Neste trabalho propomos a utilização do motor Stirling de forma contextualizada, em aulas de Física, no Ensino Médio, mediante uma estratégia metodológica fundamentada na teoria de Ausubel, a partir dos subsunçores presentes na estrutura cognitiva dos estudantes. Nessa perspectiva, sugerimos uma abordagem que utilize questionamentos que possam viabilizar o ancoramento dos novos conhecimentos nos referidos subsunçores, tornando-os mais elaborados. Com isso, acreditamos que essa estratégia pode facilitar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot, bem como o tratamento dos aspectos sócio-ambientais relacionados ao motor Stirling

Amorim, C.

Assis, A.

Carvalho de, F.

Assis, Alice

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O USO DO MOTOR STIRLING NO ENSINO DETERMODINÂMICA: UMA ESTRATÉGIA METODOLÓGICAASSIS, A. (1); AMORIM, C. (2) y CARVALHO DE, F. (3)(1) Departamento de Física e Química. Universidade Estadual Paulista alice@feg.unesp.br(2) Universidade Estadual Paulista. amorim@feg.unesp.br(3) Universidade Estadual Paulista. camposc@feg.unesp.brResumenNeste trabalho propomos a utilização do motor Stirling de forma contextualizada, em aulas de Física, noEnsino Médio, mediante uma estratégia metodológica fundamentada na teoria de Ausubel, a partir dossubsunçores presentes na estrutura cognitiva dos estudantes. Nessa perspectiva, sugerimos umaabordagem que utilize questionamentos que possam viabilizar o ancoramento dos novos conhecimentosnos referidos subsunçores, tornando-os mais elaborados. Com isso, acreditamos que essa estratégia podefacilitar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot, bem como o tratamento dos aspectossócio-ambientais relacionados ao motor Stirling.    Objetivos      Propomos a utilização do motor Stirling em aulas de Física, com o objetivo de abordar algunsconteúdos relativos à termodinâmica de modo articulado, contemplando diferentes âmbitos doconhecimento, visando desenvolver as seguintes competências e habilidades (BRASIL, 2000): -VIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 218Investigação e compreensão relativas aos conceitos da termodinâmica e sua articulação comconhecimentos de outras áreas do saber científico; - Contextualização sócio-cultural associada aotema.     Marco Teórico      Neste trabalho sugerimos a utilização do motor Stirling para o ensino do ciclo de Carnot, medianteuma abordagem fundamentada na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, que correspondeao processo por meio do qual uma nova informação (um novo conhecimento) se relaciona demaneira não arbitrária e substantiva (não-literal) à estrutura cognitiva do aprendiz. A "nãoarbitrariedade" implica que o novo conhecimento não se ancora em qualquer conhecimento presentena estrutura cognitiva, mas nos conhecimentos especificamente relevantes, denominados porAusubel (1963) de "subsunçores". A substantividade refere-se à essência do conhecimentoaprendido. Nesse contexto, o fator que mais favorece a aprendizagem significativa é oconhecimento prévio do aprendiz.  Para a facilitação da aprendizagem significativa é imprescindível a interação pessoal e oquestionamento (MOREIRA, 2000). Nesse sentido, destacamos alguns procedimentos que podemser adotados pelo professor, a fim de propiciar a aprendizagem significativa (MOREIRA, 1999): -Identificação dos subsunçores necessários para a ocorrência da aprendizagem significativa dosconteúdos; - Diagnóstico dos subsunçores relevantes presentes na estrutura cognitiva do aluno; -Utilização de uma estratégia metodológica que priorize a articulação entre os novos conhecimentose os subsunçores relevantes disponíveis na estrutura cognitiva do aluno.     Desenvolvimento do Tema     Os fenômenos termodinâmicos, em geral, são apresentados como fenômenos associados àtransferência de energia a partir de uma diferença de temperatura. Nesse contexto, o estudo datransferência de energia relega aos motores a argumentação referente ao tema transformação,poucas vezes abordado em sala de aula.  Os pontos centrais do tema transformação de energia em processos termodinâmicos são o ciclo deCarnot e as máquinas térmicas. Nesse sentido é definido o rendimento dessas máquinas e ascaracterísticas de uma máquina térmica ideal. Os ciclos termodinâmicos associados às máquinastérmicas nem sempre são abordados de forma a articular aspectos teóricos e a realidade e tratar doimpacto sócio ambiental de tais máquinas. Desse modo, esse conteúdo é apresentado de maneirafragmentada, descontextualizada e sem articulação com outras áreas das ciências da natureza, o quedificulta a aprendizagem significativa. Em busca da superação dessa prática, Flores Almazán et alVIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 219(2005) utilizaram uma estratégia metodológica fundamentada na teoria da aprendizagemsignificativa em aulas práticas de termodinâmica.  Na introdução do funcionamento das máquinas térmicas, o ciclo de Carnot é apresentado por meiodo diagrama p – V, sem a ilustração de como um motor real poderia se aproximar de uma máquinatérmica funcionando baseado naquele ciclo. Os motores, quando apresentados, funcionam usandocombustíveis fósseis, cujo impacto ambiental não é confrontado com a atual tendência mundial, queaponta para a busca de alternativas a esse tipo de combustível. Desse modo, consideramos que aescolha do uso do motor de Stirling em aulas de física pode favorecer a aprendizagem significativado ciclo de Carnot, bem como a articulação entre os conceitos físicos e os aspectos sociais eambientais.   