Aula sobre funcionamento da panela de pressão e equação geral dos gases

A equação geral dos gases estabelece uma relação entre três grandezas fundamentais para a descrição do estado de um gás, são elas: pressão, volume e temperatura. Ela também nos fornece a explicação para uma série de fenômenos que ocorre no nosso dia a dia, entre eles está o funcionamento da panela de pressão.

Sendo assim, nada melhor do que começar o ensino da equação geral dos gases por meio de uma aula sobre o funcionamento da panela de pressão. Para isso, inicialmente, deverá ser feita uma problematização a partir de uma pergunta que deve estar relacionada com fatos do cotidiano dos alunos, de forma que os incentive a pesquisar e buscar respostas sobre o assunto. Depois de feita a problematização, deve haver uma discussão, de modo que o professor oriente as respostas dos alunos a fim de chegar a uma conclusão satisfatória.

O próximo passo é ensinar o conteúdo normalmente, demonstrando através da teoria e da Matemática a relação entre o fenômeno problematizado e o conteúdo a ser ensinado. Nesse caso, a relação entre a pressão, temperatura e o volume dos gases por meio da equação geral dos gases e o funcionamento de uma panela de pressão.

Uma sugestão para o professor de Física é seguir o roteiro abaixo:

• 1º passo – Problematização:

  “Por que os alimentos cozinham mais rápido dentro de uma panela de pressão?”

Feita essa pergunta, ouça as respostas dos alunos e discuta com eles. Várias novas perguntas podem ser feitas no decorrer da aula até chegar a uma resposta semelhante a essa:

“Os alimentos cozinham mais rápido porque a pressão no interior da panela é maior e isso faz com que a temperatura também seja maior.”

• 2º passo – Explicação do conteúdo: A equação geral dos gases

  Como já citado, a equação geral dos gases relaciona a pressão, o volume e a temperatura de um gás, obedecendo à seguinte relação:

P1V1 = P2V2
T₁           T₂

Sendo:

P – a pressão do gás;
V – o volume que o gás ocupa;
​T – a temperatura.

O índice 1 representa as grandezas no momento inicial, e o índice 2, no momento final.

Explique aos alunos a relação de proporcionalidade entre as três grandezas.

• 3º passo – relacionar a equação geral dos gases com o que ocorre no interior de uma panela de pressão

  Inicialmente devemos considerar que a variação do volume do gás dentro da panela foi muito pequena, sendo V1 = V2. Se os volumes são iguais, então eles podem ser simplificados na equação geral dos gases, obtendo, assim, a seguinte equação:

  P1 = P2
  T₁       T_2​

A relação obtida é um caso especial da Lei geral dos gases para o volume constante, também conhecida como transformação isovolumétrica. Essa relação diz que a razão entre a pressão e a temperatura é constante, de forma que, se houver aumento na pressão, também ocorrerá aumento na temperatura.

O calor fornecido aos alimentos no interior da panela de pressão faz com que a água que eles possuem evapore. Esse vapor permanece dentro da panela, causando um aumento da pressão em seu interior, o que faz com que a temperatura necessária para que a água evapore também aumente, obedecendo à equação para transformações isovolumétricas. A temperatura maior cozinha mais rápido os alimentos.

No interior da panela de pressão, a temperatura pode chegar aos 120ºC, enquanto, no nível do mar, essa temperatura é 100ºC, e a pressão pode chegar a 2 atm, o dobro da pressão atmosférica ao nível do mar.

Para fixar o conteúdo, o professor ainda pode comentar com os alunos o quanto é difícil cozinhar em lugares de grandes altitudes, onde a pressão atmosférica é menor e a água ferve em temperaturas baixas, que são insuficientes para cozinhar os alimentos.

Mariane Mendes
Graduada em Física