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Aula 55 — Escala Kelvin e o Zero Absoluto

50 min

Objetivo geral

Compreender a escala Kelvin como escala absoluta de temperatura, baseada no zero absoluto, e converter entre Celsius e Kelvin.

Objetivos específicos

  • Definir o zero absoluto (0 K = -273°C) como o limite teórico de agitação térmica mínima.
  • Converter temperaturas entre Celsius e Kelvin usando K = C + 273.
  • Reconhecer que a escala Kelvin não assume valores negativos, ao contrário de Celsius e Fahrenheit.
  • Reconhecer por que fórmulas físicas (como as dos gases) exigem temperatura em Kelvin.

Conhecimentos prévios

  • Escalas Celsius e Fahrenheit (Aula 54).
  • Agitação molecular como definição física de temperatura (Aula 53).

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_Aula55_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • Uma reta numérica desenhada no quadro com as três escalas (Celsius, Fahrenheit, Kelvin) lado a lado, marcando os pontos de fusão e ebulição da água em cada uma.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: "existe um limite mínimo de quão fria a matéria pode ficar, ou ela pode esfriar para sempre, sem parar?" Ouvir hipóteses.

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Perguntar se "temperatura" é um número que pode cair indefinidamente, sem nenhum limite físico. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): tratar a queda de temperatura como um processo sem limite físico algum — sem perceber que existe um limite real ligado à cessação da agitação molecular, já que temperatura MEDE essa agitação.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 8: Kelvin como escala absoluta, com o zero absoluto (0 K = -273°C) representando a agitação térmica mínima teórica; conversão K = C + 273. Resolução explícita do obstáculo do Momento 2: existe sim um limite físico real, o zero absoluto, porque temperatura mede agitação molecular, e não existe "agitação negativa" — não é possível esfriar além do ponto de agitação térmica mínima.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

O professor converte um valor de Celsius para Kelvin. Em seguida, propõe à turma, em duplas, converter outro valor e discutir por que a escala Kelvin nunca assume valores negativos em situações físicas reais.

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano). O professor circula pela sala, corrigindo quem esquece de somar/subtrair 273 corretamente na conversão.

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: sim, existe um limite físico real — o zero absoluto — porque não há agitação molecular negativa. Reforçar K = C + 273.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4), checando se os alunos já convertem corretamente entre Celsius e Kelvin. Ao final: correção coletiva dos exercícios, com atenção especial ao sinal na conversão.

Lista de exercícios

1. Converta 27°C para Kelvin.

Gabarito: K = C + 273 = 27 + 273 = 300 K.

2. Converta 0 K para Celsius.

Gabarito: C = K - 273 = 0 - 273 = -273°C.

3. Por que a escala Kelvin nunca assume valores negativos em situações físicas reais?

Gabarito: Porque 0 K já representa o limite físico mínimo de agitação térmica (o zero absoluto) — não é fisicamente possível ter uma temperatura abaixo disso.

4. Converta 373 K para Celsius e diga o que essa temperatura representa para a água.

Gabarito: C = 373 - 273 = 100°C, a temperatura de ebulição da água ao nível do mar.

5. Explique por que fórmulas da física dos gases exigem que a temperatura seja usada em Kelvin, e não em Celsius.

Gabarito: Porque essas fórmulas envolvem proporcionalidade direta com a temperatura absoluta. Usar Celsius, que tem um zero arbitrário (não físico), geraria resultados fisicamente incoerentes, como volumes ou pressões negativos para temperaturas baixas mas positivas em Celsius.

Observações e extensão

Próxima aula: Dilatação Linear de Sólidos. Nota para o professor: usaremos Kelvin explicitamente só na parte de gases (a partir da Aula 65) — nas próximas aulas de dilatação térmica, Celsius já é suficiente, pois elas trabalham com VARIAÇÃO de temperatura, que é igual nas duas escalas.