Contextualização

A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como lei da conservação de energia, é um conceito central na física. Ela estabelece que a energia não pode ser criada nem destruída, apenas convertida de uma forma para outra. Assim, a energia total de um sistema isolado permanece constante.

Esta lei tem aplicações profundas e variadas, desde os motores de combustão interna que acionam nossos carros até as usinas de energia que fornecem eletricidade para nossas casas. Mais significativamente, a primeira lei da termodinâmica nos dá uma compreensão completa e coesa de como o trabalho, a energia interna e o calor trocado entre sistemas podem ser calculados e previstos.

O estudo da primeira lei da termodinâmica nos fornece uma valiosa percepção sobre os processos naturais e uma base sólida para as inovações tecnológicas. Por exemplo, a eficiência de motores, a otimização de processos industriais, e o desenvolvimento de novas fontes de energia renovável são todas aplicações diretas desta lei.

Portanto, a importância desse tópico não deve ser subestimada. Ao dominar a primeira lei da termodinâmica, vocês, estudantes, estarão adquirindo habilidades que podem ser aplicadas em várias carreiras, incluindo engenharia, ciência de materiais, química e até mesmo economia.

Para aprofundar o entendimento do tema, recomendo os seguintes recursos:

• Livro: "Física para Cientistas e Engenheiros - Volume 1", de Paul A. Tipler e Gene Mosca.
• Vídeos: Canal do YouTube Ciência todo dia tem uma série de vídeos sobre termodinâmica.
• Site: Brasil Escola oferece uma explicação clara e acessível sobre a primeira lei da termodinâmica.

Atividade Prática

Título da Atividade: "Construindo um Motor Stirling Caseiro"

Objetivo do Projeto:

Demonstrar a aplicação da primeira lei da termodinâmica através da construção de um modelo simples e funcional de um motor Stirling, um tipo de motor térmico.

Descrição Detalhada do Projeto: Os alunos serão divididos em grupos de três a cinco membros e deverão construir um protótipo de Motor Stirling, documentar todo o processo de criação e testes e criar um relatório abordando o projeto, seus resultados e como a primeira lei da termodinâmica se aplica em cada etapa.

Materiais Necessários:

1. 2 latas de refrigerante vazias;
2. Balão de festa (bexiga);
3. 4 rolhas de cortiça de garrafa;
4. Fio de cobre;
5. Vela;
6. Algodão e álcool;
7. Tesoura e cola.

Passo a passo detalhado para a realização da atividade:

1. Um membro do grupo deve pesquisar sobre o funcionamento básico do Motor Stirling e explicar para os demais;
2. Após a explicação teórica, todos devem participar da construção do Motor. Utilizem as 2 latas de refrigerante para formar as câmaras quente e fria do motor;
3. A bexiga deverá ser utilizada como o pistão que será movido pelo calor;
4. As rolhas de cortiça servirão para vedar as câmaras e o fio de cobre será o eixo do pistão;
5. Utilizem a vela para gerar o calor necessário para o funcionamento do motor. Para segurança, o algodão embebido em álcool pode ser usado como uma alternativa mais controlada ao fogo.
6. Documentem todo o processo através de fotos, vídeos e anotações, isso será necessário para a elaboração do relatório.

Entregas do Projeto e como elas se conectam com o Projeto:

1. Relatório Final: O relatório deve ser escrito em formato de artigo científico, dividido em quatro partes principais: Introdução, Desenvolvimento, Conclusões e Bibliografia.

   • (Introdução): Os alunos devem explicar o objetivo da construção do motor Stirling, contextualizando a aplicação da primeira lei da termodinâmica.

   • (Desenvolvimento): Aqui, os alunos devem detalhar todo o processo de construção e teste do motor, com anexos de fotos, vídeos e esquemas que ilustrem o processo. Explicações teóricas sobre o funcionamento do motor e como a primeira lei da termodinâmica se aplica em cada etapa do funcionamento do motor também devem ser apresentadas.

   • (Conclusões): Os alunos devem resumir os principais resultados obtidos, o que aprenderam durante o processo e quais dificuldades encontraram.

   • (Bibliografia): Devem referenciar todos os materiais de consulta utilizados durante o projeto.

2. Apresentação Oral: Cada grupo deve apresentar seu projeto para a turma, destacando os principais pontos do projeto e demonstrando o funcionamento do motor construído.

Tempo de Duração do Projeto: Um mês. Durante esse tempo, os alunos devem se organizar para dividir as tarefas e cumprir os prazos estipulados.

Tamanho do Grupo: De 3 a 5 alunos.

Ao final do projeto, os alunos devem ser capazes de aplicar os conceitos da primeira lei da termodinâmica para explicar o funcionamento do motor Stirling, além de desenvolver habilidades como trabalho em equipe, resolução de problemas, gerenciamento de tempo e pensamento criativo.