A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A REVISÃO DE...
108
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A REVISÃO DE CONCEITOS RELACIONADOS À ELETRODINÂMICA HOMEILTON JOSÉ DE OLIVEIRA BARRA DO GARÇAS – MT 2019
Transcript of A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A REVISÃO DE...
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A
REVISÃO DE CONCEITOS RELACIONADOS À
ELETRODINÂMICA
HOMEILTON JOSÉ DE OLIVEIRA
BARRA DO GARÇAS – MT
2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A
REVISÃO DE CONCEITOS RELACIONADOS À
ELETRODINÂMICA
HOMEILTON JOSÉ DE OLIVEIRA
ORIENTADOR: ARIAN PAULO DE ALMEIDA MORAES
BARRA DO GARÇAS – MT – 2019
Dissertação apresentada ao programa de
Pós-Graduação do Mestrado Nacional
Profissional de Ensino de Física da
Universidade Federal de Mato Grosso.
Campus Universitário do Araguaia, como
requisito parcial para obtenção do título
de Mestre em Ensino de Física.
Dados Internacionais de Catalogação na Fonte.
Ficha catalográfica elaborada automaticamente de acordo com os dados fornecidos pelo(a)
autor(a).
Permitida a reprodução parcial ou total, desde que citada a fonte.
O48l OLIVEIRA, HOMEILTON JOSE DE.A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A REVISÃO
DE CONCEITOS RELACIONADOS À ELETRODINÂMICA /HOMEILTON JOSE DE OLIVEIRA. -- 2019
104 f. : il. color. ; 30 cm.
Orientador: ARIAN PAULO DE ALMEIDA MORAE.Dissertação (mestrado profissional) - Universidade
Federal de Mato Grosso, Instituto de Ciências Exatas e daTerra, Programa de Pós-Graduação Profissional em Ensinode Física, Pontal do Araguaia, 2019.
Inclui bibliografia.
1. TECNOLOGIA. 2. LÂMPADA DE ARCO. 3. FÍSICA. 4.APRENDIZADO. I. Título.
“Nenhum sistema filosófico é definitivo,
porque a própria vida não é definitiva. Um
sistema filosófico resolve um grupo de
problemas historicamente dados e prepara
as condições para a proposição de outros
problemas, isto é, de novos sistemas.
Sempre foi e sempre será assim”.
(Benedetto Croce)
Dedicatória
Aos meus pais
Homero Mário de Oliveira e Vilma Borges de Oliveira.
AGRADECIMENTO
Ao Criador e Senhor de tudo e de todos nós!
Ao meu pai e a minha mãe, que a partir de sua fé, esperança e trabalho me
ensinaram também a ter fé, esperança e trabalhar sempre.
À Juliana Araújo, minha companheira, namorada e melhor amiga.
Aos professores do mestrado, Dr. George Barbosa da Silva, Dr. Adellane
Araújo de Sousa e, principalmente, ao professor Dr. Arian Paulo de Almeida
Moraes, meu orientador.
À Universidade Federal do Mato Grosso – Campus Araguaia.
À Escola Estadual Dona Eva, na qual trabalhei o desenvolvimento do meu
produto educacional.
O presente trabalho foi realizado com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.
A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A REVISÃO DE
CONCEITOS RELACIONADOS À ELETRODINÂMICA
RESUMO
Buscando dinamizar e contextualizar o ensino de Física frente ao mundo eletroeletrônico, propõe-se um produto educacional, que se constitui do experimento conhecido como a “Lâmpada de Arco” e roteiro referente ao experimento e outras experiências mais simples. Todas as aulas foram realizadas seguindo planos de aulas e roteiros referentes aos experimentos, os quais promoviam a discussão, a reflexão e proporcionavam a possibilidade de construção de uma linguagem progressivamente mais científica. Assim, os conceitos de corrente elétrica, de condutores, de resistência, de potencial elétrico e outros foram discutidos, de forma teórica, contextualizados e revisados, por último, com a utilização da lâmpada de arco. Verificou, por um semestre, que um planejamento que contemple aulas teóricas acompanhadas de demonstrações, e revisadas por meio de experimentos, é uma possibilidade de superação para as aulas tradicionais, e foi possível verificar, também, que estas têm muito a contribuir para uma maior assiduidade por parte dos estudantes, envolvimento dos mesmos nas discussões, na compreensão dos conceitos e na possibilidade de contribuir para que os estudantes tenham maior capacidade de descrever os conceitos, elaborando críticas frente ao mundo tecnológico.
Palavras-chave: Tecnologia, Lâmpada, Física, Aprendizado.
THE ARC LAMP: MEDIATOR FOR THE REVISION OF
CONCEPTS RELATED TO ELECTRODYNAMICS
ABSTRACT: In order to dynamize and contextualize the teaching of physics
in front of the electro-electronic world, we propose an educational product
that is constituted of the experiment known as the "Lamp of Arc" and script
referring to the experiment and other simpler experiences. All classes were
carried out following lesson plans and itineraries referring to the experiments,
which promoted discussion, reflection and provided the possibility of building
a progressively more scientific language. Thus, the concepts of electric
current, conductors, resistance, electrical potential and others, were
discussed theoretically, contextualized and revised, finally, with the use of the
arc lamp. We verified for a semester that a planning that contemplates
theoretical classes accompanied by demonstrations and reviewed through
experiments, is a possibility of overcoming the traditional classes, and we
also verified that these have much to contribute to a greater attendance on
the part of the students, the students' involvement in the discussions,
understanding of the concepts and the possibility of contributing to the
students being able to describe the concepts, and criticizing the technological
world.
