Esta proposta de atividade de Ciências da Natureza é destinada aos estudantes do 7º ano dos anos finais do Ensino Fundamental
COMBUSTÍVEIS, MÁQUINAS E TECNOLOGIA
Combustíveis e máquinas térmicas têm desempenhado um papel central na sociedade desde a Revolução Industrial, impulsionando avanços econômicos, tecnológicos e sociais.
Máquinas térmicas são dispositivos que convertem energia térmica em trabalho mecânico. Elas funcionam a partir da variação de temperatura e pressão de um fluido (geralmente um gás ou vapor), gerada usualmente pela queima de um combustível. As máquinas térmicas mais conhecidas são a máquina a vapor e o motor a combustão interna.
Inventada no século XVIII, a máquina a vapor foi fundamental para a Revolução Industrial. Seu funcionamento é baseado no aquecimento da água até gerar vapor, que se expande e movimenta um pistão ou turbina, gerando trabalho mecânico. Essa tecnologia foi essencial para locomotivas, navios e fábricas, tendo o carvão como principal fonte de energia.
No final do século XIX, o motor a combustão interna, ou motor a explosão, substituiu progressivamente a máquina a vapor. Ele funciona por meio da queima de combustíveis (gasolina, diesel, etanol) dentro de cilindros. Neles, a explosão dos gases empurra pistões, gerando movimento. Esse motor tornou o transporte mais acessível e dinâmico, sendo amplamente utilizado em automóveis, motocicletas e aviões.
No século XX, o motor a combustão interna foi significativo na mobilidade urbana, impulsionando também a globalização. Mais recentemente, a eletrificação dos veículos e a automação industrial reduziram a dependência dos combustíveis fósseis e aumentaram a produtividade. No entanto, esses avanços também causaram desemprego em setores que dependiam da mão de obra intensiva.
Os combustíveis podem ser classificados em fósseis (como carvão, petróleo e gás natural) e renováveis (como biocombustíveis, hidrogênio e energia solar convertida em eletricidade). A queima de combustíveis fósseis libera CO₂ e outros poluentes, agravando o aquecimento global. Além disso, a extração de petróleo e carvão pode causar degradação ambiental e contaminação de aquíferos. Outro ponto é a produção e o descarte de baterias para veículos elétricos, levantando preocupações sobre a mineração de lítio e o encaminhamento de resíduos eletrônicos.
A busca por fontes de energia menos poluentes levou ao desenvolvimento de biocombustíveis, como etanol e biodiesel, produzidos a partir de biomassa. No Brasil, o etanol derivado da cana-de-açúcar é amplamente utilizado, reduzindo a dependência do petróleo e a emissão de poluentes. No entanto, sua produção pode gerar impactos ambientais, como desmatamento e consumo excessivo de água.
A informatização e a inteligência artificial também desempenham um papel crescente na otimização do uso de combustíveis e na eficiência energética. Sistemas automatizados controlam o consumo de energia em indústrias e edifícios, reduzindo desperdícios. Além disso, pesquisas avançam no desenvolvimento de células de combustível e hidrogênio verde como alternativas viáveis para substituir combustíveis fósseis.
Assista ao vídeo sobre combustíveis, máquinas e tecnologia:
RESPONDA ÀS QUESTÕES:
QUESTÃO 1
As máquinas térmicas desempenham um papel essencial na sociedade desde a Revolução Industrial.
A) Aponte as semelhanças e diferenças entre a máquina a vapor e o motor a combustão interna.
B) Cite um exemplo de aplicação para cada uma dessas máquinas térmicas.
QUESTÃO 2
A máquina a vapor foi essencial para a Revolução Industrial porque
(A) possibilitou a mecanização de processos e a expansão dos transportes.
(B) reduziu a necessidade constante de energia na produção industrial.
(C) eliminou o uso de combustíveis fósseis desde a Revolução até hoje.
(D) funcionava usualmente com a eletricidade gerada por turbinas eólicas.
QUESTÃO 3
Você é um arqueólogo e acaba de encontrar os restos de uma antiga máquina térmica em um museu abandonado. Há tubos, pistões e um grande reservatório de metal, mas não há eletricidade envolvida. Um bilhete próximo à relíquia diz o seguinte:
Com base nas pistas, identifique de que tipo de máquina térmica se trata, explique como ela funciona e descreva um dos impactos que causou na sociedade da época.
QUESTÃO 4
A indústria moderna ainda depende de máquinas térmicas para processos como geração de energia e produção de bens. Você acredita que seria possível substituir completamente as máquinas térmicas por fontes alternativas de energia? Justifique sua resposta.
QUESTÃO 5
Uma indústria quer reduzir suas emissões de carbono e tornar sua matriz energética mais sustentável. A alternativa que representa corretamente uma estratégia eficiente é
(A) investir em fontes de energia renováveis, como solar e eólica.
