinâmica (calor, pressão, temperatura, etc.). Em caso positivo, incentivarei o aluno a dividir sua experiência com a turma e, perguntarei exemplos de processos gasosos. Como exemplos de processos termodinâmicos que espero como respostas são ar-condicionado, panela de pressão, refrigerador, geladeira e motor de carro.
	Em seguida, lhes questionarei: Por que os alimentos cozinham mais rápido dentro de uma panela de pressão? Como funciona uma panela de pressão? Por que tem esse nome? Quais suas características? Como é seu funcionamento? Quais variáveis termodinâmicas envolvidas? Entre outras questões se houver a necessidade. Deste modo, pretendo direcioná-los ao objetivo mediando à discussão sobre os aspectos da panela.
 
Desenvolvimento (30 minutos)
	A partir da discussão de como funciona a panela de pressão, introduzirei através da teoria e matemática a relação entre o fenômeno problematizado e o conteúdo a ser ensinado. No caso, a relação entre a pressão, temperatura e o volume dos gases por meio da equação geral dos gases e o funcionamento de uma panela de pressão. 
	 Iniciando o conteúdo com a equação geral dos gases que relaciona a pressão, temperatura e o volume de um gás da seguinte maneira: 
,
Sendo a pressão do gás, volume que o gás ocupa e , temperatura. O índice representa as grandezas no momento inicial (1) e final (2), respectivamente. 
	Após a introdução dessa equação, relacionarei a equação geral dos gases com o que ocorre no interior de uma panela de pressão. Inicialmente, vamos considerar que a variação do volume do gás dentro da panela foi muita pequena, sendo Se os volumes são iguais, logo eles podem ser simplificados na equação e assim obtemos:
.
	A relação obtida é um caso especial da Lei geral dos gases para o volume constante, também conhecida como transformação isovolumétrica ou lei de Charles. Essa relação diz que a razão entre a pressão e a temperatura é constante, de forma que, se houver aumento na pressão, também ocorrerá aumento na temperatura. 
	Após a introdução de transformações isovolumétricas, mostrarei outros exemplos em que acontece esse tipo de transformação por exemplo, calibragem de pneus de um carro e desodorante em spray. Com auxílio dos alunos, representarei em um gráfico P x V o comportamento de uma transformação desse tipo.
Após essa aplicação teórica, pedirei aos alunos para se juntarem em duplas e os pedirei para discutir entre eles um questionário descrito abaixo:
Questionário
· Questões relacionadas ao funcionamento da panela de pressão já citadas; 
· Quais as variáveis relacionadas com as transformações gasosas? 
· Comente sobre a dificuldade de cozinhar em lugares de grandes altitudes, onde a pressão atmosférica é menor e a água ferve em temperaturas baixas, que são insuficientes para cozinhar os alimentos.	
· Quais são as características quando a pressão é constante? Quais são as características quando a temperatura é constante? (realizar gráfico) 
A intenção de unir os alunos em duplas é que eles discutam os conceitos e experiências que eles vivenciam com transformações e já prepará-los para a próxima aula. 
Conclusão (10 minutos)
	Feita o questionário, pedirei para os alunos mostrarem as respostas. E os preparei para a continuação dos processos a partir da última questão do questionário.
Avaliação
	Serão avaliados três pontos: a participação do aluno em relação a discussão inicial, se o aluno compreendeu a revisão dos temas anteriores e se o aluno respondeu o questionário.
AULA 2 – Transformações Gasosas II (50 minutos)
Organização da Turma
	Individualmente sentados em fileiras na sala de aula.
Introdução (10 minutos)
	Revisão de transformações isovolumétricas e introdução dos outros processos termodinâmicos a partir do questionário da aula anterior. Será questionado aos alunos sobre as respostas que eles deram as perguntas do questionário.
Desenvolvimento (30 minutos)
	A partir da equação dos gases começar com o conteúdo de transformações gasosas restantes. Iniciando o conteúdo com a transformação isovolumétrica (Lei de Charles). Seguindo para as outras situações: a transformação isobárica ou pressão constante (Lei de Gay-Lussac); a transformação isotérmica ou temperatura constante (Lei de Boyle-Mariotte); a Lei Geral dos Gases Ideais; e por fim a adiabática. Sempre exemplificando cada transformação com experimentos que acontecem no dia-dia
Conclusão (10 minutos)
	Discutir com os alunos as principais mudanças que ocorre nas diferentes transformações termodinâmicas. Revisar com os alunos os conceitos recém-estabelecidos, pedindo para parafrasear as definições. 
Avaliação
	Verificar se os alunos compreenderam a noção de transformações gasosas através da participação nos exemplos e das dúvidas em sala. Produzir um mapa mental ou mapa conceitual sobre os principais conceitos de transformações gasosas.
AULA 3 – Maquinas Térmicas (50 minutos)
Organização da Turma
	Individualmente sentados em fileiras na sala de aula.
Introdução (10 minutos)
	Contextualizarei os alunos a situação que levou ao surgimento da máquina a vapor e térmica, permitindo ao aluno abranger a importância da termodinâmica no desenvolvimento da sociedade e como ainda está presente em seu cotidiano. Primeiramente iniciar uma discussão com os alunos com perguntas como: Qual é a importância do motor? Como e quando surgiram as máquinas a vapor? De que maneira isso contribuiu para o crescimento da sociedade? Assim, permitindo introduzir o conteúdo e fazendo com que os alunos exponham seus conhecimentos prévios. 
Desenvolvimento (30 minutos)
	Nesta parte indicarei a linguagem científica adequada para explicar o funcionamento das máquinas térmicas tais como fonte quente, fonte fria e trabalho, e contextualizar suas aplicações na atualidade, como, por exemplo, o caso dos motores a combustão interna, amplamente utilizados nos automóveis, e os refrigeradores. Adentrarei em aspectos mais técnicos referentes à performance dos motores atuais e do ciclo ideal de Carnot. 
	Será exposto o processo das transformações cíclicas, o significado físico dos gráficos P x V, o que são as linhas isotermas e adiabáticas e os processos do ciclo de Carnot contextualizados nas transformações gasosas estudadas nas aulas anteriores. Através do Datashow, utilizar como apoio os materiais listados em ‘material didático-pedagógico’., contextualizar o conteúdo estudadoatravés da explicação dos motores de quatro tempos (ciclo Otto) e motores a diesel (ciclo Diesel) e mostrar suas discrepâncias ao longo de seus ciclos no gráfico P x V. 
	