Keywords: Technology, Lamp, Physics, Learning.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................9
2 OBJETIVOS........................................................................................................14
2.1 Objetivo geral ........................................................................................ 14 2.2 Objetivos específicos ........................................................................... 14
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................15 3.1 Diferenças cognitivas entre os indivíduos ....................................... 15 3.2 A possibilidade de conhecimento ...................................................... 17 3.3 Metodologia: currículo em espiral ..................................................... 19
3.4 Professor e estudante no processo de ensino e aprendizagem ... 20 3.5 O que o professor precisa saber na teoria da aprendizagem de
Bruner ..................................................................................................... 21
4 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DA LÂMPADA DE ARCO ..................24 4.1 Carga elétrica ......................................................................................... 25 4.2 Condutores e dielétricos ..................................................................... 26 4.3 Corrente elétrica .................................................................................... 27 4.4 O poder das pontas .............................................................................. 29 4.5 Intensidade da corrente elétrica ......................................................... 30 4.6 Primeira Lei de Ohm ............................................................................. 30 4.7 Compreendendo microscopicamente a Lei de Ohm ....................... 31 4.8 Resistividade ......................................................................................... 33 4.9 Potência e potência dissipada ............................................................ 35 4.10 Associação de resistores em série e em paralelo ......................... 36 4.11 Associação em série .......................................................................... 36 4.12 Associação em paralelo..................................................................... 38
5 PRODUTO EDUCACIONAL..............................................................................41
6 METODOLOGIA .................................................................................................43
7 RELATOS ...........................................................................................................47 7.1 Aulas teóricas com experimentos simples....................................... 47 7.2 A contribuição da Lâmpada de Arco ................................................. 51 7.3 Análises do questionário problema ................................................... 54
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS...............................................................................58 8.1 Outra possibilidade de aplicação da Lâmpada de arco.................. 58
REFERÊNCIAS .....................................................................................................60
PRODUTO EDUCACIONAL .................................................................................62
9
1 INTRODUÇÃO
A Física, como disciplina, tem um processo histórico na construção do
discurso científico, que se inicia na Grécia antiga. Em um primeiro momento,
na Antiguidade Clássica, com Aristóteles (384-322 a.C.), a Física era uma
ontologia, ou seja, buscava-se de forma qualitativa a essência das coisas.
“Aristóteles, seu grande precursor, tinha como objetivo principal a busca de
compreender o movimento” (REALLE; ANTISERI, 1990).
Na Idade Moderna, Galileu Galilei (1564-1642) a define como ciência
experimental e quantitativa. A partir de então, na prática, a preocupação não
é mais para com a essência das coisas, mas principalmente, com os
fenômenos físicos que descrevem a existência do mundo.
A partir de então, como disciplina científica, a Física se preocupou
com a experimentação, a investigação e, portanto, a codificação matemática
como forma de compreender e comunicar os fenômenos. Hoje, século XXI,
esta se torna disciplina nas Universidades e, também, no Ensino Médio.
Nas escolas e no Ensino Médio é possível perceber que, na prática
docente, inúmeros são os métodos e as didáticas que caracterizam o
processo de ensino e aprendizagem.
Atualmente, no auge de toda a tecnologia, é comum encontrar nos
textos destinados à crítica quanto à didática, na disciplina de Física, o
argumento de que o ensino de Física tem se ocupado quase que somente
em memorização de fórmulas e resolução de exercícios. “E,
consequentemente, tal situação acaba por ser um ensino alheio à ciência e à
tecnologia.” (SÉRGIO; ROBERTO, 2003; BORGES, 2002; MOREIRA, 2013).
Por outro lado, há também tentativas de mudanças. Segundo Borges
(2002, p. 293), “algumas medidas foram e continuam sendo implementadas,
como o aumento da carga horária obrigatória, introdução de novas
disciplinas, programa de avaliação de livros didáticos e mudanças na forma
de organização do trabalho escolar”. Todavia, estas tentativas ainda se
encontram na estrutura do sistema e, portanto, se apresentam distantes de
proporcionar resultados diferenciados quanto ao crescimento qualitativo.
10
Conforme Bruner (1969), para que o ensino e a aprendizagem
possam contribuir para com o estudante e a sociedade, primeiramente, é
necessário rever a didática para delimitar o conteúdo que se pretende
ensinar, verificar o tempo e quais os gastos com os recursos necessários e,
disponíveis ao conteúdo específico, a dinâmica a ser usada, o ambiente que
seja o mais propício ao ensino do conteúdo e, por parte do professor, ter
sempre claro que o momento presente é o mais importante, isto porque é em
consequência deste instante agora que tenderá a uma maior facilidade ou
dificuldade de aprendizagem no futuro, em um tema semelhante.
Buscando superar o ensino tradicional, os Parâmetros Curriculares
Nacionais (PCNs) refletem a situação defendendo que o ensino desta
disciplina não deve simplesmente ser uma apresentação ao estudante da
existência desta matéria escolar e obrigatória. Ao contrário, deve o docente,
segundo o PCN (2002, p. 61), encarar o ensino de Física consciente de
estar preparando o aluno para ser capaz:
de lidar com situações reais, como: crises de energia, problemas ambientais, manuais de aparelhos, concepções de universo, exames médicos, notícias de jornal, e assim por diante (PCN, 2002, p. 61).
Nesta perspectiva, o ensino de Física, ao mesmo tempo em que é
necessário é, também, um ideal e um desafio. E o desafio, em alguns
momentos, se torna difícil de ser superado em consequência da falta de
materiais didáticos disponíveis nas escolas públicas que possibilite, também,
a possibilidade e capacidade de abstração das teorias e fenômenos físicos.
Todavia, muitas coisas têm sido feitas com o intuito de minimizar
estes problemas. Entre estes, a criação de laboratório confeccionado com
materiais de baixo custo, por exemplo. A este respeito há muitas literaturas
que discutem e apresentam resultados em relação às pesquisas envolvendo
a organização de laboratórios. Os pesquisadores, Novikoff e Souza (2011),
da Universidade do Grande Rio, afirmam que iniciativas simples e de custos
insignificantes podem fazer uma diferença incalculável na prática do ensino
e, consequentemente, na aprendizagem. Na conclusão de um de seus
trabalhos, Novikoff e Souza (2011, p.14) afirmam que:
11
Laboratórios com materiais de baixo custo podem despertar o interesse e provocar mudanças na forma como os alunos se relacionam com o currículo em seu cotidiano. Em outras palavras, inovações podem ser associadas a orientações curriculares e pedagógicas capazes de provocar alterações no ensino de física durante o ano letivo, criando uma relação dialética entre as atividades formais e extraclasses (NOVIKOFF; SOUZA, 2011, p.14).
De acordo com o exposto, esta proposta implica a construção de uma
Lâmpada de Arco como produto educacional. O experimento apresenta
inúmeras possibilidades de ser utilizado para dinamizar, contextualizar e,
principalmente, revisar conceitos relacionados à eletrodinâmica.
A Lâmpada de Arco, construída com materiais de baixo custo, em
funcionamento, tornam explícitos conceitos, como: condutores, corrente
elétrica, resistência, resistividade, efeito joule, associação de resistores,
potência elétrica e proporciona discussão sobre poder das pontas, rigidez
dielétrica do ar e a formação de relâmpagos.
Como recurso didático, este experimento apresenta possibilidades de
contextualizar a teoria e em percepção à tecnologia pode contribuir com o
professor para a revisão de conceitos estudados de forma teórica. Além da
possibilidade didática, o mesmo é indiferente quanto aos valores financeiros
para sua confecção, podendo então contribuir com a possível solução no
que se refere à carência de laboratórios nas escolas públicas.
Acredita-se que para estas escolas e, principalmente do Ensino
Médio, não há uma necessidade obrigatória de que os laboratórios sejam
industrializados e de ultima geração quanto à tecnologia. Em um artigo
intitulado: “Escassez de laboratórios de ciências nas escolas brasileiras
limita interesse dos alunos pela física” de Fábio Castro (2017), publicado na
revista on-line: “Educação”, o autor defende que é necessário “desmistificar”
a necessidade de laboratórios de ultima geração para estudantes do Ensino
Médio, para ele, estes estudantes não são pesquisadores profissionais.
Consequentemente, para as situações expostas nesta proposta, no
capítulo 1 serão apresentados os objetivos geral e específico de tudo que
motiva a construção deste trabalho.
12
Todo este trabalho se encontra voltado ao ensino e a aprendizagem
de ciência. Para o ensino de ciência se entendeu ser necessária a
existência, por parte do professor, de uma compreensão cognitiva quanto à
possibilidade dos seus estudantes adquirirem conhecimento científico. E ao
mesmo tempo, orientações para que o docente construa um planejamento
capaz de estabelecer uma sequência de temas e contribuir para o
crescimento cognitivo dos discentes. Consequentemente, no capítulo 2 se
apresenta a fundamentação teórica.
O trabalho se orienta pela teoria da aprendizagem de Jerome Bruner
(1915-2016) para compreender, a partir de suas pesquisas, a dimensão
cognitiva, que possui o estudante. Muito contribuiu a defesa deste autor de
que “cada indivíduo tem e vivencia, sempre, de forma peculiar um
desenvolvimento intelectual e que um planejamento deve ser elaborado
segundo um currículo em espiral” (BRUNER, 1978).
No capítulo 3 são descritos os conceitos físicos passíveis de estarem
presentes na Lâmpada de Arco e também em linguagem e definições
matemáticas.
Uma das necessidades básica hoje, para o ensino de Física, é
encontrar meios didáticos e de baixo custo para a elaboração de aulas mais
dinâmicas, contextualizadas e com possibilidade de que por meio destas
possa ocorrer o ensino e a aprendizagem de ciência.
Em seguida, no capítulo 4 se procura descrever o produto
educacional, isto é, o que a lâmpada de arco tem a proporcionar frente à
carência de materiais didáticos e baixo custo.
Qualquer objetivo elaborado exige uma metodologia para sua
realização. O capítulo 5 se preocupa em descrever a metodologia utilizada
na aplicação do produto educacional.
Para finalizar, destaca-se a necessidade de descrever e relatar as
conclusões e como este produto educacional foi aplicado. Então, no capítulo
6 é descrito como o produto educacional foi aplicado, bem como os
resultados que este proporcionou e o quanto este foi aceito pelos
estudantes. Além disso, será verificado se foi capaz de contribuir para o
ensino de Ciências.
13
Por fim, a conclusão a que se chega será descrita no capítulo 7,
respondendo à questão como se fosse esta direcionada a um profissional, a
saber, “em outra oportunidade, aplicariam este produto educacional do
mesmo jeito e com o mesmo planejamento?”.
14
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
De acordo com a problemática exposta, o objetivo deste trabalho é
montar, com materiais de baixo custo, uma Lâmpada de Arco como
experimento prático capaz de proporcionar, de forma empírica, fenômenos
físicos relacionados aos vários conceitos da eletrodinâmica. E, em
consequência, disponibilizá-lo como recurso didático capaz de contribuir,
positivamente, para a revisão e a contextualização dos conceitos físicos,
proporcionando a possibilidade de dinamizar o ensino e a aprendizagem de
conteúdos referente à eletrodinâmica.
2.2 Objetivos específicos
Elaborar planos de aulas referentes à disciplina de eletrodinâmica
para o Ensino Médio;
Organizar um roteiro para a montagem da Lâmpada de Arco;
Produzir um questionário capaz de contribuir na problematização e na
contextualização dos conceitos da eletrodinâmica.
15
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Como referencial teórico, a pesquisa se orienta por alguns teóricos da
educação e muitos artigos já publicados, os quais apresentam experiências
e trabalhos referentes à didática e à aplicação de experimentos para
simulação de fenômenos físicos.
