OBJETIVOS

Ao final desta aula, o aluno deverá ser capaz de:

Compreender a lei geral dos gases;

Identificar as principais transformações que ocorrem com os

gases: isométrica, isobárica, isotérmica e adiabática;

Calcular volume, pressão, temperatura por meio da lei geral dos

gases;

Identificar as causas do brilho variável das estrelas cefeidas;

DURAÇÃO

Este encontro utilizará 2h – aula (45 min)

RECURSOS/MATERIAIS DE APOIO

Computador;

Data show;

Quadro branco e caneta;

INTRODUÇÃO

Apresentação do tema introdutório

A aula iniciará com o vídeo ABC da Astronomia: Galáxias, o qual irá

apresentar algumas características gerais destes objetos astronômicos.

GUIA PEDAGÓGICO DO PROFESSOR O que são estrelas cefeidas?

Figura 01: Vídeo Abc da Astronomia – Episódio 8: Galáxias

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=6iFEYS_Fxfw

O professor esclarecerá que estrelas chamadas de cefeidas ajudaram

na compreensão destes objetos astronômicos. Após, realizará a pergunta “O

que são estrelas cefeídas”?

São estrelas supergigantes com tipo espectral entre F e K que pulsam

de forma regular, apresentando períodos de pulsação entre 1 e 100 dias1. A

descoberta destas estrelas foi feita por Jonh Goodrike no ano de 1784 na

constelação de Cefeu.

Usando a relação período-luminosidade, descoberta pela astrônoma

Henrietta Swan Leavitt em 1883 e aperfeiçoada por Ejnar Hertzprung em 1911,

é um dos modos de determinar a distância destas estrelas. Hertzprung

determinou a distância da Nuvem de Magalhães (galáxia anã que orbita a Via

Láctea).

Figura 02: Ilustração da Via Láctea, Pequena e grande Nuvem de Magalhães

Disponível em: Aplicativo Celestia

O astrônomo Edwin Powell Hubble também utilizou esta relação para

1 Estrelas Variáveis - http://www.if.ufrgs.br/fis02001/aulas/estvar.htm

calcular a distância até a galáxia de Andrômeda, em 1923. Nesta época,

haviam duvidas se a Via Láctea consistia em um objeto idêntico a galáxia de

Andrômeda, ou então representava todo o universo. A resposta para este

enigma estava em determinar a distância até a Galáxia de Andrômeda,

descobrindo se ela estava contida ou não dentro da Via Láctea. Hubble,

descobriu estrelas cefeidas na Galáxia de Andrômeda, realizando medidas do

período de luminosidade delas.

Figura 03: Estrelas cefeída encontrada na Galáxia de Andrômeda

Disponível em: http://g1.globo.com/platb/observatoriog1/2011/05/25/a-estrela-que-mudou-o-universo/

Sua distância estava muito além das estrelas mais distantes da Via

Láctea. Assim, Hubble concluiu que a Via Láctea era uma galáxia como a de

Andrômeda.

Esta etapa será finalizada com a pergunta: O que causa este brilho

variável das estrelas cefeidas? A resposta depende da compreensão das

transformações termodinâmicas.

DESENVOLVIMENTO

Conhecimentos prévios

Para identificar os conhecimentos prévios, será questionado aos alunos

“Quais as características que podem ser analisadas nos gases?”. As respostas

deverão ser anotadas no quadro. Deverão ser enfatizados os conceitos de

pressão, temperatura e volume, destacando que eles se relacionam através da

equação dos gases ideais.

Apresentação do Organizador prévio

O exemplo da festa será utilizado novamente para facilitar a

compreensão dos alunos. No estudo das transformações termodinâmicas, o

interesse está em determinar as variáveis de estado (pressão, temperatura e

volume) de um gás antes e depois de transformá-lo, bem como o modo ele é

transformado.

