Unidade didática 3 – Da radiação térmica à lei de Planck Conceitos básicos de Física Moderna

Aulas de física para o 3º. Ano do Ensino Médio; Aplicação original: 4º. Bimestre de 2014 Autores:

 Sandra Maria da Silva - (Mestranda do PPGECNM – UFRN e professora do Quadro Permanente da Rede Pública Estadual de Educação do RN)

 Dr. Ciclamio Leite Barreto - (Orientador) Lista dos conteúdos

 Espectro da radiação emitida por um corpo  Conceito de corpo negro;

 A emissão descontínua de energia: quanta Objetivos

Ao final da unidade didática, o aluno deverá:

 Compreender o espectro de radiação térmica emitida por um corpo;  Conceituar corpo negro;

 Ter noções básicas sobre o espectro da radiação emitida por um corpo negro;  Compreender que, segundo a Física Moderna, a emissão de energia por um corpo a dada temperatura ocorre de modo descontínuo, por meio de pacotes de energia, que são os fótons.

Tempo estimado: 4 aulas de 45 minutos (180 minutos)

Esta unidade é constituída de um plano único composto de 4 aulas de 45 minutos cada uma.

Visão geral da aula

A atividade inicial da aula foi aplicação de um conjunto de questões com o intuito de detectar as concepções prévias dos alunos sobre o fenômeno da radiação térmica e o conceito de corpo negro. Na sequencia, foi executada uma demonstração experimental com o objetivo de auxiliar o aluno a compreender o conceito de corpo negro e que este tipo de corpo, necessariamente, pode não se apresentar a cor escura. Logo após, houve uma exposição dialogada e subsidiada por slides sobre o conteúdo abordado nesta unidade didática. Na sequência, os alunos receberam uma cópia de texto e de atividade que deveria ser realizada de forma extrassala de aula. Eles foram orientados quanto à realização desta atividade. Os mesmos tiveram um prazo de uma semana para realizar a referida atividade e devolvê-la à professora. No dia marcado, entregaram a atividade respondida a educadora e debateram com a mesma as eventuais dúvidas sobre o texto.

Cronograma

O quadro 6 representa as atividades que foram desenvolvidas durante a aula e a estimativa de tempo para executá-las.

Quadro 6: Cronograma do plano de aula 3.1

TEMPO ATIVIDADE

20 minutos Levantamento das concepções prévias

dos alunos sobre o conceito de corpo negro.

20 minutos Realização de demonstração

experimental

50 minutos Aula expositiva subsidiada por slides

90 minutos Leitura do texto, esclarecimentos sobre o

mesmo e realização de atividade escrita. Fonte: Material elaborado pelos autores da unidade didática

Materiais e recursos:  Computador;

 Projetor multimídia;

 Cópia de atividade por aluno  Caixa de sapato vazia;

 Um pedaço de tecido de cor branca;  Tesoura;

 Fita adesiva. Avaliação

A avaliação será realizada de modo contínuo. Todas as atividades desenvolvidas durante unidade didática serão computadas para a composição da nota do aluno. Assim, os alunos serão avaliados por sua participação e interatividade nas discussões realizadas em sala de aula referentes aos conteúdos abordados e pelas respostas escritas às questões solicitadas.

Atividades

1º) Levantamento das concepções prévias dos alunos sobre o conceito de corpo negro (0 a 20º minuto)

QUESTÕES DIAGNÓSTICAS Instruções:

A atividade deverá ser respondida de forma individual e sem consulta a nenhum tipo de material;

O tempo disponível para a execução da tarefa será de 15 minutos contados a partir do momento do recebimento da atividade.

A atividade será recolhida pela professora ao final do prazo estipulado para a realização da mesma.

a) Todo corpo, em qualquer temperatura que esteja, emite radiação eletromagnética. Podemos ver todos os tipos de radiações emitidas? Justifique.

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) O que é um corpo negro? Escreva a conceituação de acordo com os conhecimentos da física.

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) De acordo com os seus conhecimentos sobre física, responda: Qual a cor de um corpo negro?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2º) Realização de experimento sobre corpo negro (21º a 40º minuto)

A realização desta demonstração experimental teve como intuito auxiliar aos alunos a compreensão do conceito de corpo negro e que este tipo de corpo não apresenta, necessariamente, a cor negra.

Este experimento foi uma adaptação da experiência sobre cor de corpo negro disponível no link do Ponto da Ciência:

<http://www.pontociencia.org.br/experimentos-

interna.php?experimento=725&QUAL+E+A+COR+DE+UM+CORPO+NEGRO#top>. Material necessário:

 1 caixa de sapato vazia;  1 tecido de cor branca;  Fita adesiva;

 Tesoura;

Procedimentos para a realização do experimento:

1) Fazer um furo de 2cm de diâmetro em um dos lados da caixa; 2) Apresentar a caixa aberta para os alunos e enfatizar a sua cor;

3) Apresentar aos alunos um tecido de cor branca e colocá-lo dentro da caixa;

4) Fechar a caixa com fita adesiva e pedir para que os alunos olhem pelo orifício da mesma;

5) Solicitar que os estudantes observem a cor do tecido dentro da caixa;

6) Após as observações e comentários dos alunos, a professora fez as seguintes indagações:

 Qual a cor do tecido visualizada por vocês quando este estava dentro da caixa?

 Por que enxergamos o tecido (dentro da caixa fechada) da cor descrita por vocês?

 Podemos afirmar que o tecido branco pode ser chamado de corpo negro quando está dentro da caixa fechada? Por quê?

3º) Aula expositiva subsidiada por slides (41º a 90º minuto)

Após a realização da demonstração experimental houve uma apresentação de slides sobre o conceito de corpo negro, espectro da radiação emitida por um corpo e emissão descontínua de energia (quanta). Essa apresentação incluiu a informação de que “O Sol pode ser considerado como um corpo com

comportamento aproximado ao de um corpo negro” Isto permitiu um bom debate

sobre o tema, que ajudou aos alunos a compreender melhor o conceito de corpo negro. Durante a exposição, os alunos foram estimulados a se expressar e a expor seus comentários bem como as suas dúvidas quanto aos conteúdos abordados.

As telas dos slides estão transcritas no Apêndice C desta dissertação sob o título “Slides sobre radiação de corpo negro”. Ao final da aula, os alunos receberam o texto que seria abordado na aula seguinte. Eles foram orientados a procederem à leitura do mesmo de forma extraclasse. O texto fornecido foi “Matéria e Radiação” - SILVA, C. G.; De Sol a Sol: energia no século XXI. Série: Inventando o futuro. São Paulo: Oficina de textos, 2010. (p. 28-34).

4º) Leitura do texto e realização de atividade escrita (91º a 180º minuto)

Os alunos retomaram a leitura do texto “Radiação e matéria” e foram orientados a utilizá-lo como subsídios à atividade proposta. Em seguida foram esclarecidos pontos básicos do texto. Logo após, os alunos receberam e responderam uma atividade sobre o conteúdo constante no texto. Eles foram lembrados se tratar de atividade avaliativa.

1) Leia o texto “Matéria e Radiação” e na sequencia, responda a atividade solicitada. Referência: SILVA, C. G.; De Sol a Sol: energia no século XXI. Série: Inventando o futuro. São Paulo: Oficina de textos, 2010. (p. 28-34). O texto é reproduzido aqui: