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COMPREENSÃO DOS MODELOS ELABORADOS DURANTE A ESTRATÉGIA DE ENSINO

Desde a Idade Média, com a noção de calórico, alguns autores sugerem que a energia é uma espécie de substância quase material presente em grande parte dos fenômenos térmicos que nos rodeiam. Essa definição que caracteriza a energia como se fosse um fluido, coincide basicamente com o significado que usamos em nosso dia-a- dia. Embora seja de mais fácil apreensão, esta definição cria obstáculos para a aprendizagem do modelo científico referente à energia, pois ela não é uma espécie de ingrediente que os corpos possuem.

Por isso, como destacado anteriormente, antes de utilizar as palavras libera e

absorve no contexto termoquímico, é necessário deixar claro todo o processo de rearranjo de átomos para os alunos, objetivando a não criação de possíveis concepções substancialistas, presentes de modo considerável em nossas falas cotidianas.

Como foi mencionado no texto histórico apresentado no Capítulo 2, na combustão havia liberação de flogisto, ou seja, havia saída de algo. Se observarmos mais atentamente um pedaço de madeira pegando fogo ou mesmo a chama de uma vela, notamos que o fogo é algo que sai da superfície da lenha ou do pavio. Essa impressão tão evidente foi, na verdade, um obstáculo para se tentar compreender o real significado do fogo e, por conseguinte, das transformações químicas envolvendo calor.

Para uma melhor compreensão dos processos de transferência de energia, é preciso lançar mão de modelos corpusculares da matéria. Nesses modelos, a energia cinética molecular é uma das parcelas que compõem a energia interna de um sistema. Porém, identificar esta parcela com o calor é retomar a idéia de que o calor está contido no sistema, o que é errado, pois um processo não pode estar contido em nada. Tal idéia foi observada pelos modelos iniciais criados pelos alunos de todos os grupos, que se remetiam ao modelo cinético molecular das partículas.

Na Atividade 1, percebemos que os alunos de todos os grupos associaram algumas idéias sobre energia à força, vigor físico e disposição. Isso pode ser relacionado ao fato de, na história da filosofia, o termo energia já ter sido usado com um sentido equivalente à atividade, ato e força. Na filosofia escolástica, ele era designado pelos termos “virtus” e “vis”. Não é de se estranhar, então, que energia seja comumente utilizada como sinônimo de força ou de potência. Também não é de se estranhar que lhe seja associada a idéia de que é uma virtude ou propriedade do objeto ou ser.

Até aquela época, só se conhecia a transferência de energia em forma de trabalho, isto é, através de forças que levariam a deslocamentos, como levantar um peso ou deformar um corpo. Em 1807, o físico inglês Thomas Young (1773-1829) propôs que a energia fosse definida como a capacidade para realizar trabalho, conceito que é até hoje amplamente utilizado na física. Contudo, pode-se perceber que essa definição nada diz sobre a natureza mais específica da energia, sobremodo da energia envolvida nas transformações químicas. Com a demonstração da equivalência entre calor e trabalho, o conceito foi expandido. Mais corretamente, trabalho passou a ser considerado como uma das formas de transferência de energia, idéia que é refutada com base nas leis da termodinâmica (Santos, 1999). Apesar disso, ainda é da maneira antiga que muitos livros definem energia e continuam a confundir calor com energia, denominando-o “energia térmica”. Tal confusão foi nitidamente observada nas respostas dos alunos na Atividade 1, quando eles associaram o termo energia às palavras força ou trabalho.

Além disso, é muito comum observarmos que a idéia do princípio de conservação é facilmente confundida com a idéia de “armazenamento” de energia no interior de um sistema material. Tal fato pode ser explicado levando-se em consideração a idéia concebida no século XVII de que o trabalho realizado por um sistema podia ser

“armazenado” de alguma maneira no interior do mesmo e que o “trabalho armazenado” era sempre igual ao “trabalho realizado”.

Conforme destacamos no texto histórico inicial, coexistiu por mais de um século uma disputa entre a teoria substancialista e a teoria mecanicista do calor. De acordo com J. Silva (1998), tais idéias sobre a natureza do calor coexistiram até a aceitação da lei da conservação da energia, embora tivesse prevalecido a teoria mecanicista. Porém, o modelo material para o calor – a teoria do calórico – deixou alguns resquícios em termos da linguagem empregada em diferentes situações envolvendo o calor.

De acordo com Brown (1950), o conceito de calórico explicava algumas situações, como as variações de volume dos corpos quando aquecidos e resfriados, as mudanças de estados de agregação e a transferência de energia causada por diferença de temperatura. Isto pode explicar porque os alunos tendem a pensar que o calórico sai, fazendo com que o corpo fique menos denso do que o ar e com que ocorra uma expansão dos gases em temperaturas maiores. Esta idéia foi observada nos modelos iniciais criados pelos alunos dos grupos 3 e 4, que representavam as partículas no sistema aquecido mais afastadas (menor estado de agregação, ocupando um maior volume no sistema) e as partículas no sistema resfriado mais juntas (maior estado de agregação, ocupando um menor volume no sistema). Além disso, J. Silva (1998) destaca que alguns termos como, por exemplo, transferência de calor, condução de calor, absorção e liberação de calor são provenientes da época em que o calor era considerado um fluido que penetrava os corpos e, portanto, podia ser transferido,

conduzido, absorvido, liberado. Além disso, as idéias de capacidade calorífica e calor específico se associavam às capacidades de contenção do calórico pelos sistemas.

Por isso acreditamos que a idéia do armazenamento de energia decorre do fato de ela ser tratada não como um conceito físico abstrato, mas como algo real, como um fluido ou um combustível que possa ser armazenado ou transferido de um corpo a outro. No contexto das transformações químicas, é importante ressaltar que muitos materiais didáticos reforçam a idéia da energia como produto de um processo termoquímico, o que nos parece ser a conseqüência de se considerar o calor como uma substância, se propagando de um corpo a outro ou sendo liberado em uma transformação química (como nas reações de combustão, por exemplo).

Em relação ao modelo mecanicista do calor, muitos alunos relacionaram a idéia do movimento ou atrito das partículas ao calor inerente a um corpo. Isso pode ser constatado, por exemplo, pelo fato de o atrito entre dois corpos nos passar uma sensação térmica de aquecimento (como o que se sente ao se atritar uma mão na outra). Com tal idéia, os alunos estabeleceram associações incorretas, apresentando idéias do calor como o produto de algum movimento, sem relacionar tal fato à idéia de conservação/ transformação da energia (energia cinética se transforma em energia térmica).

Outra associação que merece destaque refere-se à agitação molecular, conforme nos é apresentada no modelo cinético molecular das partículas. Isso fez com que alguns alunos utilizassem a idéia do calor como sendo sinônimo de temperatura (grau de agitação das partículas), o que não apresenta pertinência do ponto de vista científico. Em alguns modelos (como o apresentado na figura 14), os alunos representaram a energia como setas e, em suas explicações, enfatizaram que o aumento da agitação das partículas era responsável pelo aumento da temperatura do sistema. Tais idéias estão em consonância com a idéia do calórico, ou seja, fluido material que se deslocava de um corpo a outro, de modo que um corpo perde e o outro ganha, se aquecendo ou se resfriando.