Entre os teóricos, o americano Jerome Bruner (1915-2016) foi o que
mais influenciou este trabalho. Assim, todo o planejamento e este trabalho
tiveram como base fundamental a ideia, segundo Bruner (1978, p. 31a) de
que “qualquer assunto pode ser ensinado com eficiência, de alguma forma
intelectualmente honesta, a qualquer criança, em qualquer estágio de
desenvolvimento”, porém respeitando sempre o momento de
desenvolvimento intelectual do estudante e sem nunca deixar esgotar todo o
conteúdo de uma só única vez, isto é, em uma só aula.
Assim, para Bruner (1978), o conhecimento é possível de
compreender e de respeitar, por parte do professor, o desenvolvimento
intelectual, verificando dentro deste a possibilidade do ato de aprender e, por
fim, aplicar a metodologia do currículo em espiral.
A possibilidade cognitiva, isto é, de adquirir o conhecimento, para
Bruner (1978), por parte do estudante, é sempre real e em qualquer idade,
entretanto, para isso, segundo ele, o professor deve estar preparado em
capacidade de conhecimento da disciplina e com recursos experimentais,
sempre disponível e capaz de contribuir “para que o aluno possa captar a
estrutura subjacente de um fenômeno” (BRUNER, 1978, p. 77). Nesta
perspectiva, uma teoria da aprendizagem, segundo Bruner (1969), deve
estar preocupada em compreender, primeiramente, o desenvolvimento
intelectual do indivíduo.
3.1 Diferenças cognitivas entre os indivíduos
Neste desenvolvimento, peculiar a cada pessoa, Bruner (1978)
diferencia três fases. A primeira ocorre quando a pessoa ainda é criança.
16
Nesta fase, a criança não consegue reunir conceitos e elaborar uma ideia a
respeito dos objetos. Assim, Bruner (1978, p. 32-33) afirma que:
a criança não é capaz de separar seus próprios objetivos dos meios para atingi-los e, quando precisa corrigir sua atividade, após tentativas malsucedidas de manipular a realidade, antes o faz pelas chamadas regras intuitivas, do que por operações simbólicas, sendo aqueles processos grosseiros de ensaio e erro, mais do que resultado do pensamento (BRUNER, 1978, p. 32-33).
Mesmo nesta fase, este autor defende ser possível que ocorra o
conhecimento de conceitos, porém não elaborados racionalmente ainda.
Nesta fase, sem a criança ter a possibilidade de compreender a elaboração
de uma ideia, o conhecimento ocorre mediante a experimentação, por
exemplo, da rigidez, da temperatura, da elasticidade, do peso, entre outros.
Estes são simples, mas pertencentes ao discurso de qualquer disciplina da
ciência e, principalmente, da Física.
Todavia, estes conceitos – rigidez, peso, forma entre outros - sem
dúvida, são triviais para um cientista adulto, porém não menos importantes.
Em consequência da idade, esta é uma forma de a criança iniciar o seu
entendimento em relação ao mundo físico e para ela não é algo trivial.
Outra fase de desenvolvimento ocorre por volta de dez anos de idade.
Neste instante, a criança tem outra percepção do mundo e já faz uso dos
conceitos anteriores. Neste momento, a criança olha, observa e se relaciona
com os objetos a sua frente, bem como sua forma de apreensão está em
uma fase mais avançada. Para Bruner (1969, p. 34): “a criança mais velha
começa a perceber que há uma relação fixa entre ambos e comumente diz
que é um ângulo reto”.
As mudanças de fases se constituem em um processo natural na
existência do indivíduo. Por volta de dez a quatorze anos de idade, segundo
Bruner (1969, p. 35):
a atividade intelectual parece basear-se antes numa capacidade para operar com proposições hipotéticas, do que em permanecer restrita ao que já experimentou, ou ao que tem diante de si. A criança pode, então, pensar a respeito de possíveis variáveis e, até mesmo, deduzir
17
relações potenciais que, mais tarde, podem ser verificadas pelo experimento ou pela observação (BRUNER, 1969, p. 35).
A forma de pensar da criança, nesta fase, mesmo com a pequena
idade, já demonstra uma estrutura lógica, abstrata e semelhante ao
pensamento científico. Segundo Bruner (1969), não se pode é exigir, para
este momento do desenvolvimento intelectual, que a criança explique
baseada em uma estrutura lógica e distante de suas abstrações.
O conhecimento, na visão de Bruner (1969), pode ser sempre
possível. Não se pode acreditar que não há conhecimento se questões
forem elaboradas em fases em que a pessoa, naturalmente, não se encontra
apta a respondê-las.
Questões possíveis de um cientista responder não devem ser
elaboradas para adolescentes. Ambos, cientista e adolescente, diferem
quanto à “maturidade” psicológica e experiências para com a ciência. Assim,
é importante respeitar a fase intelectual e o desenvolvimento do sujeito e,
utilizando de uma linguagem específica e de uma representação adequada,
que acompanhe sua fase de desenvolvimento, conceitos científicos podem
ser aprendidos de forma totalmente honesta.
Após compreender as fases cognitivas do indivíduo, Bruner (1978)
elabora então um estudo referente ao ato de aprender e a preocupação do
autor é entender como é possível, intelectualmente, para um estudante
aprender ciência.
3.2 A possibilidade de conhecimento
Para uma idade acima dos dez anos, Bruner (1978) verifica que o
aprender ciência ocorre, simultaneamente, em três processos, a saber,
aquisição, transformação e avaliação.
O primeiro processo é a aquisição, isto é, todo aprendizado exige,
naturalmente, que novas informações sejam absorvidas.
Para os dias de hoje, sabe-se que o indivíduo, no atual Ensino Médio,
já é possuidor de determinada compreensão e tem ideias próprias em
relação ao mundo e aos fenômenos físicos. Qualquer que seja o estudante,
18
com sua própria linguagem, consegue descrever determinados fenômenos,
mesmo que os termos e as proposições que utilizam não façam parte da
gramática científica, o que é totalmente natural.