Para tanto, sugerimos que a introdução do motor Stirling em sala de aula anteceda a abordagem dociclo de Carnot, a fim de que a compreensão do ciclo que ocorre no motor Stirling favoreça aaprendizagem do ciclo de Carnot.  O motor Stirling é um motor radicalmente diferente dos motores movidos a combustíveis fósseis. O seu ciclo térmico é mais parecido com o ciclo de Carnot que o dos outros motores. Os conceitossobre calor, temperatura, pressão, volume, sistemas abertos e fechados, transformações isotérmicas,isobáricas, isométricas e adiabáticas já devem ter sido trabalhados com os estudantes.   A partir da apresentação de um exemplar do motor Stirling em sala de aula (Fig. 1), o professorpoderá levantar questionamentos, a fim de que sejam explicitados os subsunçores presentes naestrutura cognitiva dos estudantes. Essa abordagem poderá ser iniciada por meio do seguintequestionamento: O que gera o movimento mecânico do motor? A partir desse questionamentopode-se levar o aluno a perceber que a fonte de energia é o calor fornecido pela fonte quente. Apartir da percepção de que o calor é responsável pelo movimento, podem-se levantar as questões:Como esse calor chega a movimentar a máquina? Como se dá esse processo? O que acontece com afonte de calor e a máquina? Que transformação de energia ocorre? O que ocorre com o ar?   Esses questionamentos podem levar o aluno a relacionar a expansão do gás com a transformaçãoisotérmica no diagrama p – V, visualizada pela elevação do diafragma, que corresponde à primeirafase do ciclo (Fig. 2). Ao final dessa primeira fase, o professor poderá chamar a atenção para oresfriamento isométrico do gás ocorrido em virtude do seu contato com a fonte fria (ar ambiente –Fig. 3). Na terceira fase, o aluno observará a diminuição do volume do gás por meio dorebaixamento do diafragma (Fig. 4). Na quarta fase, o professor poderá destacar o aquecimentoisométrico do gás em contato com a fonte quente (Fig. 5).VIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 220   A percepção do funcionamento do motor Stirling e seu ciclo térmico pode viabilizar a abstração doaluno para o estudo do ciclo de Carnot. Essa abordagem pode favorecer maior elaboração dossubsunçores dos alunos, de modo a facilitar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot. Atransição do ciclo de Stirling para o de Carnot pode ser feita com a substituição das transformaçõesisométricas (Stirling – Fig. 6) pelas transformações adiabáticas (Carnot – Fig. 7). Ao trabalhar oconceito de rendimento, o professor poderá frisar a equivalência dos rendimentos de ambos osciclos.        Na sequência, o professor poderá contextualizar o conteúdo trabalhado com exemplos relativos àsvárias máquinas térmicas e seus respectivos combustíveis. O motor Stirling pode ser confrontadocom as demais máquinas do ponto de vista do potencial de utilização de fontes de energiaecologicamente mais adequadas.   Esse motor pode ser utilizado para a geração de energia elétrica a partir do calor que flui através deum sistema de câmara contendo diafragma e pistão, que pode ser produzido a partir de fontesalternativas, renováveis e inesgotáveis de energia, como a solar, a da biomassa, a eólica e outras,constituindo assim uma máquina ecologicamente apropriada para a geração de energia elétrica.Entretanto, a sua utilização esbarra na baixa relação entre potência desenvolvida e volume domotor. Assim, a substituição dos motores instalados em veículos pelo motor Stirling não tem sidoadotada. Entretanto, na qualidade de motor estacionário, ou seja, como gerador elétrico parafazendas não eletrificadas, esse motor apresenta-se como uma alternativa (ex: motores diesel)promissora do ponto de vista sócio-ambiental.   Conclusões  Acreditamos que a proposta da utilização do motor Stirling mediante uma estratégia metodológicafundamentada na teoria de Ausubel pode viabilizar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot.VIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 221     Referências bibliográficas  AUSUBEL, D. P. The psychology of meaningful verbal learning, New York, Grune and Stratton,1963, 685 p.  BRASIL. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais:Ensino Médio. Parte III – Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias, Brasília:MEC/SEMT, 2000.  FLORES ALMAZÁN, S.; ALONSO VIVEROS, G.; DELGADO HERRERA, T.; TREJOCANDELAS, L.M. Innovación en el laboratorio de termodinámica. Enseñanza de las ciencias,2005. Número Extra. VII Congreso.  MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa crítica. In: III Encontro Internacional sobreAprendizagem Significativa, p. 33-35, set, 2000.  MOREIRA, M.A. Teorias de aprendizagem. São Paulo: EPU, 1999.     CITACIÓNASSIS, A.; AMORIM, C. y CARVALHO, F. (2009). Ouso do motor stirling no ensino de termodinâmica: uma estratégiametodológica. Enseñanza de las Ciencias, Número Extra VIII Congreso Internacional sobre Investigación en Didácticade las Ciencias, Barcelona, pp. 218-222http://ensciencias.uab.es/congreso09/numeroextra/art-218-222.pdfVIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 222

