OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE

Produções Didático-Pedagógicas

Versão Online ISBN 978-85-8015-079-7Cadernos PDE

II

FICHA DE IDENTIFICAÇÃO

Produção Didático-Pedagógica – Professor PDE/2014

Título Consumo Consciente de Energia Elétrica

Autor Mércia Branco Franzin

Escola de Atuação Colégio Estadual Padre José de Anchieta – Ensino Fundamental, Médio e Profissional

Município da Escola Apucarana – Pr

Núcleo Regional de Educação

Apucarana - Pr

Professor Orientador Profº. Dr. Marcelo Alves de Carvalho

Instituição de Ensino Superior

Universidade Estadual de Londrina - UEL

Área do Conhecimento Física

Produção Didático-Pedagógica

Unidade Didática

Público Alvo Alunos do 3º Ano do Ensino Médio

Localização Colégio Estadual Padre José de Anchieta – Ensino Fundamental, Médio e Profissional – Rua Byngton,887 – Jardim Trabalhista – Apucarana – Pr

Apresentação Neste projeto apresentaremos várias formas de produção de energia elétrica, seu transporte e custo/consumo, relacionando seus aspectos positivos e negativos. Serão identificadas as situações socioambientais envolvidas em cada processo, bem como a Física neles existentes. Com isso, será possível verificar as possibilidades de substituição de determinado tipo de energia por outra e comparar os custos/benefícios no seu consumo. Atualmente, quase a totalidade dos equipamentos funciona por meio da energia elétrica, e, portanto é necessária uma quantidade muito grande de geração desta energia. O consumo consciente de energia elétrica é de suma importância, principalmente levando-se em consideração os impactos socioambientais que são causados pela sua geração.

Palavras Chaves Geração de Energia Elétrica – Impactos Ambientais – Custo/Consumo – Energias Alternativas

1 – APRESENTAÇÃO

A produção didática pedagógica está elaborada no formato de Unidade

Didática, que será aplicada com os alunos do Terceiro Ano do Ensino Médio,

do Colégio Estadual Padre José de Anchieta – Ensino Fundamental, Médio e

Profissional, no município de Apucarana, Núcleo Regional de Apucarana,

durante o primeiro semestre do ano letivo de 2015, com o título “Consumo

Consciente de Energia Elétrica”.

Este estudo tem como objetivo promover um reconhecimento das fontes

de energia que abastecem nosso município, assim como localizar e estudar os

conceitos físicos presentes em cada uma das usinas geradoras de energia. Na

sequência, a atividade visa comparar os custos e benefícios que cada uma

oferece ao consumidor e com isso, a proposta é apresentar formas de geração

de energia alternativa para diminuir o consumo de energia elétrica em nossas

residências.

Esperamos que no final do processo os alunos compreendam que o

consumo consciente de energia elétrica é de suma importância, principalmente

levando-se em consideração os impactos socioambientais que são causados

pela sua geração, seja ela proveniente de fontes renováveis ou não, bem como

os processos físicos existentes nas diversas maneiras de geração de energia.

2 – INTRODUÇÃO

Com o passar dos anos, a humanidade presenciou grandes avanços

tecnológicos, alterando significativamente o seu modo de viver.

Inevitavelmente, o consumo de energia elétrica aumentou de maneira

expressiva, sendo hoje quase indispensável para a sobrevivência humana.

Existem algumas situações em que a energia elétrica pode ser

substituída por outras formas de energia que levam ao mesmo resultado e

apresentam menores impactos ambientais, como exemplo o uso de

aquecedores solares em residências para o aquecimento de água.

Portanto a proposta desta unidade didática é conduzir o estudo sobre as

diversas maneiras de produção e geração de energia elétrica, principalmente

as formas alternativas de energia, visando o consumo consciente de energia

elétrica.

Em todas as usinas geradoras de energia ocorrem processos físicos,

portanto, devemos conhecê-los para que aconteça uma comparação entre os

custos/benefícios de energia provenientes de diversas fontes, bem como os

impactos ambientais e sociais.

3 - O ENSINO DE FÍSICA E A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA

“É preciso ver o ensino da Física com mais gente e menos álgebra, a

emoção dos debates, a força dos princípios e a beleza dos conceitos.”

(PARANÁ, 2008, pág.50). A partir da ideia expressa pelo autor, podemos

admitir que o ensino da Física pode ser conduzido a partir de uma perspectiva

contemporânea, a qual relaciona a Física e as suas aplicações cotidianas para

uma melhoria na qualidade de vida.

Desta forma, podemos dizer que a Física é uma ciência que, desde o

princípio, visa descobertas para resolver situações problemas na sociedade.

A Física “deve educar para a cidadania e isso se faz considerando a

dimensão crítica do conhecimento científico sobre o Universo de fenômenos e

não da neutralidade da produção desse conhecimento, mas seu

comprometimento e envolvimento com aspectos sociais, políticos, econômicos

e culturais.” (PARANÁ, 2008, p. 50).

A questão que surge diante desse contexto é como promover um ensino

que desperte a atenção do aluno pela Física e o conduza uma aprendizagem

efetiva.

De acordo com Moreira (1999), a aprendizagem significativa é um

processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se de maneira

substantiva (não literal) e não arbitrária, a um aspecto relevante da estrutura de

conhecimento do aluno. Dessa maneira, os novos conhecimentos vão sendo

incorporados aos conhecimentos de senso comum já adquiridos durante a vida,

e esses vão se transformando em âncoras para receberem sempre novos

conceitos.