Logo, o organizador prévio focará nas seguintes características: Início da

festa (Estado inicial), fim da festa (Estado final) e o modo como o Dj interfere

na festa (transformação termodinâmica). O professor realizará a seguinte

pergunta “O que podemos fazer para transformar uma festa e modificar seu

fim?”. A resposta é que de acordo com a música colocada pelo Dj durante a

festa, haverá diferentes finais.

Figura 04: Organizador prévio - Transformações termodinâmicas

Estabelecendo a relação com um gás dentro de um recipiente, o

professor buscará identificar as mesmas características das festas nos gases,

ou seja:

Como o gás estava (Início da festa - Estado inicial);

Como o gás ficou (Fim da festa - Estado final);

De que modo ele foi alterado pelo Dj (Transformação

termodinâmica).

Figura 05: Estados inicial e final de um gás

Uma sugestão interessante é utilizar a simulação PHET Propriedades

dos gases simultaneamente para apresentação do organizador prévio. Esta

etapa encerrará destacando que do mesmo modo que transformamos uma

festa para ter diferentes finais, podemos também transformar os gases para

diferentes estados finais. Na apostila dos alunos eles responderão ao exercício

7-1.

Transformações termodinâmicas

Buscando apresentar as transformações termodinâmicas de modo mais

contextualizadas, serão adotadas as seguintes etapas:

Apresentar o comportamento do gás PHET Propriedades dos

gases;

Apresentação de exemplos de onde ela ocorre;

Resolução de um exercício de fixação, juntamente com análise

gráfica.

Figura 06: Simulação PHET – Propriedades dos Gases

Disponível em: http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/physics/

Transformação isométrica

Inicialmente será apresentada esta transformação isométrica utilizando o

PHET Propriedades dos gases. No canto superior direito, a opção “volume”

deverá ser selecionada no campo “Parâmetro constante”. O professor deverá

indicar aos alunos onde estão sendo indicados os valores de temperatura e

pressão.

Um exemplo da transformação isométrica é no interior de geladeira. Aqui

o professor esclarecerá que as geladeiras não possuem um dispositivo que as

impede de ser aberta, imediatamente após serem fechadas. O que ocorre é

uma transformação isométrica do ar.

Figura 07: Exemplo de transformação isométrica

Disponível em: http://www.dicaki.com.br/como-descongelar-uma-geladeira-corretamente/

Ao entrar, ele permanece com o mesmo volume, mas como a geladeira

diminui sua temperatura, consequentemente diminui sua pressão. Na apostila,

os alunos responderão os exercícios 7-2 e 7-3. Por fim, será realizada a

resolução do exercício de fixação 7-4, juntamente com a análise gráfica.

Transformação Isobárica

Inicialmente será apresentada esta transformação isométrica utilizando o

PHET Propriedades dos gases. No canto superior direito, a opção “pressão”

deverá ser selecionada no campo “Parâmetro constante”. O professor deverá

indicar aos alunos onde estão sendo indicados os valores de temperatura e

pressão. A apresentação consistirá fornecer e retirar energia do gás,

analisando os valores de pressão, temperatura e volume da caixa.

No exemplo de uma transformação isobárica, será retomado o

experimento de dilatação do gás no interior de uma garrafa pet de 2L com uma

sacola presa na boca (aula 3).

Figura 07: Exemplo transformação isobárica

Caso necessário, o experimento poderá ser realizado novamente. Na

apostila, os alunos responderão aos exercícios 7-5 e 7-6. Será realizada a

resolução do exercício de fixação 7-7, juntamente com a análise gráfica.

Transformação isotérmica.

Seguindo a mesmas etapas utilizadas anteriormente, a transformação

isotérmica será apresentada utilizando o PHET Propriedades dos gases. No

canto superior direito, a opção “temperatura” deverá ser selecionada no campo

“Parâmetro constante”. O professor deverá indicar aos alunos onde estão

sendo indicados os valores de temperatura e pressão. A apresentação

consistirá fornecer e retirar energia do gás, analisando os valores de pressão,

temperatura e volume da caixa.

O exemplo apresentado desta transformação foi de uma seringa que

comprime o ar lentamente.

