KIT FÍSICA Nº5 (3) - Convecção de Fluidos

 

Convecção de fluidos: Você sabe como elas acontecem? 

Olá, professores! Os temas relacionados à propagação de calor podem despertar mais interesse da turma, quando acompanhados de atividades práticas! Que tal um experimento para facilitar a compreensão da Convecção de Fluidos?

Física 5 -  Convecção de Fluidos 

Usaremos esses materiais para demonstração prática de uma das formas mais importantes de transferência de calor: A CONVECÇÃO DE FLUIDOS.

Link: https://youtu.be/Fk5-luQj06A 

PLANO DE AULA

Disciplina:  Ciências da Natureza/ Física.

Curso: Aplicável a partir do sexto ano do ensino fundamental.

Tema: 5º ano do ensino fundamental: Propriedades físicas dos materiais. 7º ano do ensino fundamental: Formas de propagação do calor. 8º ano do ensino fundamental: Fontes e tipos de energia. Transformação de energia.

Duração de cada aula: 50 minutos

Objetivo:

• Descrever como ocorre a propagação de calor por convecção de fluidos.

Abertura da aula:

Local: Sala de aula ou laboratório  para explicação teórica.

Organização da turma: Para melhor visualização e compreensão, aconselha- se que os estudantes estejam acomodados em círculo (sala de aula) ou agrupados nas bancadas (laboratório).

Distribuição dos materiais:  Sendo um experimento de apenas um exemplar, o professor poderá realizar o mesmo demonstrando para turma os resultados ou pedir a um estudante suporte para a realização do experimento.

* Recomendamos que os estudantes tenham alguns instantes para explorar os materiais antes do início das instruções. Assim, evitamos que se distraiam durante a fala do professor.

Antes de iniciar a atividade o professor pode fazer algumas perguntas à turma:

1-Você já viu um aparelho de ar-condicionado? Se viu, reparou onde ele costuma ser instalado? 

(Orientações: Os aparelhos de ar condicionado devem ser instalados no alto do recinto que se deseja resfriar. Contextualizar a discussão com base na pergunta de modo a permitir que o aluno perceba que o local de instalação dos aparelhos de ar-condicionado não é aleatório. Verifique, brevemente e de forma coletiva, com base na participação dos alunos, o conhecimento prévio que eles possuem do assunto convecção.)

2- Por que os aparelhos de ar-condicionado são instalados nas partes altas dos recintos?

(Orientações: Apresente a questão disparadora e encaminhe os alunos para a observação do experimento investigativo. As discussões e as hipóteses deverão ocorrer exclusivamente no fim da aula).

Desenvolvimento da prática:

Etapa 1: Passa a passo:

• Inicialmente no béquer de 250 ml, o professor e seu ajudante farão a mistura de 200 ml de água com uma colher de serragem.

• Após a realização da mistura, o professor ascenderá a lamparina com cuidado, em seguida acomodará a lamparina acesa em cima da tela de amianto, e depois colocará o suporte metálico.

• Posteriormente o professor acrescentará sobre o suporte metálico a folha de alumínio, e sobre a folha de alumínio colocará o béquer com a mistura.

• Será aguardado poucos minutos para a visualização da convecção de fluidos.

Resultado esperado: A água aquecida pela chama (expandida e, portanto, com menor densidade) sobe por convecção e a água que se encontra na superfície, porque está mais fria, desce. A serragem deverá acompanhar o movimento destas correntes de convecção permitindo ao aluno visualizar nitidamente estes movimentos.

 

Condução das discussões:

A convecção é um processo que ocorre quando líquidos e gases são aquecidos, o calor se propaga através das correntes de convecção de fluidos circulares. Essas correntes são formadas pela diferença de densidade dos fluidos.

O material mais quente, torna-se menos denso e sobe, perde calor, esfria, torna-se então mais denso e desce.

Através do desenvolvimento da prática podemos perceber que a serragem quando é aquecida sobe na superfície da água, e quando perde o calor ela desce em movimentos circulares, em uma demonstração de convecção térmica e ocorre através das correntes de convecção circulares. A conclusão geral que se pretende construir em conjunto com os alunos é que materiais e substâncias, quando aquecidos, tendem à expansão ou seja, têm seu volume aumentado, diminuindo sua densidade (aumentando sua flutuabilidade), e tendem, por isso, a se deslocar para cima; materiais e substâncias resfriados geralmente têm seu volume diminuído, o que eleva sua densidade fazendo com que eles tendam a se deslocar para baixo. No caso do ar-condicionado, o ar resfriado pelo aparelho tende a se deslocar para a parte inferior da sala, deslocando o ar quente para cima para ser resfriado pelo aparelho, criando, dentro da sala, um ambiente agradável tanto na parte inferior quanto na parte superior. Se o aparelho fosse instalado na parte inferior do recinto, o ar frio seria liberado já na parte de baixo da sala, onde ele tende a permanecer. Não haveria, então, nenhuma circulação de ar, e teríamos a concentração de ar frio embaixo e ar quente em cima.

Materiais disponibilizados no kit:

Ao fazer o pedido deste kit, terá à sua disponibilidade:

• 1 lamparina.

• 1 suporte de metálico.

• 1 béquer de 250 ml.

• 1 tela de amianto.

• Serragem.

• 1 suporte de alumínio.