Energia, fenómenos térmicos e radiação 

Objetivo do item: Determinar a energia necessária à vaporização de um determinado        volume de água líquida.

Aprendizagens essenciais (11º ano – pág. 15 e 16):

- Explicar os fenómenos do dia a dia utilizando balanços energéticos.

- Aplicar, na resolução de problemas, de balanços energéticos, os conceitos de capacidade térmica mássica de transição de fase, descrevendo argumentos e raciocínios, explicando as soluções encontradas.

Áreas de Competências do Perfil dos Alunos (A, C e D):

- Linguagens e Textos

Utilizar de modo proficiente diferentes linguagens e símbolos associados à matemática e ciência.

 - Raciocínio e resolução de problemas

Desenvolver processos conducentes à construção de produtos e de conhecimento, usando recursos diversificados.

 - Pensamento crítico e pensamento criativo

Pensar de modo abrangente e em profundidade, de forma lógica, observando, analisando informação, experiências ou ideias.

Os critérios de classificação encontram-se organizados por etapas. Cada etapa identifica uma fase do processo de resolução e o grau de qualidade ou de rigor com que deve ser executada.

A classificação das respostas aos itens cujos critérios se apresentam organizados por etapas resulta da soma das pontuações atribuídas às etapas apresentadas e da aplicação dos critérios de desvalorização definidos por situações específicas.

No final do subdomínio, Energia, fenómenos térmicos e radiação, o conceito-chave da energia e sua conservação deve ser explorado, na resolução de problemas de balanços energéticos (problem solving), como meio de consolidação de conhecimentos.

Na apresentação de situações problemáticas neste domínio, os alunos, em grupo ou individualmente, deverão:

A - Selecionar informação relevante a partir dos enunciados escritos e ilustrar um percurso possível de utilização da informação contida, de forma explícita ou implícita, nestes enunciados.

Assim as análises dos enunciados (pelo docente com o grupo-turma) devem incluir:

A.1 - Uma descrição básica com anotação e identificação de dados implícitos no problema, (por exemplo, no item a T_ebulição da água era implicitamente de 100 º C); representação simbólica utilizando gráficos/ diagramas (por exemplo, recorrer à interpretação do gráfico da curva de aquecimento da água que inclua as mudanças de estado da substância); decomposição do problema em subtarefas sequenciais (separar a fase de aquecimento da substância da fase relativa à mudança de estado)

A.2 - Uma descrição teórica com a identificação das entidades relevantes no problema (no item a massa volúmica da água, a capacidade térmica mássica da água e a entalpia de vaporização) a descrição dos conceitos (aquecimento- seu significado, mudança de estado- significado de vaporização) e as relações analíticas entre as variáveis (no item,    e  ).

B- Mobilizar informações relevantes na construção das respostas para os problemas investigados e explicar ao grupo-turma a metodologia utilizada para resolver o problema.

Assim deve ocorrer a uma análise exploratória com identificação das características a que deve obedecer a solução do problema, nomeadamente as variações nos dados do mesmo (no item, a variação de temperatura, no aquecimento, não poderia apresentar valores negativos sob pena de existir diminuição da energia interna do sistema).

B.1- Elaboração de resoluções possíveis:

- Uma decomposição heurística dividindo o problema em subproblemas, (por exemplo, no item, separar o cálculo da energia necessária para elevar a temperatura da água de 18º C a 100º C, do cálculo da energia necessária à mudança de estado da água) e uma verificação dos constrangimentos ao estabelecer as relações a que têm de satisfazer os dados do problema (ou seja, por exemplo, no item,  para vaporizar a água do lago a energia necessária correspondia ao somatório de duas parcelas:).

B.2- Discussão de resoluções possíveis:

Uma solução será satisfatória se for:

- Coerente, ou seja, qualitativamente admissível e dentro da ordem de grandeza esperada. (no item, os dados expressos, implicavam conversões de unidades)

- Consistente, ou seja, concordante com as condições limitativas estabelecidas (ou seja, no item, o somatório de energias teria de apresentar um valor positivo uma vez que houve cedência de energia, sobre a forma de calor, ao sistema).