O uso do motor stirling no ensino de termodinâmica : uma estratégia metodológica

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O USO DO MOTOR STIRLING NO ENSINO DE
TERMODINÂMICA: UMA ESTRATÉGIA METODOLÓGICA
ASSIS, A. (1); AMORIM, C. (2) y CARVALHO DE, F. (3)
(1) Departamento de Física e Química. Universidade Estadual Paulista alice@feg.unesp.br
(2) Universidade Estadual Paulista. amorim@feg.unesp.br
(3) Universidade Estadual Paulista. camposc@feg.unesp.br
Resumen
Neste trabalho propomos a utilização do motor Stirling de forma contextualizada, em aulas de Física, no
Ensino Médio, mediante uma estratégia metodológica fundamentada na teoria de Ausubel, a partir dos
subsunçores presentes na estrutura cognitiva dos estudantes. Nessa perspectiva, sugerimos uma
abordagem que utilize questionamentos que possam viabilizar o ancoramento dos novos conhecimentos
nos referidos subsunçores, tornando-os mais elaborados. Com isso, acreditamos que essa estratégia pode
facilitar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot, bem como o tratamento dos aspectos
sócio-ambientais relacionados ao motor Stirling.
    
Objetivos 
  
 
  
Propomos a utilização do motor Stirling em aulas de Física, com o objetivo de abordar alguns
conteúdos relativos à termodinâmica de modo articulado, contemplando diferentes âmbitos do
conhecimento, visando desenvolver as seguintes competências e habilidades (BRASIL, 2000): -
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Investigação e compreensão relativas aos conceitos da termodinâmica e sua articulação com
conhecimentos de outras áreas do saber científico; - Contextualização sócio-cultural associada ao
tema.
  