Conduzir as atividades do Ensino de Física com base na aprendizagem

significativa pode resultar em algo prazeroso para o aluno e ao mesmo tempo

evidenciar que a Física tem uma aplicação direta na evolução da humanidade.

4 – ESTRATÉGIAS DE AÇÃO

As estratégias utilizadas neste processo de aprendizagem deverão dar

subsídios conceituais para que os alunos possam desenvolver seus trabalhos

em equipes.

Desta forma estão apresentadas:

O aluno deve familiarizar-se com os conceitos, leis e princípios da

Física que estão associados aos processos de geração de

energia elétrica nos diversos tipos de usinas geradoras;

Por meio de trabalhos em grupos, os alunos deverão desenvolver

as atividades propostas nesta unidade didática, bem como a

apresentação do resultado das mesmas para a comunidade

escolar;

Por meio de um diálogo com os alunos, verificar quais tipos de

usinas elétricas eles já ouviram falar e se conhecem o mecanismo

de funcionamento para geração de energia em cada uma.

Dividir os alunos em quatro grupos: três grupos ficarão

responsáveis para pesquisar e organizar banners e/ou uma

maquetes sobre os tipos de usinas elétricas: hidrelétrica, eólica e

nuclear.

O quarto grupo ficará responsável pela pesquisa, construção de

banners e/ou maquetes sobre os aquecedores solares colocados

nas residências, cuja função é substituir a energia elétrica no

aquecimento de água.

Promover um momento de integração entre os grupos, para que,

antes da mostra, os mesmos possam expor e explicar seus

trabalhos para os colegas de sala.

A partir desse momento a discussão será norteada pelo coletivo

para que se conheça a Física envolvida nestes processos, as

questões socioambientais, as vantagens e desvantagens que

cada qual apresenta na sua constituição e o custo/consumo

apresentado por cada usina.

Os alunos deverão definir: geradores, indução magnética (Lei de

Lenz), transformadores, materiais isolantes, voltagem, tensões

elétricas (força eletromotriz – Lei de Faraday), efeito Joule,

termometria, correntes de convecção e estados físicos da

matéria.

Os alunos deverão trazer de suas residências a fatura de energia

elétrica para uma comparação entre o custo/consumo de uma

residência que se utiliza somente de energia elétrica com outra

que utiliza aquecedor solar.

Ao término do projeto, os trabalhos serão expostos com as

devidas explicações realizadas pelos alunos para a comunidade.

Após a apresentação dos trabalhos à comunidade, observar as

benfeitorias na escola, no sentido de consumo consciente de

energia.

5 – ATIVIDADES

5.1 – Atividade 1

Iniciaremos a aplicação desta Unidade Didática por meio de um

questionário que os alunos deverão responder sobre energia:

Quais os tipos de energias que eles conhecem?

Quais são de fontes renováveis e quais não são?

Quais os tipos de usinas geradoras de energia que eles

conhecem ou já ouviram sobre o assunto?

Quais tipos de usinas geradoras de energia existentes no Brasil?

Como a energia é produzida nas usinas?

Como essa energia é transportada da usina até a sua residência?

Quais equipamentos domésticos consomem mais energia?

Quais formas de economizar energia no nosso dia a dia?

Existe Física nas questões envolvidas nos processos citados?

Em quais conceitos físicos estão apoiadas cada questão acima?

5.2 – Atividade 2

Sabemos que os primeiros seres humanos dependiam de sua força

braçal, para obter energia e realizar trabalho.

Com a evolução da humanidade e o passar dos anos, as pessoas foram

percebendo que, se utilizassem de outros recursos para o aumento da energia

concentrada no trabalho, a produtividade poderia superar positivamente suas

expectativas. Então, o homem passou a utilizar animais domesticados para a

colaboração em seu trabalho.

Mas, a evolução não está estagnada no tempo, por isso, hoje é

necessário para o desenvolvimento das nossas atividades um auxilio maior em

nosso trabalho.

Já não nos basta o auxílio somente realizado por animais, mas

principalmente o auxilio da energia elétrica, oriunda de várias fontes de

energia, já que o consumo da mesma é demasiadamente grande, pois,

segundo Bellacosa (2014) em sua palestra: Desenvolvimento Humano e

Energia, “vivemos num mundo tecnológico”.

A energia elétrica é proveniente de usinas geradoras de energia, entre

elas podemos citar: usinas hidráulicas, eólicas e usinas nucleares.

Nesta atividade faremos uma leitura do texto sobre “Energia, a força da

vida”, retirado do material PROCEL NAS ESCOLAS A NATUREZA DA

PAISAGEM 5 – ENERGIA: RECURSO DA VIDA (p.11 a 14):

Tipos e Formas de Energia Existem várias formas de energia. A mais conhecida delas é a mecânica. E é

fácil de explica-la: quando uma força é aplicada sobre um corpo ele se movimenta ao longo de uma distância, dizemos que foi realizado um trabalho mecânico (como empurrar um objeto). A energia química também é conhecida: além de estar presente nos alimentos calóricos, pode ser encontrada na gasolina. Ela está associada a processos de queima ou combustão, e pode se transformar em calor, ou seja, energia térmica. A energia térmica é resultante dos elementos básicos componentes dos

corpos e se apresenta na forma de calor. Um corpo aquecido, seja sólido, líquido ou gasoso, possui essa forma de energia, que depende da massa e da diferença de temperatura que está submetido. Já a TV, o rádio, as micro-ondas e o aparelho de raios X, são responsáveis pela energia radiante (luminosa). Outra forma de energia é a nuclear, encontrada no núcleo dos átomos de certos elementos químicos (urânio, plutônio e toro) e liberada através de sua quebra ou fissão. Ela vem sendo utilizada na medicina para o tratamento de várias doenças, e em aplicações diversas na indústria. Além dessas temos a mais conhecida de todas, a energia elétrica, com a qual grande parte da população convive todos os dias. É difícil imaginar como seria nossa vida sem ela.