(B) aumentar o uso de carvão mineral, porque ele é mais acessível.
(C) Expandir a queima de combustíveis fósseis para gerar eletricidade.
(D) substituir toda a produção por energia nuclear, pois ela é limpa.
QUESTÃO 6
O efeito estufa é agravado pelo excesso de emissão de CO₂ na atmosfera, proveniente da queima de combustíveis fósseis. Sobre o tema, analise as alternativas a seguir a respeito das consequências diretas desse fenômeno:
I. Aumento da temperatura média global e eventos climáticos extremos.
II. Elevação do nível do mar devido ao derretimento das calotas polares.
III. Melhoria da qualidade do ar nas grandes cidades.
IV. Acidificação dos oceanos, afetando a biodiversidade marinha.
Todas as alternativas são corretas, exceto a
(A) I.
(B) II.
(C) III.
(D) IV.
QUESTÃO 7
Nos últimos anos, a demanda por biocombustíveis cresceu significativamente devido à necessidade de reduzir a emissão de gases de efeito estufa. No entanto, a expansão da produção de biocombustíveis levanta preocupações.
A) Quais são as vantagens e desvantagens do uso de biocombustíveis em relação aos combustíveis fósseis?
B) Explique como a produção de biocombustíveis pode impactar a disponibilidade de alimentos e o uso da terra no Brasil e no mundo.
C) Elabore uma proposta sustentável que minimize os impactos negativos da produção de biocombustíveis, considerando alternativas tecnológicas e mudanças políticas.
QUESTÃO 8
O Brasil se destaca na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar. Um dos principais benefícios dessa alternativa energética envolve
(A) a substituição completa de todos os combustíveis fósseis no país.
(B) uma redução das emissões de CO₂ em comparação com a gasolina.
(C) menor consumo de energia na produção do etanol do que na gasolina.
(D) redução total dos impactos ambientais da indústria de transportes.
QUESTÃO 9
A crescente adoção de veículos elétricos reduz as emissões de CO₂, mas levanta outro desafio ambiental, que envolve
(A) o descarte inadequado e a mineração para produção de baterias de lítio.
(B) a maior dependência de combustíveis fósseis para carregar as baterias.
(C) a emissão de mais gases poluentes em comparação aos veículos a combustão.
(D) a impossibilidade de reciclagem de componentes dos veículos elétricos.
QUESTÃO 10
Para reduzir a poluição causada pelo transporte público, uma cidade pode adotar como solução com menor impacto ambiental, a longo prazo,
(A) substituir, gradualmente, ônibus movidos a diesel por veículos elétricos.
(B) aumentar o uso de combustíveis fósseis para impulsionar a economia local.
(C) ampliar o transporte individual, incentivando o uso de carros particulares.
(D) incentivar o uso de veículos a combustão, pois são mais baratos e eficazes.
| Leia e observe as informações abaixo para responder às questões 11 e 12. |
O bioma amazônico, localizado na Região Norte do Brasil, apresenta grande extensão territorial com rios de grandes volumes de água e diversidade de cores influenciada pela concentração de sedimentos e matéria orgânica. Esses rios são importantes vias de transporte para pessoas e mercadorias nas cidades da região. Essas vias permitem a chegada de ações voltadas à preservação da saúde, como a campanha de vacinação contra a covid‑19. Para chegar às regiões mais remotas, as equipes de saúde utilizam barcos movidos a motores à combustão. Essas ações permitiram que algumas regiões do Amazonas tenham alcançado altos índices de vacinação da 1ª dose contra a covid‑19 entre 2020 e 2025, como 63,5% no Rio Purus, 68,7% no Rio Juruá, 85,5% no Baixo Amazonas e 75,2% no Alto Solimões. Observe, na imagem abaixo, um exemplo de transporte utilizado nessa região e o esquema de funcionamento do seu motor.
É necessária a manutenção regular do motor desses barcos para prevenir o seu mal funcionamento, o que pode ocasionar a emissão de uma fumaça escura decorrente da queima do combustível.
QUESTÃO 11*
Com base no esquema de funcionamento do motor do barco, a fonte fria desse motor está presente em qual etapa?
(A) 1º tempo, pois ocorre a entrada da mistura pela válvula de admissão do motor.
(B) 2º tempo, pois ocorre a diminuição de volume da mistura na câmara de combustão.
(C) 3º tempo, pois ocorre a queima da mistura na câmara de combustão.
(D) 4º tempo, pois ocorre a dissipação de energia da queima da mistura no escapamento do motor.
QUESTÃO 12*
Com base no esquema de funcionamento desse motor, a mistura injetada no 1º tempo
desempenha a função de
(A) estabilizar o motor.
(B) fornecer energia para o motor.
(C) lubrificar as peças do motor.
