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Sol e ondas para salvar o planeta

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 

Analisar e discutir as fontes alternativas de energia baseadas no aproveitamento da luz solar e das ondas oceânicas 

Conteúdo(s) 

Fontes alternativas de energia

Ano(s) 
Material necessário 

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

Desenvolvimento 
1ª etapa 

Introdução 

A discussão sobre uma possível falta de energia saiu dos gabinetes do governo e hoje faz parte do dia-a-dia da população. Constantemente somos alertados pela mídia quanto a um provável apagão energético. Além disso, são freqüentes as notícias sobre os efeitos danosos ao meio ambiente causados por diversas fontes de energia, como as usinas termelétricas, as nucleares etc. A reportagem de VEJA pode ser o ponto de partida para discutir com a garotada a respeito da importância de se desenvolverem fontes alternativas capazes de suprimir a crescente demanda de energia e, quem sabe, substituir as fontes convencionais.

Inicie falando como a energia elétrica é essencial para o modo de vida moderno. Como os alunos imaginam que seria um dia sem luz, em casa, na escola, no trabalho? O que pararia? O que continuaria funcionando? Que atividades seriam viabilizadas nessa situação? Introduza o conceito de "apagão" elétrico, ou blackout, e discuta as causas disso. Em seguida, divida a turma em grupos e encomende uma lista de eletrodomésticos utilizados em casa e, a partir disso, uma estimativa da quantidade de energia que consomem. Quando todos terminarem, determine com a moçada o consumo médio de uma família representativa da classe. Depois compare os dados estimados com aqueles fornecidos pelas companhias energéticas (isso pode ser obtido na internet). Para encerrar a aula, examine as ações que todos podem realizar para diminuir esse gasto. Chame a atenção para o crescente desperdício gerado por inúmeros aparelhos que, aparentemente inativos, permanecem ligados no modo stand by, chegando a representar 10% do consumo energético residencial.

2ª etapa 

Converse sobre as diferentes fontes de energia e suas variadas formas de classificação (renováveis, não renováveis, alternativas, convencionais, limpas etc.). Quais são as fontes alternativas que os alunos conhecem? Anote as sugestões no quadro-negro e discuta os critérios utilizados para ordená-las. Em seguida, forme novamente os grupos para a leitura conjunta de VEJA. Peça que calculem, em reais, o custo do quilowatt-hora gerado por usinas termelétricas, hidrelétricas, oceânicas, eólicas, solares térmicas e fotovoltaicas. Considerando a média diária de radiação solar sobre o território brasileiro igual a 5,5 kWh/m2, proponha que avaliem qual seria a energia elétrica gerada por uma placa fotovoltaica ideal que tivesse o tamanho do Brasil (área total de aproximadamente 8.500.000 km2) e eficiência de 25% (média obtida com essas placas). Com os dados da aula anterior (energia consumida em casa), sugira que façam também uma estimativa de quantas casas poderiam ser alimentadas pela energia assim produzida. Para encerrar, distribua o quadro "Aquecedor Solar" (abaixo) e oriente os grupos a realizar o experimento ali sugerido.

 

Para seus alunos Aquecedor solar 

Esta experiência deve ser realizada num dia ensolarado.

Material necessário 
1 farol de carro, tubo de ensaio, água e termômetro

aquecedor solar

Procedimentos
O farol de carro vai funcionar como um espelho côncavo, conforme o esquema. Coloque 15 mililitros de água no tubo de ensaio (cerca de 15 gramas). Determine a temperatura inicial da água. Para evitar maiores perdas de calor, tampe o tubo com uma rolha ou fita crepe. Deixe o arranjo exposto ao Sol, com o tubo no foco do espelho por pelo menos meia hora e meça a temperatura final da água. Com os dados obtidos, calcule a quantidade de calor que ela absorveu e a potência desenvolvida por esse sistema de aquecimento em calorias por segundo e em watt. Depois, meça o diâmetro do tubo de ensaio e a altura da água e determine a superfície exposta ao aquecimento. Com isso, é possível estimar a energia incidente durante um dia por metro quadrado. Anote os resultados obtidos. Repita o experimento pintando o tubo de ensaio de preto e depois de branco. Em qual caso a água aquece mais? Por quê?

 

3ª etapa 

Retome a reportagem da revista, divida a turma em grupos e distribua o quadro "Usina Flutuante" (abaixo) para cada equipe. Peça que analisem as diversas transformações de energia envolvidas na produção de eletricidade pela usina solar térmica e pela usina marinha. A energia cinética das ondas realiza trabalho sobre a tubulação, aumentando a energia cinética do fluido lá contido. Este, por sua vez, transfere energia cinética para as turbinas, que a transformam em eletricidade. Recomende que comparem com as transformações de energia envolvidas em outras fontes, como as termelétricas, as hidrelétricas e as fotovoltaicas, por exemplo, apontando semelhanças e diferenças ao longo dos processos.



Depois, passe para a discussão do experimento realizado. Conte que um recurso baseado no mesmo princípio foi idealizado pelo grego Arquimedes para salvar a cidade de Siracusa da invasão romana. Desafie-os, então, a resolver o problema do quadro "Luz Solar Salva Siracusa" (abaixo).

 

Para seus alunos Luz solar salva Siracusa 

Uma das primeiras aplicações militares da ótica ocorreu no século III a.C. quando Siracusa estava sitiada pelas forças navais de Roma. Na véspera da batalha, Arquimedes ordenou que sessenta soldados polissem seus escudos retangulares de bronze, medindo 0,5 metro de largura por 1 metro de altura. Quando o primeiro barco invasor chegou a cerca de 30 metros da praia para atacar, à luz do sol nascente, foi dada a ordem para que os soldados formassem um arco com seus escudos, como representado na figura a seguir.

Em poucos minutos, as velas do navio estavam ardendo em chamas. Isso foi repetido para toda a frota e, assim, Siracusa foi salva. Uma forma de entender o que ocorreu consiste em tratar o conjunto de escudos como um espelho côncavo. Supondo que os raios do Sol cheguem paralelos ao espelho e sejam focalizados na vela romana:

a) Qual deve ser o raio do espelho côncavo para que a intensidade do Sol concentrado seja máxima? Justifique e/ou indique as operações matemáticas utilizadas.

b) Considere a intensidade da radiação solar no momento da batalha como 500 W/m2 e que a refletividade efetiva do bronze sobre todo o espectro solar é de 0,6, ou seja, 60% da intensidade incidente é refletida. Estime a potência total incidente na região do foco. Justifique e/ou indique as operações matemáticas utilizadas.

 

Créditos:
Gustavo Isaac Killner
Formação:
Professor de Física do Colégio Santa Cruz, de São Paulo
Autor Nova Escola

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