Fontes de Energia As fontes de energia são os recursos naturais utilizados para produzir energia

como o petróleo, o gás natural, o carvão mineral, o sol, etc. Elas podem ser renováveis e não renováveis. As renováveis são aquelas que, produzidas pela natureza ou pela ação do homem, encontram-se permanentemente disponível para uso (luz do sol, força dos ventos, força das águas, biomassa). As não renováveis são aquelas que correm o risco de se esgotar (o petróleo, o gás natural e o carvão). Vale ressaltar que a energia do sol é a origem de cada uma das fontes. Da energia solar também deriva a energia hidráulica. Basta pensar no ciclo que começa com a chegada dos raios solares nos oceanos, lagos e rios. Aquecida, a água evapora, sobe à atmosfera e depois é condensada em gotas, liberando calor. Em seguida, retorna à superfície como chuva, que realimenta o volume dos rios e das quedas d’água, renovando continuamente as fontes de energia hidráulica. Mesmo a energia dos ventos (eólica) é proveniente da energia solar. Os raios de sol distribuem-se de modo irregular na superfície terrestre, causando variações de temperatura e pressão nas massas de ar, que dão origem aos ventos.

FONTE: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/970recursos_renovaveis.jpg

FONTE:

http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/969recursos_nao_renovaveis.jpg

5.3 Atividade 3

Sabemos que para a construção de usinas geradoras de energia

elétrica, existem vantagens, desvantagens e implicações socioambientais. Para

analisarmos melhor estas situações, faremos a leitura do texto “Energia e Meio

Ambiente” retirado do material PROCEL NAS ESCOLAS A NATUREZA DA

PAISAGEM 5 – ENERGIA: RECURSO DA VIDA. (p. 40), o qual também

sugere ideias sobre desenvolvimento sustentável.

Energia e Meio Ambiente O atual modelo de desenvolvimento é grande consumidor de energia. Principais impactos ambientais e sociais provocados pela produção e consumo

de energia:

Degradação do solo resultante da mineração de carvão e da exploração de petróleo e gás;

Desmatamento para obtenção da lenha;

Alagamento de áreas e remoção de populações para construção de barragens de grandes hidrelétricas;

Poluição atmosférica decorrentes da queima de combustíveis fósseis.

Promover o desenvolvimento sustentável significa atender as necessidades da população sem comprometer as necessidades das futuras gerações.

Dentre os investimentos necessários no setor energético para o desenvolvimento sustentável, destacam-se:

Utilização de fontes mais limpas (menos impactantes);

Utilização de recursos tecnológicos e processos mais eficientes (que minimizem as perdas energéticas);

Desenvolvimento de processos educativos para a formação de hábitos visando ao uso responsável da energia (combate ao desperdício).

5.4 – Atividade 4

Nesta atividade faremos uma leitura sobre o texto “Energia Elétrica”

retirado do material PROCEL NAS ESCOLAS A NATUREZA DA PAISAGEM 5

– ENERGIA: RECURSO DA VIDA. (p. 64), para uma análise da situação sobre

a energia elétrica no Brasil.

Energia Elétrica

A energia elétrica é uma forma secundária de energia. As grandezas de energia elétrica são: tensão – medida em volts (V) e corrente

– medida em ampères (A). A corrente pode ser contínua ou alternada. Exemplo de corrente contínua:

pilha. Exemplo de corrente alternada: tomada. Configurações básicas do sistema elétrico:

Usina geradora;

Subestação elevadora de tensão;

Linhas de transmissão;

Subestação abaixadora de tensão;

Sistema de distribuição;

Consumo. O sistema elétrico brasileiro é interligado permitindo que ao faltar água em

algum lugar possa haver geração em outro. Geração de energia elétrica no Brasil:

Usinas hidrelétricas de grande porte;

Usinas hidrelétricas de pequeno porte;

Termelétricas a vapor, alimentadas por combustível fóssil (óleo diesel e carvão mineral);

Termelétrica a gás natural;

Termelétricas a vapor, alimentadas por biomassa (bagaço de diversas plantas e restos de madeiras, etc);

Termelétricas a vapor nuclear, alimentadas pela quebra (fissão) de urânio enriquecido.

Fontes alternativas renováveis:

Usinas eólicas (vento);

Sistemas autônomos fotovoltaicos;

Células combustíveis (em fase de pesquisa).

Principais formas de consumo de eletricidade: processos eletroquímicos, iluminação, aquecimento, força-motriz, refrigeração, etc.

Conta de luz: registra a energia consumida no mês, a tarifa cobrada pela concessionária e valores referentes a impostos e taxas. A cobrança é feita em reais (R$) por quilowatt-hora (kwh).

Os alunos assistirão aos vídeos que estão nos endereços

http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9239

e

http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9009.

Após assistirem aos vídeos e fazerem a leitura do texto, deverão

pesquisar e responder as questões abaixo, que estão intrinsicamente

relacionadas com o conteúdo de Física do 3º ano do Ensino Médio.

1) Qual a estrutura de um átomo?