Assim, para este indivíduo, já existe, às vezes, de forma ingênua e às
vezes não, um saber e uma compreensão em relação ao mundo fenomênico
que o envolve. O conceito de aquisição, na teoria da aprendizagem de
Bruner, implica que o estudante passará por um processo de reafirmar seus
conceitos e linguagem se a que possui satisfaz e é coerente com a
gramática científica. Caso contrário, ele irá reformular a linguagem e, pode
também ocorrer que tornará necessário destruir os conceitos peculiares que
possui, para com as novas informações adquiridas, reconstruir as
interpretações e construir uma nova linguagem capaz de descrever,
cientificamente, os fenômenos.
Sempre e simultaneamente ocorre, também, a transformação. Nas
palavras de Bruner (1978, p. 45a), este conceito se refere “ao processo de
manipular o conhecimento de modo a adaptá-lo a novas tarefas”. Este
processo ocorre com o estudante em um momento em que ele necessita de
analisar as novas informações, reorganizá-las e ir além destas.
Por último, o ato de aprender envolve a avaliação crítica. Todo este
processo de ensino deve, constantemente, estar sendo avaliado. Segundo
Bruner (1978, p. 45), é necessário e fundamental “verificar se o modo pelo
qual manipulamos a informação é adequada” para a apreensão do
estudante. Mesmo que seja adequada a alguns, é preciso que não se venha
a iludir, ou seja, não se pode esquecer que cada indivíduo tem e vivencia um
processo de desenvolvimento intelectual e particular. Torna-se necessário
adequar o processo de avaliação crítica para contribuir com o processo de
aprendizagem.
O conhecimento é, então, consequência deste processo diário,
cotidiano e simultâneo de aquisição, de transformação e de avaliação crítica.
Sobre este assunto, Manoel (2011, p.12), em um trabalho sobre Bruner,
afirma que:
O aprendiz filtra e transforma a nova informação, infere hipóteses e toma decisões, utilizando uma estrutura
19
cognitiva. Essa estrutura cognitiva – esquemas e modelos mentais – fornece significado e organização para as novas experiências, permitindo ao aprendiz enriquecer seu conhecimento além do conceito estudado, através do relacionamento das novas informações com seus conhecimentos prévios (MANOEL, 2011, p.12).
De acordo com o exposto, para que ocorra um conhecimento
científico, esta particularidade de cada indivíduo dever ser levada em conta
por quem pretende ensinar. No pensamento de Bruner, o saber científico
pode ocorrer para qualquer idade, desde que seja compreensível o seu
desenvolvimento do estudante (BRUNER, 1978).
3.3 Metodologia: currículo em espiral
O currículo em espiral corresponde a um método. É de
responsabilidade de a escola verificar a utilidade deste. Um conceito
científico e totalmente elaborado não deve ser aplicado a qualquer momento.
Observando o exposto acima, primeiramente, deve compreender o
desenvolvimento do estudante e a cada fase ensinar os conceitos, de forma
honesta e que sejam capazes de ser apreendidos.
Bruner (1978, p.48) afirma que “um currículo deverá,
consequentemente, ser constituído em torno dos grandes temas, princípios e
valores que uma sociedade considera merecedores da preocupação
contínua de seus membros”.
Aqui os termos “princípios e valores” não são considerados apenas na
dimensão ética, moral, sociológica, histórica ou filosófica, mas
principalmente, como sendo um trabalho de Física, nos referimos sobre os
conceitos de importância fundamental da eletrodinâmica para a sociedade
moderna de hoje e do futuro.
O importante no processo de aprendizagem, de forma metodológica,
é planejar dentro de uma perspectiva de currículo em espiral, ou seja, a
construção continuada sobre prévias anteriormente estudadas. Todavia,
estas prévias devem ser ideias básicas e, em geral, dentro de um tema
específico de ciência (BRUNER, 1978).
20
A forma do currículo espiral, em relação à ciência, Bruner (1978, p.
49) conclui dizendo que:
Considera-se crucial a compreensão de número, medida ou probabilidade na busca da ciência, então a instrução nesses assuntos deverá ser iniciada tão cedo e da maneira intelectualmente mais honesta possível e consistentemente com as formas de pensar da criança, deixando que os tópicos sejam desenvolvidos várias vezes em graus posteriores (BRUNER, 1978, p. 49).
3.4 Professor e estudante no processo de ensino e aprendizagem
A possibilidade de aprendizado em ciência, por parte do aluno,
necessita também de uma reflexão no que se refere à relação entre o
professor e estudante. A cada um cabe uma responsabilidade. O professor é
o que ensina, o mediador que deve proporcionar ao estudante a
possibilidades das descobertas. Segundo Brait et al (2010), muitas vezes, o
professor deve, também, ultrapassar esta dimensão de docente, organizar e
proporcionar uma estrutura ao aprendizado e, consequentemente, ajudar o
estudante a apreender.
As reflexões referentes à didática e à postura do professor já existem
há algumas décadas. Para que esta relação seja positiva, quanto ao
conhecimento e à aprendizagem se torna necessário, por parte do professor,
ter a sua disposição uma teoria da aprendizagem e uma boa relação pessoal
com os estudantes. O professor, para os tempos atuais, defende Libâneo
(1991, p. 250), deve ser aquele que “não apenas transmite uma informação
ou faz perguntas, mas também ouve os alunos”.
De forma mais enérgica e apaixonante, Paulo Freire (2011, p. 58) diz
que:
O professor que desrespeita a curiosidade do educando, o seu gosto estético, a sua inquietude, a sua linguagem, mais precisamente, a sua sintaxe e a sua prosódia; o professor que ironiza o aluno, que o minimiza, que manda que “ele se ponha em seu lugar” ao mais tênue sinal de sua rebeldia legitima, tanto quanto o professor que se exime do cumprimento de seu dever de propor limites à liberdade do aluno, que se furta ao dever de ensinar, de estar respeitosamente presente à experiência formadora do
21
educando, transgride os princípios fundamentalmente éticos de nossa existência (FREIRE, 2001, p. 58).