 
  
Marco Teórico 
  
 
  
Neste trabalho sugerimos a utilização do motor Stirling para o ensino do ciclo de Carnot, mediante
uma abordagem fundamentada na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, que corresponde
ao processo por meio do qual uma nova informação (um novo conhecimento) se relaciona de
maneira não arbitrária e substantiva (não-literal) à estrutura cognitiva do aprendiz. A "não
arbitrariedade" implica que o novo conhecimento não se ancora em qualquer conhecimento presente
na estrutura cognitiva, mas nos conhecimentos especificamente relevantes, denominados por
Ausubel (1963) de "subsunçores". A substantividade refere-se à essência do conhecimento
aprendido. Nesse contexto, o fator que mais favorece a aprendizagem significativa é o
conhecimento prévio do aprendiz.
  
Para a facilitação da aprendizagem significativa é imprescindível a interação pessoal e o
questionamento (MOREIRA, 2000). Nesse sentido, destacamos alguns procedimentos que podem
ser adotados pelo professor, a fim de propiciar a aprendizagem significativa (MOREIRA, 1999): -
Identificação dos subsunçores necessários para a ocorrência da aprendizagem significativa dos
conteúdos; - Diagnóstico dos subsunçores relevantes presentes na estrutura cognitiva do aluno; -
Utilização de uma estratégia metodológica que priorize a articulação entre os novos conhecimentos
e os subsunçores relevantes disponíveis na estrutura cognitiva do aluno.
  
 
  
Desenvolvimento do Tema
  
 
  
Os fenômenos termodinâmicos, em geral, são apresentados como fenômenos associados à
transferência de energia a partir de uma diferença de temperatura. Nesse contexto, o estudo da
transferência de energia relega aos motores a argumentação referente ao tema transformação,
poucas vezes abordado em sala de aula.
  
Os pontos centrais do tema transformação de energia em processos termodinâmicos são o ciclo de
Carnot e as máquinas térmicas. Nesse sentido é definido o rendimento dessas máquinas e as
características de uma máquina térmica ideal. Os ciclos termodinâmicos associados às máquinas
térmicas nem sempre são abordados de forma a articular aspectos teóricos e a realidade e tratar do
impacto sócio ambiental de tais máquinas. Desse modo, esse conteúdo é apresentado de maneira
fragmentada, descontextualizada e sem articulação com outras áreas das ciências da natureza, o que
dificulta a aprendizagem significativa. Em busca da superação dessa prática, Flores Almazán et al
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(2005) utilizaram uma estratégia metodológica fundamentada na teoria da aprendizagem
significativa em aulas práticas de termodinâmica.
  
Na introdução do funcionamento das máquinas térmicas, o ciclo de Carnot é apresentado por meio
do diagrama p – V, sem a ilustração de como um motor real poderia se aproximar de uma máquina
térmica funcionando baseado naquele ciclo. Os motores, quando apresentados, funcionam usando
combustíveis fósseis, cujo impacto ambiental não é confrontado com a atual tendência mundial, que
aponta para a busca de alternativas a esse tipo de combustível. Desse modo, consideramos que a
escolha do uso do motor de Stirling em aulas de física pode favorecer a aprendizagem significativa
do ciclo de Carnot, bem como a articulação entre os conceitos físicos e os aspectos sociais e
ambientais. 
  
Para tanto, sugerimos que a introdução do motor Stirling em sala de aula anteceda a abordagem do
ciclo de Carnot, a fim de que a compreensão do ciclo que ocorre no motor Stirling favoreça a
aprendizagem do ciclo de Carnot.
  
O motor Stirling é um motor radicalmente diferente dos motores movidos a combustíveis fósseis. 
O seu ciclo térmico é mais parecido com o ciclo de Carnot que o dos outros motores. Os conceitos
sobre calor, temperatura, pressão, volume, sistemas abertos e fechados, transformações isotérmicas,
isobáricas, isométricas e adiabáticas já devem ter sido trabalhados com os estudantes. 
  
A partir da apresentação de um exemplar do motor Stirling em sala de aula (Fig. 1), o professor
poderá levantar questionamentos, a fim de que sejam explicitados os subsunçores presentes na
estrutura cognitiva dos estudantes. Essa abordagem poderá ser iniciada por meio do seguinte
questionamento: O que gera o movimento mecânico do motor? A partir desse questionamento
pode-se levar o aluno a perceber que a fonte de energia é o calor fornecido pela fonte quente. A
partir da percepção de que o calor é responsável pelo movimento, podem-se levantar as questões:
Como esse calor chega a movimentar a máquina? Como se dá esse processo? O que acontece com a
fonte de calor e a máquina? Que transformação de energia ocorre? O que ocorre com o ar? 
  