Por cargas elétricas positivas (prótons), negativas (elétrons) e nêutrons.

2) O que são cargas elétricas?

É uma propriedade física fundamental que determina as interações

eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos

ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente.

3) O que é carga elétrica elementar?

É o módulo da carga elétrica livre do elétron ou do próton encontrado na natureza

admitindo e = 1,6.10-19

C

4) Comente sobre a Lei de Coulomb.

Essa lei estabelece que "a força de atração ou repulsão entre dois corpos

carregados é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente

proporcional ao quadrado da distância". Por meio da Lei de Coulomb podemos

calcular a quantidade de carga elétrica existente nos corpos. |Q| = n.e, onde

Q=quantidade de carga elétrica; n=número de elétrons e e=módulo de carga

elétrica elementar. A quantidade de carga elétrica tem como sua unidade de

medida o coulomb, representado por C.

5) O que é tensão elétrica?

É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos (ddp), sendo a unidade de

medida utilizada para a tensão o volt (V).

6) O que é corrente elétrica?

É o movimento ordenado de cargas elétricas pelo condutor (fio), a unidade de

medida utilizada para a intensidade da corrente elétrica é o ampère (A).

7) O que é potência elétrica?

É a quantidade de energia liberada em certo intervalo de tempo para realização de

um trabalho por algum equipamento, a unidade de medida da potência elétrica é o

watt (W).

8) Qual a diferença entre corrente contínua e corrente alternada?

Corrente Contínua: é aquela produzida por uma bateria ou pilhas.

Corrente Alternada: é aquela que provém das usinas geradoras de energia elétrica.

9) O que são células fotovoltaicas?

Uma célula solar ou célula fotovoltaica é um dispositivo elétrico de estado sólido

capaz de converter a luz diretamente em energia elétrica por intermédio do efeito

fotoelétrico. O efeito fotoelétrico é um processo de geração de corrente elétrica

correspondente num material, após a sua exposição à luz.

10) O que significa quilowatt-hora?

Um quilowatt-hora constitui a energia consumida em 1 hora quando a potência é

um quilowatt, ou seja, 1kwh = 3,6.106J. Mensalmente as empresas de energia

elétrica enviam a nossas residências o demonstrativo da energia gasta, no qual o

consumo de energia elétrica vem expresso em kWh.

11) Como a eletricidade chega até nossas casas?

Veja, na sequência de figuras, cada etapa de seu trajeto das usinas até as casas.

Estação geradora: A energia elétrica pode vir de diferentes fontes. Nas

hidrelétricas, a queda-d'água movimenta um gerador, que cria um campo

magnético, produzindo corrente elétrica.

Subestações de Transmissão: a energia sai da usina direto para estações de

transmissão, onde passa por transformadores que aumentam sua voltagem. Em

seguida, segue pelas linhas de alta tensão.

Linhas de Transmissão-Torres de Alta Tensão: levam a eletricidade por longas

distâncias. Para reduzir as perdas energéticas durante a transmissão, ela é

transportada em altíssima voltagem.

Subestações de Distribuição: a eletricidade passa pelos transformadores de tensão nas

subestações, que diminuem a voltagem dela. Só então segue pela rede de distribuição.

Fiação dos Postes: a energia passa pelos transformadores de distribuição, que

rebaixam a voltagem de novo. Depois, passa pela fiação - aérea ou subterrânea -, que

a leva até as ruas.

Consumidor Final: nas tomadas de nossa casa, a energia está disponível para

utilização no mesmo momento em que é gerada, fazendo funcionar equipamentos

eletrônicos e elétricos.

Fonte: http://revistaescola.abril.com.br/fundamental-1/como-energia-

eletrica-chega-nossas-casas-690661.shtml?page=1

5.5 – Atividade 5

Nesta atividade, por meio das leituras dos textos propostos abaixo, os

alunos serão informados sobre o funcionamento, impactos socioambientais,

vantagens e desvantagens, geração e transmissão de energia elétrica

proveniente de usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares, uma vez que a

maior quantidade de geração de energia elétrica do Brasil é hídrica. Após a

leitura de cada texto, os alunos deverão responder às questões propostas, as

quais estão relacionadas aos conceitos físicos envolvidos em cada tipo de

usina.

Usinas Hidrelétricas

Quase metade da energia elétrica produzida no Brasil é obtida a partir

das usinas hidrelétricas. (PENTEADO, 2005)

De acordo com Almeida (2010, p. 233) “a construção de hidrelétricas

podem implicar impactos ambientais muito sérios. Envolve, além dos

equipamentos instalados, o desvio do curso do rio, a preparação de um terreno

e a formação de um reservatório”.

FONTE: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/659hidreletrica.jpg

Sabemos que, para a construção dessas usinas é necessário uma

barragem criando grandes represas, provocando o alagamento de extensas

áreas, situação necessária para manter o reservatório de água utilizada na

geração de energia.

Impactos Socioambientais

“As populações são atingidas direta e concretamente através do alagamento de suas propriedades, casas, áreas produtivas e até cidades. Existem também os impactos indiretos como perdas de laços comunitários, separação de comunidades e famílias, destruição de igrejas, capelas e inundação de locais sagrados para comunidades indígenas e tradicionais. Na área ambiental o principal impacto costuma ser o alagamento de importantes áreas florestais e o desaparecimento do habitat dos animais”. (Manual do Atingido - Impactos Sociais e Ambientais de Barragens”, de autoria de Flávia Vieira e Carlos Vainer, do Movimento dos Atingidos por Barragens – MAB. )

Como sabemos, o consumo de energia no Brasil está aumentando

consideravelmente, portanto a necessidade de investir mais em usinas.

Vantagens e Desvantagens

Algumas vantagens são: baixa emissão de gases poluentes que provocam

o efeito estufa; fonte de energia renovável e que dispensa o uso de combustíveis;

não produz dejetos tóxicos ou radioativos, além da compensação financeira pela

utilização dos recursos hídricos. Esta compensação é para construção de vilas

para a população ribeirinha com casas de alvenaria, escolas, clínicas, estações de

tratamento de água e esgoto.

Sob outro olhar, as desvantagens seriam, além do impacto socioambiental,

a situação econômica da população ribeirinha que tira seu sustento do rio, da

pesca, pois a construção de hidrelétricas altera o ciclo dos peixes e também traz

prejuízo para a fauna local.

Geração – Transmissão

O caminho que a energia faz para chegar até o consumidor é longo.

Desde a sua produção até o consumo, conseguimos relacionar vários

conceitos físicos neste processo.

Ainda na usina, a energia para ser gerada, necessita do trabalho de

geradores (que giram com a força da água), cujo princípio de funcionamento se

baseia na indução magnética (Lei de Lenz), bem perto deles, na casa de força,

estão os transformadores (equipamentos que transformam e enviam a energia

para os cabos de transmissão).

A energia produzida pelos geradores é transmitida para os

transformadores por meio de cabos aéreos, revestidos por camadas de

materiais isolantes e fixados em grandes torres de metal.

Durante o percurso, a eletricidade circula por diversas subestações,

onde passam por transformadores que aumentam ou diminuem sua voltagem,

alterando as tensões elétricas (força eletromotriz – Lei de Faraday).

Quando a energia sai da usina passa por transformadores que elevam

sua tensão. Isso evita a perda por Efeito Joule. Quando essa mesma energia

será utilizada para o uso em geral por seus consumidores, os transformadores

diminuem essas tensões para não causarem danos. Assim forma-se a rede de

distribuição.

Os conceitos físicos envolvidos nesta etapa do projeto são: geradores,

indução magnética (Lei de Lenz), transformadores, materiais isolantes,

voltagem, tensões elétricas (força eletromotriz – Lei de Faraday), Efeito Joule.

Os alunos assistirão ao vídeo “Como Funcionam as Hidrelétricas”,

disponível no endereço eletrônico:

http://www.fisica.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10621 e

na sequência responderão as questões por meio de pesquisa:

1) O que são geradores? Como funcionam?

2) Como a Lei de Lenz explica o princípio da indução magnética?

3) Existem ímãs gigantescos em cada usina para geração de campo

eletromagnético, e assim, a corrente elétrica?

4) O que são transformadores? Quais suas funções?

5) Qual relação existe entre a Lei de Faraday com a força eletromotriz?

6) Explique o efeito Joule.

7) O que são materiais isolantes?

Usinas Termelétricas

No Brasil, a predominância de energia elétrica é proveniente de usinas

hidrelétricas, mas também existe uma colaboração vinda de usinas

termelétricas.

“As termelétricas usam carvão mineral, gás natural e óleo como

combustível”. (ALMEIDA, 2010, p. 232)

FONTE:

http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/1116esquema_termoeletrica.jpg

Impactos Socioambientais

Essas usinas emitem gases poluentes na atmosfera, entre eles o gás

carbônico proveniente da queima de combustíveis fósseis que colabora com o

aquecimento global por meio do efeito estufa e da chuva ácida.

Essas usinas são construídas próximas de rios, dos quais se desvia

parte da água para a liquefação do vapor d‟água.

A água é devolvida ao leito do rio numa temperatura mais alta, pondo

em risco várias formas de vida aquática e acarretando prejuízo ao ecossistema

local.

Vantagens e Desvantagens

Comparando-se as usinas hidrelétricas com as termelétricas, as

termelétricas apresentam uma rápida edificação e assim, levam menor tempo

para a geração de energia.

Com o intuito de reduzir os custos com torres e linhas de transmissão,

são instaladas em locais próximos aos das regiões de consumo.

É utilizada de forma estratégica, quando há um período de seca que

causa diminuição de água nas represas que abastecem as hidrelétricas.

O custo final deste tipo da energia produzida por essas usinas é mais

caro que a energia produzida pelas hidrelétricas, pois é necessária a aquisição

de combustíveis fósseis para o funcionamento da mesma.

Geração – Transmissão

Nestas usinas, o caminho entre a geração de energia e o consumidor

pode ser mais curto, uma vez que ela pode ser construída próxima da área de

consumo.

Conforme Gonçalves Filho (2010, p. 145),

O movimento do eixo de um gerador é obtido pela queima de um combustível, em geral carvão ou óleo. A água é vaporizada em uma caldeira e o vapor, conduzido a alta pressão por uma tubulação até as pás de uma turbina, cujo eixo está acoplado a um gerador. Com o choque do vapor d‟água à alta pressão e as pás da turbina, obtém-se o movimento do gerador. Posteriormente, o vapor d‟água é resfriado no radiador, onde a água volta ao estado líquido, sendo depois injetada na caldeira, para ser novamente vaporizada.

Após o processo de geração de energia, a transmissão acontece da

mesma forma que nas hidrelétricas, passam pelos cabos de transmissão, pelas

subestações que aumentam ou diminuem a voltagem, até chegar aos

consumidores.

