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Como funciona uma hidrelétrica?

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 
  • Definir e reconhecer diferentes formas de energia.
  • Identificar sistemas que transformam uma forma de energia em outra.
  • Identificar a energia gravitacional como uma energia mecânica potencial.
  • Identificar quais variáveis influem na energia potencial gravitacional.
  • Analisar como massa, altura e aceleração da gravidade influenciam a energia potencial gravitacional.
Conteúdo(s) 
  • Energia e sua transformação
Ano(s) 
Tempo estimado 
4 aulas
Material necessário 
  • Cópias da reportagem "Para driblar a falta d'água" (VEJA, 2367, de 02 de abril de 2014)
  • Projetor de imagens

Conteúdo relacionado

Este plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:

 

Desenvolvimento 
1ª etapa 

Inicie a aula problematizando com a turma a dependência atual da sociedade em relação à energia elétrica. Para isso, mostre para turma a galeria de imagens de Veja com fotos noturna da Terra vista do espaço (veja aqui). Ela é uma fotomontagem que mostra como seria a visão da Terra numa noite sem nuvens. Discuta com eles o que são os pontos claros na imagem.

Em seguida converse com a turma sobre a necessidade de se iluminar a Terra a noite: isso é necessário? Por quê? De onde vem a energia para manter tantas luzes acessas?

Continue conversando com a classe sobre energia. Lembre-os que, quando falamos em energia, principalmente em crise energética, em geral, estamos falando de um tipo particular de energia que é a energia elétrica.

Questione a turma com perguntas como: na sala de aula, utilizamos energia elétrica? Para quê? E nas demais dependências da escola? E em casa, na indústria, nos hospitais, na cidade como um todo? Anote as ideias dos alunos na lousa e peça que registrem no caderno também. Continue com as questões: Como era a vida na cidade no tempo de nossos avós? Será que já se utilizava tanta energia elétrica como atualmente? Como seria nosso cotidiano sem energia elétrica?

Em seguida, questione a turma sobre o que é energia e quais as formas de energia que conhecem. Organize a classe em pequenos grupos (de três a quatro alunos) e peça que discutam a questão e concluam escrevendo em seus cadernos uma definição para energia e anotem as formas que conhecem. Se tiverem acesso à Internet durante a aula, incentive que pesquisem definições de energia. Quando os grupos tiverem formalizado uma definição e registrado em seus cadernos as formas conhecidas, organize uma roda de conversa com toda a classe e peça a turma que socialize as definições encontradas. É possível definir energia?

Finalize a atividade escrevendo na lousa a definição de energia que a turma construiu. Peça aos alunos para pesquisarem mais em casa sobre o que é energia e quais formas de energia conhecemos. Como atividade prática, divida a classe em grupos e peça que construam uma maquete de usina hidrelétrica para a última aula desta sequência (aula 4).

2ª etapa 

Retome com a turma a definição de energia e o que eles pesquisaram. Registre na lousa e peça que anotem tudo no caderno. Em seguida, indique a eles que, embora muito utilizado atualmente, o conceito de energia é bastante novo na ciência. Vale a pena lembrar que, mesmo nos livros de física, até os anos vinte, por exemplo, utilizava-se o temo força viva para designar a energia cinética. Por ser um termo novo, o próprio significado dessa palavra não é consensual.

Quando um físico fala em energia ele atribui um significado diferente daquele dado por um economista ou um biólogo ou ambientalista, por exemplo. Para os físicos, o conceito de energia está ligado à possibilidade de produzir movimento (realizar trabalho) ou alterar as propriedades da matéria. Por isso, sempre que realizamos alguma atividade cabe a pergunta: de onde veio a energia para realizar essa atividade?

Retome com a turma, então, as várias formas de energia que eles indicaram. Escreva todas elas na lousa e organize de acordo com critérios classificatórios. Ao final, será possível estabelecer com eles que a energia pode ser classificada em cinco grandes categorias: mecânica (movimento), térmica (calor), elétrica (eletricidade), química (pilhas, baterias, combustíveis, alimentos) e radiante (luz e outras formas de radiação, como raios X, infravermelho, gama, etc.). Questione a turma então: estas energias são intercambiáveis entre si? Qual sistema é capaz de transformar uma energia em outra? Organize uma tabela na lousa como a sugerida abaixo e peça aos alunos que, em grupo, completem a tabela de acordo com o exemplo e depois socialize os resultados.

 


Conclua a aula discutindo com a turma a seguinte questão: qual é a fonte de energia da Terra?
Lembre a todos que é o calor do sol que fomenta o ciclo da água, que fornece energia para as hidrelétricas e também fomenta o ciclo do carbono, que alimenta as plantas, as quais servem de alimento para os demais seres vivos e acabam gerando o petróleo, o carvão e outras fontes de energia elétrica.

3ª etapa 

Inicie a aula retomando as formas de energia mais conhecidas e direcione a conversa para a energia mecânica. Discuta com a classe que ela pode ser dividida em dois tipos: a cinética, associada ao que já está em movimento e, portanto, tem velocidade, e aquela que está armazenada e pode gerar movimento, chamada energia potencial. Levante um objeto (pode ser o apagador) e pergunte: se soltar o objeto, o que vai acontecer? A partir daí, conclua com a turma que uma forma de armazenar energia é no campo gravitacional. Essa energia é chamada de energia potencial gravitacional. E do que depende essa energia?

