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Confira a atividade de Física sobre termodinâmica, elaborada para o Ensino Médio, com gabarito e alinhada à BNCC, pronta para usar com tudo para sala de aula.
Nesta proposta, os alunos são convidados a analisar fenômenos térmicos, transformações de energia e princípios das Leis da Termodinâmica em situações que vão além do livro didático, como sistemas de refrigeração alternativos, motores térmicos, painéis solares e trocadores de calor. A abordagem estimula o pensamento crítico sobre como a energia é transferida, convertida e dissipada, e como essas transformações impactam o meio ambiente e o uso consciente dos recursos naturais.
O objetivo principal é promover a compreensão de conceitos fundamentais, como calor, trabalho, energia interna, entropia e eficiência, conectando-os a desafios reais relacionados à sustentabilidade e inovação tecnológica. Além disso, busca-se desenvolver a capacidade de avaliar intervenções energéticas, propor soluções sustentáveis e reconhecer a importância das propriedades dos materiais no desempenho térmico de sistemas.
Ao final, o estudante será capaz de interpretar processos energéticos tanto do ponto de vista físico quanto ambiental, compreendendo a termodinâmica como uma ciência aplicada à construção de um futuro mais equilibrado e eficiente.
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Questões
1) Um pesquisador desenvolve um sistema de refrigeração para medicamentos em regiões sem energia elétrica. O sistema usa o princípio da evaporação: uma argila porosa é molhada e o calor da água evaporando mantém o interior frio.
Com base nos princípios termodinâmicos, o resfriamento ocorre porque:
a) A energia interna do líquido aumenta durante a evaporação.
b) A evaporação retira calor do ambiente, reduzindo a energia interna do sistema.
c) O vapor formado transfere calor para o recipiente.
d) O calor flui do interior frio para a argila aquecida.
2) Explique como a pressão atmosférica influencia o ponto de ebulição da água e descreva uma aplicação prática desse fenômeno.
3) Em uma usina termelétrica, parte do calor gerado pela queima de combustível é perdida para o meio ambiente. Essa perda está relacionada ao conceito de:
a) Entropia, que impede o aproveitamento total da energia.
b) Calor latente, que é sempre recuperável.
c) Equilíbrio térmico, que aumenta a eficiência do sistema.
d) Energia potencial, que é transformada integralmente em trabalho.
4) Explique o que significa dizer que uma máquina térmica possui eficiência de 35%. Relacione essa informação à Segunda Lei da Termodinâmica e à importância da busca por fontes renováveis mais eficientes.
5) Duas substâncias diferentes A e B, de mesma massa, recebem a mesma quantidade de calor. A substância A aumenta sua temperatura em 10 °C, enquanto B aumenta em apenas 4 °C. Pode-se concluir que:
a) A possui maior calor específico que B.
b) B possui maior calor específico que A.
c) Ambas possuem o mesmo calor específico.
d) Nenhuma relação pode ser determinada.
6) Considere o diagrama pressão × volume (P × V) de um gás ideal representando um ciclo fechado. Durante o ciclo, o gás realiza trabalho sobre o meio. Isso significa que:
a) O ciclo é realizado no sentido horário e há conversão de calor em trabalho.
b) O ciclo é anti-horário e o sistema absorve trabalho.
c) O trabalho é nulo, pois a energia interna final é igual à inicial.
d) O calor é totalmente transformado em energia potencial.
7) A eficiência de um motor térmico é de 30%. Se ele recebe 1000 J de calor da fonte quente, qual a quantidade de energia transformada em trabalho útil?
a) 300 J
b) 700 J
c) 100 J
d) 1300 J
8) Cientistas desenvolvem novos materiais isolantes térmicos inspirados em peles de animais adaptados a climas extremos.
Explique como a análise das propriedades térmicas dos materiais permite criar produtos mais eficientes e sustentáveis, relacionando com os conceitos de condutividade, capacidade térmica e emissividade.
9) Uma indústria alimentícia utiliza trocadores de calor para pasteurizar sucos naturais.
Explique como o conceito de fluxo de calor e de conservação de energia se aplica a esse processo e por que o controle da temperatura é essencial para a qualidade do produto.
10) A Segunda Lei da Termodinâmica permite compreender por que processos espontâneos tendem a aumentar a entropia. Diante disso, qual das alternativas representa corretamente esse conceito?
a) Um corpo quente transfere calor espontaneamente para um corpo frio.
b) O calor flui de um corpo frio para um quente, sem trabalho externo.
c) A energia total do universo diminui em transformações espontâneas.
d) O trabalho pode ser convertido integralmente em calor reversível.
Habilidades trabalhadas
| Código | Descrição |
|---|---|
| EM13CNT102 | Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos. |
| EM13CNT203 | Avaliar e prever efeitos de intervenções nos ecossistemas, e seus impactos nos seres vivos e no corpo humano, com base nos mecanismos de manutenção da vida, nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia, utilizando representações e simulações sobre tais fatores, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros). |
| EM13CNT307 | Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano. |
Gabarito da atividade de termodinâmica
Atividade 1: Alternativa b
Atividade 2:
A pressão atmosférica influencia o ponto de ebulição da água porque a ebulição ocorre quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão externa. Em grandes altitudes, a menor pressão faz a água ferver a temperaturas inferiores a 100 °C; já em uma panela de pressão, a pressão aumenta e o ponto de ebulição sobe, permitindo o cozimento mais rápido dos alimentos. Aplicações práticas: panela de pressão e processos industriais de destilação a vácuo.
Atividade 3: Alternativa a
Atividade 4:
Dizer que uma máquina térmica tem eficiência de 35% significa que, de toda a energia térmica recebida, apenas 35% é transformada em trabalho útil, e o restante é dissipado como calor. De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, nenhuma máquina é 100% eficiente, pois há sempre perdas energéticas e aumento de entropia. Isso reforça a importância de desenvolver fontes renováveis e tecnologias que melhorem a eficiência energética.
Atividade 5: Alternativa b
Atividade 6: Alternativa a
Atividade 7: Alternativa a
Atividade 8:
Materiais isolantes eficientes apresentam baixa condutividade térmica (impedem a passagem de calor), boa capacidade térmica (absorvem variações de temperatura sem grandes oscilações) e baixa emissividade (reduzem perdas por radiação). Com base nessas propriedades, é possível desenvolver isolantes inspirados na natureza, que reduzem o consumo de energia e melhoram o desempenho térmico em construções e roupas.
Atividade 9:
Nos trocadores de calor, o fluxo de energia térmica ocorre do fluido quente para o suco frio, respeitando a conservação da energia. O controle da temperatura é essencial para garantir a pasteurização eficaz — eliminando micro-organismos — sem comprometer sabor e valor nutricional. O processo também busca eficiência, reduzindo desperdício de energia e preservando a qualidade do produto.
Atividade 10: Alternativa a
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