Os conceitos físicos compreendidos nesta etapa do projeto são:

termometria, correntes de convecção e estados físicos da matéria.

Os alunos assistirão ao vídeo

http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9011

e após, por meio de pesquisa responderão:

1) Comente sobre os estados físicos da matéria: líquido e gasoso.

2) Explique sobre correntes de convecção.

3) Explique sobre o Ciclo de Carnot.

Usinas Nucleares

As usinas nucleares do Brasil estão localizadas na Central Nuclear

Almirante Álvaro Alberto, em Angra dos Reis, Rio de Janeiro.

Esta central é composta por três unidades: Angra1, Angra2, e Angra3.

Como relata Penteado (2005, p.163) “a participação de energia nuclear

no fornecimento de energia elétrica é apenas de 1,49%” do consumo do país”.

Segundo informações da Agência Nacional de Energia Elétrica – Aneel

(2008), o Brasil ocupa o 23º lugar mundial em produção de energia nuclear,

produzindo 2.007MW por meio das Usinas Angra1 e Angra2.

Impactos Socioambientais

Um dos principais impactos socioambientais causados por esse tipo de

usina diz respeito à água utilizada no processo e que é devolvida ao mar com

temperatura aproximadamente 60ºC maior que a temperatura ambiente, além

dos rejeitos radioativos.

Vale lembrar que as usinas termelétricas de um modo geral, depois de

prontas geram poucos empregos e ao analisar a questão de investimentos em

turismo, como na cidade de Angra dos Reis, não são muitas as pessoas que

gostariam de passar as férias numa praia ao lado de uma usina nuclear.

Vantagens e Desvantagens

Podemos comparar as usinas nucleares com as termelétricas uma vez

que o procedimento para geração de energia elétrica é o mesmo, podemos

apontar algumas vantagens: uma usina nuclear pode ser construída utilizando-

se de menor área em relação à termelétrica; as reservas de combustíveis que

mantém as termelétricas são menores em relação à disponibilidade de material

radioativo que é o combustível das nucleares. Além disso, elas não contribuem

para o efeito estufa.

Em relação às desvantagens podemos citar: para a construção e

operação dessas usinas os custos são muito altos; descarte do lixo atômico e

um provável risco de acidentes nucleares, que resultam na liberação de

material radioativo, altamente prejudicial à vida e ao meio ambiente;

possibilidade do uso da energia nuclear para a construção de armamentos

nucleares.

Geração – Transmissão

De acordo com Gonçalves Filho (2010, p. 146) o processo de geração

de energia em uma usina nuclear, segue da forma:

“O movimento do eixo gerador também é obtido pelo choque das moléculas do vapor d‟água a alta pressão com as pás da turbina. O combustível utilizado é o urânio.”

O processo de geração de energia é semelhante ao das usinas

termelétrica. O combustível utilizado nestas usinas são elementos químicos

radioativos como o urânio, o plutônio e o tório.

Dentro das varetas do elemento combustível, ocorre a fissão dos

átomos, o que ocasiona o aquecimento da água que passa pelo reator a uma

temperatura de 320ºC, mantida sob uma pressão de 157 vezes maior que a

pressão atmosférica, para que a água não entre em ebulição.

A troca de calor entre as águas do primeiro circuito e do circuito

secundário, que são independentes entre si, é de responsabilidade do gerador

de vapor.

Em virtude desta troca de calor, a água do circuito secundário se

transforma em vapor que movimenta a turbina, a qual aciona o gerador elétrico.

O vapor deste circuito, depois de mover a turbina, passa por um

condensador, onde é refrigerado pela água do mar, por meio de um terceiro

circuito independente. A água que passa pelo reator não está em contato com

as demais devido aos circuitos serem independentes.

FONTE: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/galeria/uploads/4/418energianuclear.jpg

A partir do gerador elétrico o procedimento da transmissão de energia

elétrica segue o mesmo sistema das demais usinas.

Os conceitos físicos compreendidos nesta etapa do projeto são:

átomos, fissão, radioatividade, trocas de calor, escalas termométricas, estados

físicos da matéria, reator e condensador.

Os alunos assistirão ao vídeo Energia – O calor – parte 2, que está no

endereço

http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9238

e após, por meio de pesquisa responderão:

1) Como estão constituídos os átomos?

Por partículas de prótons, elétrons e neutros.

2) O que é fissão nuclear?

É uma reação que ocorre no núcleo de um átomo. Geralmente o núcleo pesado é

atingido por um nêutron, que, após a colisão, libera uma imensa quantidade de

energia. No processo de fissão de um átomo, a cada colisão são liberados novos

nêutrons. Os novos nêutrons irão colidir com novos núcleos, provocando a fissão

sucessiva de outros núcleos e estabelecendo, então, uma reação que

denominamos reação em cadeia.

3) Quando acontece a troca de calor?

Acontece quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são

colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de

certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico.

4) Qual é a função do reator atômico?

Controlar a energia liberada numa fissão. O calor liberado nessa reação é usado

para ferver água, cujo vapor acionará uma turbina geradora de eletricidade.

5) Qual é a função do condensador?

Resfriar o vapor para que o mesmo retorne até as caldeiras.

5.6 – Atividade 6

Para um uso consciente de energia elétrica em nossas residências, além

do slogam “a luz que você apaga, você não paga” é necessário pensar em

fontes alternativas de geração de energia.

Sendo assim, podemos pensar como forma alternativa para o consumo

de energia elétrica, os aquecedores solares, não no intuito de geração de

energia elétrica (como células fotovoltaicas), mas sim, para o aquecimento de

água utilizada nas residências.