Proponha então três situações:
a) Levante o giz e o apagador e pergunte aos alunos: se um desses dois objetos fosse largado sobre o corpo deles e eles pudessem escolher qual, escolheriam o giz ou o apagador? Por quê? A partir daí, é possível perceber que a energia gravitacional depende diretamente da massa do corpo, ou seja, quanto maior a massa, maior a energia potencial gravitacional.

b) Uma vez escolhido o giz, se eles pudessem escolher a altura da qual ele seria abandonado, qual altura escolheriam: um ou dez metros? Por quê? Analisando as respostas fica claro que a energia potencial gravitacional depende diretamente da altura, ou seja, quanto maior a altura, maior a energia potencial gravitacional.

c) Uma vez definida a massa e a altura, se pudessem escolher onde seria realizada a experiência, eles escolheriam soltar o giz a partir de 1m de altura na Terra ou na Lua? Por quê? Com essa questão pode-se concluir que a energia potencial gravitacional depende diretamente da aceleração da gravidade, ou seja, quanto maior a aceleração da gravidade, maior a energia potencial gravitacional.

Então, podemos resumir tudo isso na equação: Eg = m.g.h, onde Eg é a energia potencial gravitacional, m é a massa do corpo, g a aceleração da gravidade local e h é a altura do objeto em relação a um nível de referência.

Retome então com a turma que a usina hidrelétrica, como já visto anteriormente, transforma energia mecânica em elétrica. Como isso acontece?

Problematize com a turma a construção da usina: Por que é necessário alagar uma grande área? Por que se constrói uma barragem para represar o rio? Por que a falta de chuvas é um problema para a produção de energia elétrica pelas hidrelétricas? Deixe que os alunos discutam essas questões em duplas e depois socializem as respostas.

Conclua junto com a classe que, inicialmente, é necessária uma grande massa de água para acumular muita energia gravitacional. Por isso, a inundação de uma grande área (reservatório). Além disso, seria conveniente aumentar a altura dessa água para aumentar a energia potencial gravitacional armazenada. Por isso, a construção de uma barragem: para elevar a altura de uma grande massa de água, assim é possível acumular muita energia gravitacional. Ao abrir uma passagem para a água pela parte mais baixa (duto), a energia potencial gravitacional transforma-se em energia cinética, movimentando a água. Essa energia cinética da água é transferida para as hélices de uma turbina que está acoplada ao gerador. Este transforma a energia cinética em energia elétrica.

Para finalizar a sequência didática e ajudar os alunos a aplicar os conhecimentos discutidos, proponha que a classe que resolva os seguintes problemas de ENEM:

(ENEM - 99) Muitas usinas hidroelétricas estão situadas em barragens. As características de algumas das grandes represas e usinas brasileiras estão apresentadas no quadro abaixo.

A razão entre a área da região alagada por uma represa e a potência produzida pela usina nela instalada é uma das formas de estimar a relação entre o dano e o benefício trazidos por um projeto hidroelétrico. A partir dos dados apresentados no quadro, o projeto que mais onerou o ambiente em termos de área alagada por potência foi:

(A) Tucuruí.
(B) Furnas.
(C) Itaipu.
(D) Ilha Solteira.
(E) Sobradinho

(Enem 98)
Na figura a seguir está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade.

 

Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina:

a) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina.
b) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água.
c) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento.
d) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água.
e) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água.

No processo de obtenção de eletricidade, ocorrem várias transformações de energia. Considere duas delas:

I. cinética em elétrica
II. potencial gravitacional em cinética
Analisando o esquema a seguir, é possível identificar que elas se encontram, respectivamente, entre:

a) I - a água no nível h e a turbina, II - o gerador e a torre de distribuição.
b) I - a água no nível h e a turbina, II - a turbina e o gerador.
c) I - a turbina e o gerador, II - a turbina e o gerador.
d) I - a turbina e o gerador, II - a água no nível h e a turbina.
e) I - o gerador e a torre de distribuição, II - a água no nível h e a turbina.

4ª etapa 

Retome os exercícios propostos e avalie as maquetes produzidas pela turma. Peça aos alunos que avaliem sua maquete e a dos colegas, apontando pontos positivos e outros que poderiam ser melhorados. Finalize pedindo a turma que realize uma autoavaliação, comparando o que fizeram com o que poderiam ter feito e o que sabem agora em relação ao que pensavam antes desse conjunto de aulas.

Avaliação 

Na avaliação considere o envolvimento dos alunos na realização das atividades propostas. Eles participaram da discussão em grupo para definir energia (primeira etapa)? Contribuíram na discussão geral? Realizaram as pesquisas solicitadas para casa? Ajudaram na elaboração da tabela sobre conversão de energia (etapa 2). Resolveram ou tentaram resolver os problemas propostos (etapa 3)? Participaram da realização e apresentação da maquete (etapa 4)? Considere, também, a autoavaliação que eles fizeram de sua participação na sequência didática.

 

Quer saber mais?

Vídeos sobre produção de energia elétrica
Como tudo funciona
Como funciona uma hidrlétrica?

Simulação para baixar e utilizar em aula
Site do MEC 

 

Créditos:
Gustavo Isaac Killner
Formação:
professor de Ensino Médio do Colégio Santa Cruz, em São Paulo
Autor Nova Escola

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