Plano de aula: Ciclo do Ar

Plano de aula

Ciclo do Ar

Proposta de trabalho para alunos do 1º ano do ensino médio, por volta do 2º bimestre.

Abordagem temática: Temas ambientais. Relacionar o ciclo do ar e seu aproveitamento como fonte de energia com a interferência do crescimento populacional e o desenvolvimento tecnológico.

Objetivo: Compreender como funciona o ciclo do ar e a influência do crescimento populacional nesse ciclo (poluição e inversão térmica). Compreender a produção de energia elétrica através da energia cinética do vento. Discutir as vantagens de sua utilização e contextualizar com aspectos sociais, políticos e econômicos.

Procedimentos didáticos:

Primeira aula (45 min):  Como funciona o ciclo do ar e o que é a inversão térmica.

Segunda aula (45 min): O que é energia cinética e sua transformação em energia elétrica no caso da energia eólica.

Terceira aula (45 min): Vantagens da utilização da energia eólica. Fatores políticos que influenciam na escolha da utilização dessa energia. Proposta de questões sobre o tema para ser feito em casa e entregue.

Quarta aula (45min): Discussão das questões da aula anterior.

Conteúdo:

Primeira Aula:

O ciclo do ar é um processo natural que acontece quando o calor emitido pelo Sol aquece o solo, e este por sua vez aquece o ar que está mais próximo de si. O ar aquecido expande-se, diminuindo sua densidade, e isso o leva para regiões mais elevadas da atmosfera. O ar que estava em cima desce e ocupa o lugar do ar quente que acabou de subir. Assim se forma uma corrente vertical de convecção onde o ciclo se repete. Portanto o normal é quanto mais longe do solo a camada de ar está mais fria ela será. Esse ciclo do ar colabora para a dispersão da poluição local.

Na inversão térmica, condições desfavoráveis podem provocar uma alteração na disposição das camadas na atmosfera (ar quente embaixo e ar frio em cima). Geralmente no inverno, pode ocorrer um rápido resfriamento do solo ou um rápido aquecimento das camadas atmosféricas superiores. Quando isso ocorre, o ar quente ficando por cima da camada de ar frio, passa a funcionar como um bloqueio, não permitindo os movimentos verticais de convecção: o ar frio próximo ao solo não sobe porque é o mais denso e o ar quente que lhe está por cima não desce, porque é o menos denso. Acontecendo isso, as fumaças e os gases produzidos pelas chaminés e pelos veículos não se dispersam pelas correntes verticais. Os rolos de fumaça das chaminés assumem posição horizontal, ficando nas proximidades do solo. As chuvas, que ajudam a dissipar a camada de poluição, são raras no inverno e esse problema se agrava.

Segunda Aula:

Considere um corpo apoiado sobre uma superfície, deslocando-se ao longo de uma distância. Enquanto a força atua sobre o corpo, este é acelerado, ganhando velocidade. O trabalho está sendo realizado sobre ele, graças à energia que lhe é transferida.  Esta energia de movimento é chamada de cinética.

“Energia cinética é a energia que está relacionada à movimentação dos corpos, ou seja, é a energia que um corpo possui em virtude de ele estar em movimento.”  (Física Ensino Médio – Heliete M. Coelho A. A./ Pedro Henrique A. Aragão)

Há mais de 3000 anos, a conversão de energia cinética em energia mecânica vem sendo utilizada pela humanidade. Com grande importância na agricultura, os moinhos de vento tinham distintas funções, como o bombeamento de água para irrigação das plantações, por exemplo.

Neste caso em que a energia utilizada é a do vento nós a nomeamos de eólica.

Na energia eólica o deslocamento das massas de ar (explicado na primeira aula) causa energia cinética nos aerogeradores que, através de um gerador, produz energia elétrica. 

Terceira Aula:

O vento, assim como o Sol, é uma fonte “inesgotável” de energia, o combustível é gratuito e não polui. Além do que os aerogeradores necessitam de escassa manutenção.

Porém não é sempre que se tem vento suficiente para produzir bastante energia elétrica e isso torna difícil um largo programa de exploração desse meio de produção, porém quando bem localizado em sua se torna um negócio bem rentável.

Nesse momento colocar em discussão do porque os alunos acham que essa forma de energia não é tão utilizada e exemplificar dizendo que o Brasil possui uma grande costa com excelentes condições de vento. Falar brevemente que as usinas hidrelétricas também produzem energia elétrica através da energia cinética da força da água.

Depois da discussão e dependendo do resultado expor que a extração de combustíveis que produzem energia poluindo o ambiente é mais rápida e utilizar esse meio de produção de energia (petróleo, carvão, usinas nucleares) gera energia mais rápido. Falar sobre  o interesse comercial que desconsidera o impacto no meio ambiente causado pela queima de combustíveis fósseis.

Questões para serem feitas em casa:
01) Explique, em poucas linhas, como o ciclo do ar acontece.

02)(ENEM) Em usinas hidrelétricas, a queda d’água move turbinas que acionam geradores. Em usinas eólicas, os geradores são acionados por hélices movidas pelo vento. Na conversão direta solar-elétrica, são células fotovoltaicas que produzem tensão elétrica. Além de todos produzirem eletricidade, esses processos têm em comum o fato de:
a) não provocarem impacto ambiental
b)independerem de condições climáticas
c)a energia gerada pode ser armazenada
d)utilizarem fontes de energia renovável
e)dependerem das reservas de combustíveis fósseis

03) Faça um comentário da frase abaixo, extraída da revista The Economist, enfocando o Brasil no cenário energético mundial.

“O carvão e o petróleo não serão os reis da energia mundial para sempre. Não é mais uma tolice olhar o Sol, o Vento e para as Ondas do mar.”

Quarta Aula: A última aula se trata de um encerramento de todo o conteúdo, levantar dúvidas e discutir a correção das questões que foram propostas para serem feitas e entregues.

Bibliografia:

http://fontesdeenergianaesdah.blogspot.com.br/2010/05/vento.html
http://www.brasilescola.com/fisica/energia-eolica.htm
http://www.fiec.org.br/artigos/energia/energia_eolica.htm
http://www.brasilescola.com/geografia/inversao-termica.htm
http://www.suapesquisa.com/cienciastecnologia/inversao_termica.htm
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Ar/Ar11.php
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/meio-ambiente-poluicao-ambiental/poluicao-ambiental-3.php
http://www.infoescola.com/meteorologia/massas-de-ar/
http://www.soq.com.br/conteudos/ef/ar/p3.php
Física Ensino Médio – Volume 1- Heliete M. Coelho Arruda Aragão e Pedro Henrique Arruda Aragão
Física Volume Único – Gualter e André

Talita Coelho. prontuário: 1263331