Nesta atividade, após a leitura do texto proposto, os alunos terão

algumas informações sobre aquecedores solares. Em seguida deverão

pesquisar sobre os conceitos físicos abordados nesta etapa e responderem o

questionário.

Aquecedor Solar para água do chuveiro

O processo de aquecimento de água por meio do aquecedor solar se dá

por placas coletoras solares e um reservatório de água chamado Boiler.

É de responsabilidade das placas a absorção da radiação solar. A

energia absorvida pelas placas é transferida, na forma de calor, para a água

que circula dentro das tubulações de cobre.

O reservatório térmico é um recipiente cilíndrico de cobre ou aço,

isolados termicamente, para evitar o máximo de perdas de calor pelo processo

de condução térmica, e sua função é armazenar a água quente, fazendo com

que a água esteja aquecida para qualquer hora de uso.

A função da caixa de água fria é alimentar o reservatório, para que ele

sempre fique cheio.

É por termossifão que a água circula entre os coletores e o reservatório.

Na termossifão, a água dos coletores é mais quente e menos densa que

a água do reservatório, como a água fria é mais densa, empurra a água quente

para o reservatório, causando a circulação.

Nesta etapa do projeto os alunos poderão recordar conceitos físicos de

termodinâmica sobre os processos de transmissão de calor como condução

térmica, termossifão e irradiação.

Os alunos assistirão ao vídeo Aquecedor Solar de Água que está no

endereço

http://www.geografia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10082

e após uma pesquisa responderão:

1) Quais os tipos de processos de transmissão de calor?

Condução térmica, irradiação e correntes de convecção.

2) Como ocorre a condução térmica?

Consiste na propagação de calor no interior de um corpo sólido, aquecido

irregularmente ou entre corpos sólidos distintos em contato direto.

3) Como ocorre a irradiação?

O processo de transferência de calor denominado irradiação térmica é feito pelas

ondas eletromagnéticas, denominadas ondas de calor ou calor de radiante. Esse

processo ocorre tanto em determinados meios quanto no vácuo.

4) O que é termossifão?

É um processo de circulação de líquidos através de condutores, geralmente de

cobre, onde o líquido se move apenas pela diferença de densidade que ocorre

quando um líquido está quente ou frio.

5) O que é fluido?

São assim denominados os líquidos e os gases pelo fato de poderem se escoar

com grande facilidade.

6) O que é densidade?

Densidade de um corpo ou objeto como sendo a razão, isto é, o quociente entre a

massa do corpo e o seu volume.

5.7 – Atividade 7

Após os alunos terem conhecimento sobre os tipos de energia, suas

fontes e, tipos de usinas geradoras, bem como sobre o aquecedor solar, serão

divididos em quatro grupos, os quais deverão confeccionar maquetes e/ou

cartazes para uma exposição de seus trabalhos para a própria turma,

enfatizando os conceitos físicos abordados em cada trabalho.

5.8 – Atividade 8

Nesta atividade, cada aluno deverá trazer uma fatura da conta de luz

para analisarmos o custo/consumo de cada residência, comparando as que

utilizam chuveiro elétrico com as que fazem uso de aquecedores solares para a

água do banho. Aqui também será feito um cartaz para apresentação desta

comparação.

5.9 – Atividade 9

Como demonstração dos objetivos alcançados no desenvolvimento

deste projeto, os alunos do 3º ano do Ensino Médio, farão uma exposição de

seus trabalhos, para a comunidade escolar, em forma de Mostra Cultural de

Física, com o intuito de conscientizar a comunidade quanto ao consumo de

energia elétrica e fontes alternativas de geração de energia.

6 – AVALIAÇÃO

De acordo com as Diretrizes Curriculares da Educação Básica – Física

„a avaliação deve ter um caráter diversificado tanto qualitativo quanto do ponto

de vista instrumental‟.

Neste aspecto vale lembrar que, se a aprendizagem foi significativa, o

aluno não deverá temer a avaliações, pois conseguiu assimilar os conceitos e

leis da física de formas diversificadas, por meio de leituras de textos científicos

ou não, textos informativos, construção de maquetes e/ou banners,

comparações entre informações, apresentação dos trabalhos para a

comunidade escolar.

Após passarem por todos esses processos os alunos retomarão o

questionário proposto na Atividade 1 para responderem, agora com

conhecimento sobre o assunto. Desta forma o professor terá subsídios para

referenciar se ouve aprendizagem e de que maneira ela estará inserida no

cotidiano desta comunidade.

7 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

De acordo com Moreira (1999), a aprendizagem significativa é um

processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se de maneira

substantiva (não literal) e não arbitrária, a um aspecto relevante da estrutura do

conhecimento do aluno.

Dessa maneira, os novos conhecimentos vão sendo incorporados aos

conhecimentos já adquiridos e esses vão se transformando em âncoras para

receberem sempre novos conceitos.

Esperamos realizar todas as atividades aqui propostas, uma vez que

cada uma delas, na ordem apresentadas, servirão de bagagem para as que

virão, assim como Ausubel afirma sobre a aprendizagem significativa, que são

necessárias âncoras para novos conhecimentos.

Moreira (1999) afirma que na teoria de Ausubel, essas âncoras são

consideradas como conceitos subsunçores que dão suporte a novos

conhecimentos, facilitando a compreensão das novas informações, o que dá

significado real ao conhecimento adquirido.