3.5 O que o professor precisa saber na teoria da aprendizagem
de Bruner
Na atual perspectiva, o professor é o responsável a se colocar entre o
conhecimento e o aluno que o busca conhecer. Sua função é promover
representações, na teoria da aprendizagem de Bruner (1969), capaz de
proporcionar a possibilidade de o estudante refletir e ampliar o seu saber,
porém sem esgotá-lo no momento.
Para que a transmissão de informações seja a mais positiva possível,
esta necessita, segundo Bruner (1969), que o professor seja possuidor de
“uma teoria do ensino”, e que sua relação com o estudante não fique tão
somente na relação de amigos, mas que o professor tenha a sua disposição
uma teoria que o oriente capacitando-o a desenvolver a prática do ensino e
aprendizagem, sem nunca deixar se esquecer de que o seu aprendiz
sempre está em um estado de desenvolvimento intelectual.
Dentro do que propõe Bruner (1969) se faz aqui quatro observações
das quais o professor deve sempre usufruir para atuar como docente e na
função de mediador do conhecimento.
A primeira observação se refere ao professor que deve sempre ter
uma atitude de despertar no estudante a vontade de aprender. Quem ensina
tem a responsabilidade de motivar, de despertar sempre a vontade de
conhecer, de compreender e de investigar, consequentemente, achar
respostas frente às questões problemas (BRUNER, 1978).
Acerca da segunda, Bruner (1969, p. 57) afirma que o professor deve:
“especificar como deve ser estruturado um conjunto de conhecimentos, para
melhor ser apreendido pelo estudante”.
Nesta perspectiva, qualquer domínio de conhecimento pode ser
caracterizado em até, compreendendo a habilidade do aluno, três maneiras.
Estas são a forma de representação, a economia e a potência efetiva.
Na representação, Bruner (1969) apresenta três maneiras diferentes:
representação ativa que em “ações apropriadas” propõe um resultado
22
idealizado. Por representação icônica, ou seja, mediante imagens que
representam conceitos. E, por último, segundo Bruner (1969), em
representações simbólicas, quando o professor organiza proposições, as
quais devem corresponder a uma sequência lógica capaz de conduzir a uma
proposição referente a uma determinada matéria.
Na economia, segundo o pensamento de Bruner (1969), deve o
professor se preocupar em resumir o conteúdo de forma a ser mais fácil de
ser lembrado, porém sem que este caia em um ato de “decoreba” e que nem
perca, neste resumo, os detalhes do conceito científico que o envolve.
Cada estudante, em sua particularidade, tem capacidade de
compreender proposições distintas e com grande e rica criatividade. Deve
então o professor, na potência efetiva, verificar esta característica em
determinado estudante e, então, estruturá-la para que o mesmo amplie seu
conhecimento frente a esta sua possibilidade natural.
Em terceiro momento, deverá o professor apresentar uma sequência
de matérias a serem estudadas, de tal forma que esta possa, por meio de
um princípio lógico, seja capaz de preencher cada vez mais as lacunas que
naturalmente surgem em um processo de conhecimento, proporcionando a
possibilidade de maior entendimento e compreensão por parte do estudante.
Nas palavras de Bruner (1969, p. 65), deve se ter claro que:
Há sequências diferentes que se mostram de facilidade ou dificuldade equivalentes para os alunos, e não há uma sequência única para todos, dependendo o índice ótimo, em um caso particular, de todo um conjunto de fatores, como o cabedal de informações, o estágio de desenvolvimento, a natureza da matéria e as diferenças individuais (BRUNER, 1969, p. 65).
Assim, é preciso atenção por parte do professor quanto às
peculiaridades de cada estudante. Uma sequência que pode se apresentar
fácil para um, nem sempre tem a mesma facilidade para outro, cada
indivíduo é um ser único e particular.
Por último, o professor deve estar preocupado com o aspecto que se
relaciona com a correção e reforço, referente ao conteúdo estudado e de tal
forma que a correção possa ser sempre motivadora. “A aprendizagem”, nas
23
palavras de Bruner (1969, p. 67): “depende do conhecimento de resultados,
no momento e no local em que ele pode ser utilizado para correção”.
O ato da correção só tem a contribuir com o crescimento na
aprendizagem. Entretanto, deve o professor tomar cuidado. Bruner alerta
(1969, p. 70) dizendo que:
Qualquer regime de correção arrisca a tornar o aluno permanentemente dependente da correção do professor; a este cabe corrigir de maneira a tornar futuramente possível ao aluno assumir, ele próprio, a função corretiva (BRUNER, 1969, p.70).
O fundamental é que nesta relação, professor-aluno, não se
desenvolva nenhuma relação de dependência.
O processo de crescimento do aluno é consequência de sua prática
de estudos, de curiosidade e de investigação. Entretanto, este crescimento
depende da presença do professor como mediador, motivador e sempre
presente, contribuindo em uma estruturação da matéria, simplificação e
ajuda na correção.
Portanto, o professor que deseja contribuir para o crescimento de
conhecimento do estudante não pode simplesmente ensinar. Precisa
compreender o processo pessoal e intelectual do mesmo e ser portador de
uma teoria da aprendizagem para acompanhar o estudante em uma atitude
de mediador em todo o processo.
Por fim, o ensino e a aprendizagem podem ser verificados
observando o desenvolvimento potencial do estudante dentro da sociedade
e da comunidade escolar. Para Lefrançois (2016, p. 4): “a aprendizagem
envolve não somente mudanças na disposição, mas também na capacidade,
isto é, mudanças nas habilidades ou no conhecimento necessário para fazer
alguma coisa”.