Figura 08: Exemplo transformação isotérmica

Disponível em: http://www.dicaki.com.br/como-descongelar-uma-geladeira-corretamente/

O professor deve destacar que a compressão deve ocorrer de forma

lenta, pois desta forma o gás não alterará sua temperatura. Caso a seringa seja

comprimida rapidamente, será outro tipo de transformação termodinâmica. Os

alunos responderão o exercício 7-8 na apostila. Será realizada a resolução do

exercício de fixação 7-9, juntamente com a análise gráfica.

Transformação adiabática

Inicialmente será apresentada a transformação adiabática utilizando o

PHET Propriedades dos gases. No canto superior direito, a opção “nenhuma”

deverá ser selecionada no campo “Parâmetro constante”. O professor deverá

indicar aos alunos onde estão sendo indicados os valores de temperatura e

pressão. pressão, temperatura e volume da caixa.

Os exemplos que podem ser utilizados para ilustrar este tipo de

transformação são a queda de um meteoro.

Figura 09: Exemplo transformação adiabática

Disponível em: http://filosofiaimortal.blogspot.com.br/2013/02/ufo-interferiu-em-meteoro-russo.html

Na análise gráfica, o professor procurará diferenciar os gráficos da

transformação adiabática e isotérmica.

Também poderá ser exibido o vídeo disponível em

https://www.youtube.com/watch?v=tb316VfBUZI exemplificando esta

transformação.

Reconciliação integrativa

Ao final da apresentação das transformações termodinâmicas, o

professor poderá apresentar o resumo geral das transformações, para que os

alunos possam diferencias as características de cada uma delas.

ENCERRAMENTO

Retomada do tema introdutório – O que são estrelas Cefeidas?

A retomada do tema introdutório iniciará com a pergunta: “O que causa

este brilho variável das estrelas cefeidas?”.

Apesar desde fenômeno possuir características muito peculiares, será

apresentado um modelo teórico simples, utilizando algumas transformações

termodinâmicas para explicá-lo. Para ilustrá-lo há uma animação

confeccionada nos slides.

O modelo simplificado consiste em analisar o comportamento da

camada de hélio existente ao redor do núcleo. Foram propostas quatro etapas

para descrever seu comportamento.

Primeira etapa - A camada de hélio recebe energia do núcleo da

estrela, na forma de radiação gama. Isto aumenta a temperatura e

pressão, mas mantendo o volume constante desta camada.

Temos um exemplo do que ocorre numa transformação

isométrica.

Figura 10: Slide Primeira etapa

Segunda etapa - a camada atinge uma determinada pressão

suficiente para vencer a pressão das camadas externas de gases.

Assim, ela expande, aumentando seu volume e temperatura, mas

mantendo sua pressão constante. Temos então o exemplo de

uma transformação isobárica.

Figura 11: Slide Segunda etapa

Terceira etapa - A camada deixa de expandir porque seus gases

deixam de absorver energia do núcleo. Ela manterá o volume

inalterado, mas diminuirá sua pressão e temperatura. Teremos

novamente uma transformação isométrica.

Figura 12: Slide terceira etapa

Quarta etapa – Após esfriar, camada de hélio começa a ser

comprimida pelas camadas de gases externos. A temperatura

começará a aumentar, o volume diminuirá, mas a pressão

permanece constante. Temos novamente uma transformação

isobárica.

Figura 13: Slide quarta etapa

AVALIAÇÃO

Exercícios de fixação

Os alunos responderão os exercícios de transformações termodinâmicas

existentes em suas apostilas.

Mapas conceituais

No final da apostila dos alunos há uma tarefa, que consiste na

elaboração de um mapa conceitual, utilizando os conceitos vistos nesta aula.

Para facilitar a elaboração, alguns conceitos foram sugeridos.

LINKS PARA CONSULTA

Estrelas Cefeidas

http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/variaveis.htm

Galáxias

http://astro.if.ufrgs.br/galax/