Conduzir as atividades de ensino com base na aprendizagem

significativa pode resultar em algo prazeroso ao aluno e ao mesmo tempo

evidenciar que a Física tem uma aplicação direta na evolução da humanidade.

Apresentamos como intenção maior que, ao término deste trabalho, os

alunos tenham, de forma prazerosa, por meio das atividades experimentais,

compreendido a aplicação da Física no cotidiano, bem como a sua evolução e

desta forma verificar que a Física é uma ciência em evolução (inacabada) que

busca melhorar a vida do cidadão, no que se diz respeito à qualidade de vida,

melhorias e benfeitorias para a humanidade.

8 – REFERÊNCIAS

ALMEIDA, Lucia Marina Alves de. Fronteiras da Globalização. São Paulo: Ática, 2012.

ANEEL. Energia Nuclear. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/atlas_par3_cap8.pdf Acesso em 19/05/2014.

BELLACOSA, Julia Marques. Desenvolvimento Humano e Energia, 2014.

CARVALHO, Joaquim Francisco de. Prioridades para investimentos em usinas elétricas. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/ea/v22n64/a13v2264.pdf Acesso em 12/05/2014.

CONCIÊNCIA. Usinas de energia impactam meio ambiente. Disponível em: http://www.comciencia.br/reportagens/energiaeletrica/energia07.htm Acesso em 24/05/2014.

DIDONET, Marcos. Energia: recurso da vida: livro 5. Rio de Janeiro: CIMA, 2006.

ELETROBRÁS. Na trilha da energia. Disponível em:

http://www.eletrobras.com/elb/natrilhadaenergia/energia-eletrica/main.asp?View={05778C21-A140-415D-A91F-1757B393FF92} Acesso em 16/05/2014.

ELETROBRÁS ELETRONUCLEAR. Energia nuclear. Disponível em http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/Espa%C3%A7odoConhecimento/Pesquisaescolar/EnergiaNuclear.aspx Acesso em 19/05/2014.

FRANCISCO, Wagner de Cerqueira e. Energia Nuclear. Brasil Escola. Disponível em: http://www.brasilescola.com/geografia/energia-nuclear.htm Acesso em 19/05/2014.

GUIMARÃES, Luciana Ribeiro. Série professor em ação: Atividades para as aulas de Ciências: ensino fundamental, 6º ao 9º ano. São Paulo: Nova Espiral, 2009.

GLOBO ECOLOGIA. Vantagens e desvantagens das hidrelétricas causam polêmica.

Disponível em: http://redeglobo.globo.com/globoecologia/noticia/2013/08/vantagens-e-desvantagens-das-hidreletricas-causam-polemica.html Acesso em 16/05/2014.

MOREIRA, M. A. Teorias de Aprendizagem. São Paulo: EPU, 1999.

PARANÁ, Secretaria de Educação. Diretrizes Curriculares da Educação Básica - Física. Curitiba: 2008.

PENTEADO, Paulo César M. Física – ciência e tecnologia. São Paulo: Moderna, 2005.

SILVA, Cláudio Xavier da. Coleção física aula por aula. V3. São Paulo: FTD, 2010.

SILVA, Luciano Fernandes; Carvalho, Luiz Marcelo. A Temática Ambiental e o Ensino de Física na Escola Média: Algumas Possibilidades de Desenvolver o Tema Produção de Energia Elétrica em Larga Escala em uma Situação de Ensino. São Paulo, 2002. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172002000300012&script=sci_arttext&tlng=es Acesso em 19/05/2014.

SÓ BIOLOGIA. Usina Termoelétrica ou Usina Termelétrica. Disponível em: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Ar/termeletrica.php Acesso em 19/05/2014.

SOUSA, Wanderley Lemgruber de. Impacto Ambiental de Hidrelétricas: Uma análise comparativa de duas abordagens. Rio de Janeiro, 2000. Disponível em: http://www.ppe.ufrj.br/ppe/production/tesis/wlemgruber.pdf Acesso em 12/05/2014.

VALENTE, Ligia. et.al. Física Nuclear: Caminhos para a sala de aula. Curitiba, 2008. Disponível em: http://www.cienciamao.usp.br/dados/epef/_fisicanuclearcaminhospar.trabalho.pdf Acesso em 12/05/2014.

VIEIRA, Flávia Braga. Manual do Atingido - Impactos Sociais e Ambientais de Barragens. Movimento dos Atingidos por Barragens – MAB. Rio de Janeiro, 2008. Disponível, em: http://www.maternatura.org.br/hidreletricas/guia/LeiaMais_Osimpactosambientaisesociais.pdf . Acesso em 16/05/2014.

PARANÁ, Seed. Energia – O calor – parte 2. Disponível em: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9238 Acesso em 20/09/2014.

PARANÁ, Seed. Energia – O calor – Parte 1. Disponível em: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9239 Acesso em 20/09/2014.

PARANÁ, Seed. Série “Viagem na Eletricidade” – Eletricidade: Volts para ir mais longe – Episódio 12. Disponível em: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9009 Acesso em 20/09/2014.

PARANÁ, Seed. Como Funcionam as Hidrelétricas. Disponível em: http://www.fisica.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10621 Acesso em 20/09/2014.

PARANÁ, Seed. Série “Viagem na Eletricidade” Eletricidade – Entre o quente e o frio – Episódio 10 – Termelétricas. Disponível em: http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9011 Acesso em 20/09/2014.

PARANÁ, Seed. Aquecedor Solar de Água. Disponível em: http://www.geografia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10082 Acesso em 20/09/2014.