24
4 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DA LÂMPADA DE ARCO
Viveu na Inglaterra um dos mais famosos químicos de todos os
tempos, Sr. Humphry Davy (1778-1829), cientista dedicado, que era filho de
carpinteiro e bem jovem começou a trabalhar como ajudante de
farmacêutico. Foi neste trabalho que teve despertada a curiosidade química.
Aos dezenove anos teve acesso à biblioteca de um amigo político e
engenheiro. Sozinho, estudou os livros e aos vinte anos já era supervisor
químico no Clifton Pneumatic Institution. Nesta instituição realizavam
pesquisas com gás e tinham o objetivo de trabalhar com terapias contra a
tuberculose.
Davy organizou um laboratório itinerante e, em uma de suas viagens,
na Itália, conheceu Alessandro Volta (1745-1827) e se admirou da invenção
de Volta, isto é, a pilha elétrica. Então, continuou a trabalhar utilizando as
pilhas para o processo da eletrólise e conseguiu isolar o sódio, potássio,
magnésio, cálcio, estrôncio, bário e boro (LOPES, 2014).
Em 1802, Davy, fazendo demonstrações científicas, realizou uma
experiência que mudou a história. Nas palavras de Welikson (2012, p.3):
Ele tornou Incandescente um fio de platina através da passagem de corrente elétrica. A plateia que assistiu ao experimento ficou admirada, mas Davy foi além e, seis anos mais tarde, conseguiu uma intensa emissão de luz reunindo barras de carvão e pilhas e passando corrente elétrica de um eletrodo para outro. O fenômeno seria chamado de ‘Arco voltaico’, o que serviu de base, anos mais tarde, para a iluminação da praça Cleveland, nos Estados Unidos (WELIKSON, 2012, p.3).
A contribuição de Davy para o desenvolvimento da iluminação elétrica
foi incalculável. O arco voltaico, em consequência da intensa luminosidade,
ficou conhecido como a primeira lâmpada elétrica e, então, Lâmpada de
Arco voltaico. Entretanto, com o passar do tempo foram melhorando este
experimento até chegar às lâmpadas que existem hoje.
A Lâmpada de Arco voltaico não é mais industrializada e nem é
viável. Todavia, esta tem muito a contribuir como material didático. É
25
possível construí-la com materiais de baixo custo e, como afirma Souza, et
al, (2011):
Com essa experiência podemos trabalhar vários conteúdos relacionados a eletricidade como, por exemplo, o ‘poder das pontas’, ‘o efeito Joule’, ‘Circuitos elétricos’ e ‘Temperatura’ e permite discutir com o público o princípio de funcionamento dos Para-raios, a função do fio Terra e também como ocorrem os raios (SOUZA et al, 2011).
Consequentemente, no Apêndice B, apresentam-se os materiais,
todos de baixo custo, necessário para a construção de uma Lâmpada de
Arco, seu funcionamento e alguns dos conceitos físicos que a envolve.
4.1 Carga elétrica
O conceito de carga elétrica, de forma didática, não se encontra na
eletrodinâmica, mas é fundamental que no estudo desta disciplina o conceito
já se encontre definido. Aqui se apresenta este, primeiramente, apenas
como meio didático para então poder trabalhar os outros como um processo
sequencial.
Para qualquer reflexão em eletricidade, o conceito de carga já é algo
subjacente. Assim, a carga elétrica é uma propriedade fundamental presente
nas partículas elementares, que formam a matéria (Reitz et al 1982).
Os efeitos da carga elétrica, força de atração e de repulsão, foram
percebidos já na Grécia Antiga. Atribui-se o ato de atritar “o âmbar, resina
sólida fossilizada das árvores” (GASPAR, 2000, p. 9), com pele de animais a
Tales de Mileto (624-546 a.C.). Os efeitos da carga foram definidos,
primeiramente, como fluido vítreo e fluido resinoso pelo químico francês
Charles Dufay (1698-1739).
Foi somente por volta do ano de 1750 que o americano Benjamin
Franklin (1706-1790), segundo Gaspar (2000, p. 12):
26
Propôs a teoria do fluido único. Segundo essa teoria todo corpo teria uma quantidade ‘normal’ desse fluido. Se um corpo fosse atritado com outro, parte desse fluido passava de um para o outro: o que adquirisse com falta estaria carregado negativamente. Franklin foi o primeiro a usar as palavras positivo e negativo na eletricidade (GASPAR, 2000, p.12).
Todavia, foi somente no século XIX que ficou definitivamente
concluído o conceito de carga elétrica positiva e negativa. Em nível atômico,
as cargas elétricas estão presentes em prótons e elétrons. Estas diferem no
sinal, mas em módulo apresentam o mesmo valor. O próton possui uma
carga elementar 𝑒 = +1,6021892𝑥10−19𝐶, o elétron, partícula também
elementar da matéria, tem carga 𝑒 = −1,6021892𝑥10−19𝐶. A unidade de
medida é o C de Coulomb, em homenagem ao físico francês, Charles
Augustin Coulomb (1736-1806)(MACHADO, 2000).
Certos corpos podem apresentar excesso de partículas elementares
positivas, prótons ou excesso de partículas elementares negativas, elétrons.
Em razão disso se verifica que a quantização da carga, em um objeto, é
sempre um número inteiro da carga elementar referente ao excesso ou falta
de elétrons. Portanto, define-se o módulo da quantização de carga como
sendo:
𝑄 = 𝑛. |𝑒| (1)
Na equação 1, Q se refere à carga quantizada, n o número de
partículas em excesso ou falta, tendo como referência os elétrons. E, por
fim, 𝑎 carga elementar, 𝑒.
4.2 Condutores e dielétricos
Um contemporâneo de Charles François du Fay, Stephen Gray,
descobriu em 1729 que as cargas elétricas podiam ser transmitidas através
de diferentes materiais, que foram chamados de condutores, ao passo que
tendiam a permanecer retidas em outros, chamados de isolantes. O âmbar,
27
o quartzo, o vidro, a água destilada, os gases em condições normais (em
particular o ar seco), a borracha e a maioria dos plásticos são bons
isolantes. Os metais, a água contendo ácidos, bases ou sais em solução, o
corpo humano e a terra são bons condutores (NUSSENZVEIG, 1997).