(D) refrigerar o motor.
| Leia as informações do quadro abaixo para responder às questões 13 e 14 |
O ar atmosférico é composto por diversos gases. Dentre eles, está o gás que contribui para a explosão da mistura que ocorre durante o ciclo de operação de um motor à combustão interna. Esse gás corresponde a 21% da composição do ar atmosférico, sendo o segundo maior percentual. Leia, no esquema abaixo, sobre as etapas do ciclo de funcionamento desse motor.
Alguns dos gases liberados na 4ª etapa poluem o ar atmosférico, como o monóxido de carbono, que contribui para a destruição da camada de ozônio, e o gás carbônico, que participa da intensificação do efeito estufa. Desse modo, são necessárias ações individuais e propostas públicas para controlar esses problemas ambientais.
QUESTÃO 13*
Com base nas etapas do ciclo desse motor, a energia é retirada da fonte quente na
(A) 1ª etapa, pois ocorre a expansão da mistura.
(B) 2ª etapa, pois o volume ocupado pela mistura diminui.
(C) 3ª etapa, pois ocorre a queima da mistura.
(D) 4ª etapa, pois o resultado da queima da mistura é dissipado.
QUESTÃO 14*
A mistura que entra na 1ª etapa desse motor desempenha o papel de
(A) agente de limpeza.
(B) fonte de energia.
(C) lubrificante de peças.
(D) regulador de temperatura.
QUESTÃO 15*
O uso de biomassa como combustível tem ganhado relevância em diversas regiões, como na América Latina e África. Essa tecnologia permite reduzir as emissões de carbono […], promovendo também o desenvolvimento ambiental. Contudo, o uso de combustíveis agrícolas ainda enfrenta desafios relacionados à qualidade dos ingredientes, o que eleva os custos. No entanto, as soluções tecnológicas desenvolvidas pelos pesquisadores chineses oferecem uma vantagem competitiva significativa sobre os métodos tradicionais. […] A cooperação entre Brasil e China nesse setor reflete a convergência de suas filosofias de desenvolvimento, com ênfase na coexistência entre crescimento econômico e proteção ambiental.
O produto mencionado nesse texto é utilizado com o objetivo de
(A) controlar a temperatura.
(B) fornecer energia.
(C) limpar superfícies.
(D) lubrificar as peças.
| * Questões presentes na Avaliação Contínua da Aprendizagem nos Anos Finais – Ciclo III, de Ciências da Natureza, de 2025. |
| Autoria: | Prof.ª M.ª Mariana Araguaia |
| Formação: | Ciências Biológicas |
| Componente Curricular: | Ciências da Natureza |
| Objetos de conhecimento: | Combustíveis, máquinas e tecnologia na questão socioambiental. |
| Habilidades: | (EF07CI04) Avaliar o papel do equilíbrio termodinâmico para a manutenção da vida na Terra, para o funcionamento de máquinas térmicas e em outras situações cotidianas. (EF07CI05) Discutir o uso de diferentes tipos de combustível e máquinas térmicas ao longo do tempo, para avaliar avanços, questões econômicas e problemas socioambientais causados pela produção e uso desses materiais e máquinas. (EF07CI06-A) Identificar e discutir mudanças econômicas, culturais e sociais, tanto na vida cotidiana quanto no mundo do trabalho, decorrentes do desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, como automação e informatização, avaliando os impactos socioambientais. |
| Referência: | CARNEVALLE, M. R. Araribá mais Ciências: 7º ano: ensino fundamental: anos finais. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2018. 272 p. Acesso em 03/02/2025. DOTTA, Daniel. Aula 6: Turbinas Térmicas a Vapor. Unicamp – Departamento de Sistemas de Energia Elétrica. Disponível em <https://www.dsee.fee.unicamp.br/~dotta/it003/Aula6.pdf>. Acesso em 12/02/2025. GOIÁS. Documento Curricular para Goiás – Ampliado. Volume III Ensino Fundamental Anos Finais. Disponível em <https://tinyurl.com/bdcn9bpn>. Acesso em 03/02/2025. ______. Documento Curricular para Goiás – Ampliado – Cortes Temporais. CONSED; UNDIME, 2019. p. 143. Disponível em: <https://tinyurl.com/mszn79ds>. Acesso em 03/02/2025. HIRANAKA. R. A. B.; HORTENCIO, T. M. A. Inspire Ciências: 7º ano: ensino fundamental: anos finais. 1. ed. São Paulo: FTD, 2018. 256 p. Acesso em 03/02/2025. MOREIRA, Adelson Fernandes; COUTO, Francisco Pazzini. A Termodinâmica do Motor de Combustão Interna: Implicações sociais do uso dessa tecnologia. CEFET-MG. Disponível em <https://www.cac.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/30/2019/10/main.pdf>. Acesso em 12/02/2025. |