	Material didático-pedagógico 
· Texto de apoio do livro “Conexões com a Física” (SANT’ANNA, 2010, p. 178-190); 
· Animação Ciclo Otto (LAPLACE, 2015); 
· Animação Ciclo Diesel (WAHAB, 2016);
· Texto de apoio do livro “Leituras de Física” (GREF, 1998); 
Conclusão (10 minutos)
	Discutir com os alunos as principais diferenças entre os diversos ciclos apresentados na aula. Conectar as transformações gasosas e os motores térmicos. 
Avaliação
	Será avaliado se o aluno consegue relacionar o gráfico P x V com o trabalho gerado pelos ciclos termodinâmicos estudados e sabendo com clareza diferençar os motores de quatro tempos (ciclo Otto) e de Diesel (ciclo Diesel), além de noções básicas do funcionamento de um refrigerador. Além disso, um questionário de fixação será proposto para fazer em casa. 
	Questionário:
· Como que é produzida a energia nesse experimento?
· Como as variáveis pressão, temperatura e volume se comportam no experimento?
· Como seria o comportamento em um gráfico P x V?
· Como funciona uma máquina a vapor e térmica? E seus respectivos comportamentos no gráfico P x V?
· O que o Ciclo de Carnot está representado?
· Como funciona o refrigerador? Como seria seu ciclo no gráfico P x V.
AULA 4 – Leis da Termodinâmica I (50 minutos)
Organização da Turma
	Individualmente sentados em fileiras na sala de aula.
Introdução (15 minutos)
	Revisar e formalizar os conceitos trabalhados nas outras atividades como calor, equilíbrio térmico, trabalho e energia para facilitar o entendimento das Leis da Termodinâmica.
	