Esses questionamentos podem levar o aluno a relacionar a expansão do gás com a transformação
isotérmica no diagrama p – V, visualizada pela elevação do diafragma, que corresponde à primeira
fase do ciclo (Fig. 2). Ao final dessa primeira fase, o professor poderá chamar a atenção para o
resfriamento isométrico do gás ocorrido em virtude do seu contato com a fonte fria (ar ambiente –
Fig. 3). Na terceira fase, o aluno observará a diminuição do volume do gás por meio do
rebaixamento do diafragma (Fig. 4). Na quarta fase, o professor poderá destacar o aquecimento
isométrico do gás em contato com a fonte quente (Fig. 5).
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   A percepção do funcionamento do motor Stirling e seu ciclo térmico pode viabilizar a abstração do
aluno para o estudo do ciclo de Carnot. Essa abordagem pode favorecer maior elaboração dos
subsunçores dos alunos, de modo a facilitar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot. A
transição do ciclo de Stirling para o de Carnot pode ser feita com a substituição das transformações
isométricas (Stirling – Fig. 6) pelas transformações adiabáticas (Carnot – Fig. 7). Ao trabalhar o
conceito de rendimento, o professor poderá frisar a equivalência dos rendimentos de ambos os
ciclos. 
 
 
     
Na sequência, o professor poderá contextualizar o conteúdo trabalhado com exemplos relativos às
várias máquinas térmicas e seus respectivos combustíveis. O motor Stirling pode ser confrontado
com as demais máquinas do ponto de vista do potencial de utilização de fontes de energia
ecologicamente mais adequadas. 
  
Esse motor pode ser utilizado para a geração de energia elétrica a partir do calor que flui através de
um sistema de câmara contendo diafragma e pistão, que pode ser produzido a partir de fontes
alternativas, renováveis e inesgotáveis de energia, como a solar, a da biomassa, a eólica e outras,
constituindo assim uma máquina ecologicamente apropriada para a geração de energia elétrica.
Entretanto, a sua utilização esbarra na baixa relação entre potência desenvolvida e volume do
motor. Assim, a substituição dos motores instalados em veículos pelo motor Stirling não tem sido
adotada. Entretanto, na qualidade de motor estacionário, ou seja, como gerador elétrico para
fazendas não eletrificadas, esse motor apresenta-se como uma alternativa (ex: motores diesel)
promissora do ponto de vista sócio-ambiental. 
  
Conclusões
  
Acreditamos que a proposta da utilização do motor Stirling mediante uma estratégia metodológica
fundamentada na teoria de Ausubel pode viabilizar a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot.
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Referências bibliográficas
  
AUSUBEL, D. P. The psychology of meaningful verbal learning, New York, Grune and Stratton,
1963, 685 p.
  
BRASIL. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais:
Ensino Médio. Parte III – Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias, Brasília:
MEC/SEMT, 2000.
  
FLORES ALMAZÁN, S.; ALONSO VIVEROS, G.; DELGADO HERRERA, T.; TREJO
CANDELAS, L.M. Innovación en el laboratorio de termodinámica. Enseñanza de las ciencias,
2005. Número Extra. VII Congreso.
  
MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa crítica. In: III Encontro Internacional sobre
Aprendizagem Significativa, p. 33-35, set, 2000.
  
MOREIRA, M.A. Teorias de aprendizagem. São Paulo: EPU, 1999.
  
 
 
 
CITACIÓN
ASSIS, A.; AMORIM, C. y CARVALHO, F. (2009). Ouso do motor stirling no ensino de termodinâmica: uma estratégia
metodológica. Enseñanza de las Ciencias, Número Extra VIII Congreso Internacional sobre Investigación en Didáctica
de las Ciencias, Barcelona, pp. 218-222
http://ensciencias.uab.es/congreso09/numeroextra/art-218-222.pdf
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