Contextualização:

O calor é uma forma de energia que flui de um corpo com maior temperatura para um com temperatura menor. Esse fluxo continuará até que se alcance um equilíbrio térmico, momento em que ambos os corpos terão a mesma temperatura. Adicionalmente, o calor pode alterar o estado físico da matéria, processo que é frequentemente observado em fenômenos naturais e em aplicações tecnológicas diárias. Neste projeto, iremos explorar como o calor influencia a mudança de estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso.

Sobre o calor e a mudança de estados:

A mudança de estado físico de uma substância é um processo que ocorre quando adicionamos ou retiramos calor. Por exemplo, a água em estado sólido (gelo) se transforma em líquido quando adicionamos calor (derretimento) e, se continuarmos o processo, passa do estado líquido para o gasoso (evaporação). Da mesma forma, a água em estado gasoso (vapor) se transforma em líquido quando retiramos calor (condensação) e, se continuarmos o processo, passa do estado líquido para o sólido (solidificação ou congelamento). Essas mudanças são explicadas pela teoria cinética das moléculas, que defende que a adição ou retirada de calor altera o movimento das moléculas, causando a mudança do estado físico da substância.

Aplicações no mundo real e sua importância:

As mudanças de estado são um fenômeno universal e têm diversas aplicações em nossas vidas. Quando cozinhamos, por exemplo, observamos a água em estado líquido ferver e transformar-se em vapor. Refrigeradores e ar-condicionados exploram o ciclo de refrigeração, que consiste em forçar substâncias a trocarem de estado para absorver ou liberar calor, a fim de resfriar ambientes. A compreensão desses conceitos é essencial para a formação de um cidadão cientificamente alfabetizado, capaz de tirar conclusões informadas sobre o mundo natural e a tecnologia.

Para aprofundar seu conhecimento no assunto, recomendamos os seguintes recursos:

1. [Heat and states of Matter (em inglês)]
2. [Mudança de estados da matéria - Brasil Escola]
3. [Calor - Física - InfoEscola]

Não se limitem a esses recursos. Conversem em grupo, façam pesquisas em bibliotecas, busquem por documentários e sci-vlogs. Lembrem-se que o conhecimento é uma constante construção e reconstrução.

Atividade Prática

Explorando o Calor e a Mudança de Estado Físico da Matéria

Objetivo do Projeto:

Investigar de forma prática como o calor influencia a mudança de estados físicos da matéria e compreender a teoria cinética das moléculas por trás desse processo. O experimento escolhido é a evaporação, condensação e recongelamento da água.

Materiais Necessários:

• Bico de Bunsen (ou fogão)
• Tripé de ferro
• Tela de amianto
• Um Becker de 250 ml
• Um termômetro
• Cronômetro
• Gelo
• Recipiente com água fria
• Balança de precisão
• Computador com acesso à internet para pesquisas e escrita do relatório.

Descrição detalhada do Projeto:

Os alunos, divididos em grupos de 3 a 5, vão realizar um experimento que demonstra a mudança de estados físicos da água sob a influência do calor. Primeiramente, os alunos pesquisam e discutem entre si a teoria cinética das moléculas e como ela explica as transições entre os estados sólido, líquido e gasoso. A partir desse ponto, eles planejam e realizam o experimento, que envolve aquecer gelo até que ele se torne água e, posteriormente, vapor, e então resfriá-lo de volta ao estado líquido e, finalmente, sólido novamente.

Eles observarão e registrarão as alterações de temperatura durante todo o processo, utilizando um cronômetro para controlar o tempo e um termômetro para medir a temperatura. Durante o experimento, eles devem fazer anotações detalhadas de suas observações, que posteriormente serão usadas para a análise dos dados e a criação do relatório final.

Passo a Passo detalhado para a realização da atividade:

1. Pesquisa Teórica:

   • Pesquisem sobre a teoria cinética das moléculas, calor e mudança de estado.
   • Discutam em grupo quais aspectos desse conhecimento teórico vocês esperam ver demonstrado na prática durante o experimento.

2. Preparação do Experimento:

   • Pesem uma quantidade de gelo e registrem o valor obtido. Coloque este gelo no Becker.
   • Colocar o Becker sobre o tripé com a tela de amianto por cima, que ficará sobre o bico de Bunsen.
   • Inserir o termômetro no Becker, de modo que o bulbo do termômetro fique totalmente imerso no gelo.

3. Realização do Experimento:

   • Acender o bico de Bunsen e começar a marcar o tempo com o cronômetro.
   • Observar a mudança de estado do gelo para água e depois para vapor, fazendo anotações observacionais detalhadas.
   • Registrar a temperatura em intervalos de tempo regulares e o momento em que as mudanças de estado ocorrem.

4. Pós-Experimento:

   • Desligar o bico de Bunsen e colocar o Becker em um recipiente com água fria.
   • Observar e registrar a mudança do estado de vapor para líquido e depois para sólido novamente.
   • Retirar, pesar a massa final do gelo recongelado e anotar este valor.

5. Análise dos Resultados:

   • Criar um gráfico de temperatura versus tempo.
   • Comparar os resultados com as expectativas baseadas na teoria cinética.
   • Discutir e explicar quaisquer diferenças entre a teoria e os resultados obtidos.

6. Relatório do Projeto:

   • Escrever um relatório científico contendo introdução, desenvolvimento, conclusões e a bibliografia utilizada.
   • O relatório deve ser escrito de maneira clara, concisa e organizada, utilizando corretamente os termos científicos e refletindo uma compreensão aprofundada do tópico.

Este projeto deve demorar de cinco a dez horas por aluno participante para ser executado e terá um prazo de entrega de um mês.

Entregas do Projeto:

1. Relatório científico: Redigido de forma clara e concisa, o relatório deve seguir a seguinte estrutura:
   • Introdução: Contextualização do tema, relevância, aplicação no mundo real e objetivo deste projeto.
   • Desenvolvimento: Teoria por trás do tema central, explicação da atividade em detalhes, metodologia utilizada, apresentação e discussão dos resultados.
   • Conclusão: Retomada dos pontos principais, aprendizados obtidos e conclusões sobre o projeto.
   • Bibliografia: Indicação das fontes utilizadas para se trabalhar no projeto.
2. Apresentação do Projeto: Os alunos devem apresentar o projeto a classe, discutindo o método, os resultados obtidos e sua compreensão do comportamento molecular e a influência do calor nas mudanças de estado.

Cada etapa do projeto é interligada e visa permitir que o aluno aprenda não apenas a teoria, mas também consiga relacioná-la com as observações e resultados adquiridos, solidificando seu conhecimento através de uma abordagem prática.