Desenvolvimento (25 minutos)
	Após a introdução, a partir do conteúdo de trocas de calor, da condição de equilíbrio térmico entre dois corpos e quantidade de energia trocada entre eles. Dessa forma, podemos definir a função temperatura a partir da Lei Zero da Termodinâmica ‘se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, estarão em equilíbrio térmico entre si’. 
	Após a definição da Lei zero, relembrar do que vimos que tanto o calor como o trabalho e a energia interna são formas de energia e que, pelo que conhecemos de sistemas mecânicos, a energia se conserva e existe uma relação entre trabalho e energia. Dessa forma, podemos definir formalmente a Segunda Lei da termodinâmica ‘A variação da energia interna de um sistema é dada pela diferença entre o calor trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo termodinâmico. 
				
Lembrá-los que a primeira lei nada mais é que a lei da conservação de energia, isto é, em um processo termodinâmica, a energia total de um sistema se conserva. 
Conclusão (10 minutos)
	Os conceitos das duas primeiras leis serão revisados, pedindo e incentivando os alunos a participarem. Além disso, trabalhar com os alunos que faltaram algumas das outras aulas anteriores. E terminar com a seguinte pergunta, se é possível construir um motor perfeito? Se é possível converter toda energia em calor.
Avaliação
	A participação dos alunos na Introdução da aula será importante. De suma importância que os alunos expressem com suas próprias palavras os conceitos estabelecidos e busquemos melhorar as respostas a partir de seus próprios termos.
	
AULA 5 Leis da Termodinâmica II (50 minutos)
Organização da Turma
	Individualmente sentados em fileiras na sala de aula. E depois em duplas para resolver os exercícios do livro-texto.
Introdução (10 minutos)
	Revisão das duas primeiras leis da termodinâmica e ouvir as respostas da turma para a pergunta que foi feita na aula passada.
Desenvolvimento (20 minutos)
	Será exposto usando o Datashow o vídeo “Perpetual Motion Machines” e discutir se as máquinas ali construídas são reais ou não, e quais os aspectos que poderiam atrapalhar o movimento, impedindo com que estas máquinas funcionassem. Dentro dessa questão, é exposta a Segunda Lei da Termodinâmica e suas implicações limitadoras da degradação da energia. O conceito de entropia será apresentado. Questões mais interessante como seta do tempo, irreversibilidade de experimentos físico etc.
Conclusão (20 minutos)
	Na última parte da aula, irei organizá-los em dupla e recomendar alguns problemas de todo conteúdo. A partir daí, eles devem escolher um exercício para apresentar na próxima aula. Essa apresentação será parte da nota da prova.
Avaliação
	Será avaliado se o aluno entendeu o conceito de entropia, moto-perpétuo e as leis da termodinâmica e participação na aula.
Referências Bibliográficas
GIL-PÉREZ, D. et al. Para uma imagem não deformada do trabalho científico. Ciência e Educação, v. 7, p. 125–53, 2001. 
GREF. Leituras de Física. Grupo de Reelaboração doEnsino de Física. Instituto de Física. Universidade de São Paulo: 1998. v. 4 p. 73-108. 
BASSALO, José Maria. Uma breve história das máquinas térmicas. Seara da Ciência: Curiosidades da Física. Disponível em: <http://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore246.htm>. Acesso em: 30 nov. 2020. 
LAPLACE. Ciclo Otto. Departamento de Fisica Aplicada III. Universidad de Sevilla. Última modificação em 2015. Disponível em: <http://laplace.us.es/wiki/images/8/8e/Motor-4-tiempos.gif>. Acesso em 19 jun. 2016. 
AULOTEE. Máquinas Térmicas: Como fazer uma latinha giratória !. Instructables. Disponível em: <http://www.instructables.com/id/M%C3%A1quinas-T%C3%A9rmicas-Como-fazer-uma-latinha-girat%C3%B3ria/>. Acesso em: 19jun. 2016. 
SANT’ANNA, B. et al. Conexões com a Física.São Paulo: Moderna, 2010. 1. ed. v. 2. p. 142-209. 
VEEPROJECT1. 永久機関Perpetual motion machines Part1.Youtube. 5’55’’. 2011. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=287qd4uI7-E>. Acesso em 1 dez. 2020. 
WAHAB, S. B. B. A. et al. The Diesel Cycle. Universiti Tun Hussein Oonn Malaysia. Emaze. 2016. Disponível em: <https://userscontent2.emaze.com/images/fe52eb23-e5c8-4169-adff-df8f4f49099b/dc10b231a672596c1a776da44c05f0a5.gif> Acesso em 1 nov. 2020.