Quanto ao comportamento eletrostático, os materiais podem ser
divididos em duas categorias: condutores de eletricidade e isolantes
(dielétricos). Os condutores são substâncias, como os metais, quem contêm
um grande número de portadores de cargas essencialmente livres. Esses
portadores de cargas (elétrons, na maioria dos casos) estão livres para
vaguear por todo o material condutor; respondem a campos elétricos quase
infinitesimais e continuam a se mover enquanto estão sob a ação de um
campo. Tais portadores conduzirão a corrente elétrica quando um campo
elétrico estacionário for mantido no condutor por uma fonte externa de
energia (REITZ et al 1982)
Dielétricos são substâncias em que todas as partículas carregadas
estão, ao contrário, ligadas fortemente às moléculas constituintes. As
partículas carregadas podem mudar ligeiramente suas posições em resposta
a um campo elétrico, porém não se afastam da vizinhança de suas
moléculas (REITZ et al 1982).
Certos materiais (semicondutores, eletrólitos) têm propriedades
elétricas intermediárias entre as dos condutores e as dos dielétricos. No que
diz respeito ao seu comportamento num campo elétrico estático, estes
materiais comportam-se como condutores (REITZ et al 1982).
4.3 Corrente elétrica
Corrente elétrica corresponde a um conceito referente a um fenômeno
físico de extrema importância para a eletrodinâmica, para o funcionamento
de qualquer eletrodoméstico e, também, para a Lâmpada de Arco. Por mais
que produza um efeito real e físico, sua percepção é totalmente intuitiva.
Este termo, corrente elétrica, nas palavras de Gaspar (2000, p. 107)
corresponde a uma:
28
Expressão relacionada à antiga concepção de que a eletricidade seria um fluido e, como tal, poderia ser canalizada por condutores, encanamentos hipotéticos desse fluido elétrico. Assim como há água corrente, deveria haver também eletricidade corrente ou correntes elétricas (GASPAR, 2000, p.17).
A analogia é compatível em relação ao conceito e ao fenômeno.
Todavia, em metais, como o cobre, a corrente elétrica é consequência do
movimento dos elétrons, que se encontram na camada de valência dos
átomos, (figura 1). Em eletrólito se percebe que o movimento, responsável
pela corrente elétrica, ocorre com íons positivos e negativos, (figura 2).
O movimento dos portadores de carga ocorre em função da ação de
um campo elétrico externo às partículas (Reitz et al 1982). O movimento de
carga por meio da eletrização por atrito foi, inicialmente, percebido pelo
físico francês Charles François du Fay (698-1739). Nos Estados Unidos, o
físico e político Benjamin Franklin (1706-1790), por meio de suas
experiências, acreditava que era a carga positiva, que imaginava como um
fluido, aquela que se transferia de um corpo ao outro no instante da
eletrização (MOYSÉS, 1997). Em consequência das experiências do físico
Diagrama esquemático do movimento de elétrons de condução em um metal.
Corrente produzida pelo movimento de ambos os portadores de carga, positiva e negativa.
Figura 1. Fonte: Reitz et al. Figura 2. Fonte: Reitz et al.
29
francês se convencionou que a corrente elétrica é o movimento de partículas
positivas.
Esta convenção não altera a forma de raciocinar, mas possibilita
afirmar que a corrente elétrica está sempre no mesmo sentido do campo
elétrico responsável por promover o movimento dos portadores de carga.
4.4 O poder das pontas
O arco elétrico surge entre os eletrodos, além da corrente elétrica,
que circula por este é, também, consequência da forma geométrica que se
encontram os carvões. Na lâmpada de arco, uma das extremidades de cada
carvão é pontiaguda e, segundo a posição frontal, em que estes se
encontram no experimento, acabam por permitir a ocorrência do fenômeno
conhecido como poder das pontas.
A eletrostática demonstra que qualquer carga elétrica, positiva ou
negativa, gera em torno de si um campo elétrico e que as cargas, em
consequência da força eletrostática, naturalmente, sempre se posicionam na
superfície de um condutor.
Se o condutor é esférico, as cargas se distribuem de forma
homogênea na superfície, mas se o mesmo não for totalmente esférico e,
por qualquer motivo, apresentar regiões mais pontiagudas, fisicamente,
nestas pontas se aglomera e se concentra uma maior quantidade de cargas
elétricas. Em consequência da concentração destas cargas, o campo
elétrico, assim como também o potencial elétrico se torna muito intenso na
vizinhança destas pontas.
Em determinadas circunstâncias, o ar é mau condutor de eletricidade.
Porém, a rigidez dielétrica é vencida no instante em que o campo elétrico
nas pontas dos eletrodos, na lâmpada de arco, ultrapassa o limite do
isolamento elétrico que para o ar é da ordem de 3x106 V/m.
Por fim, a luminosidade que surge entre os eletrodos de carvão
ocorre, nas palavras de Nussenzveig (1997, p. 70), quando:
30
O campo intenso no ar perto de uma ponta atrai íons de carga oposta e repele os de mesmo sinal; a aceleração que adquirem pode ser suficiente para produzir outros íons por colisão, desencadeando um processo de avalanche, que tende a descarregar o condutor; pode produzir luminosidade ou até faíscas (NUSSENZVEIG, 1997, p. 70).
4.5 Intensidade da corrente elétrica
Entende-se que a corrente está sempre em movimento de um
potencial maior para outro menor. Para os metais se pode, então, definir
corrente elétrica como sendo a razão da quantidade de carga elétrica, que
atravessa uma área de seção transversal do fio por unidade de tempo:
𝑖 = 𝑑𝑄
𝑑𝑡 (2)
a resolução desta corresponde a:
𝑄 = ∫ 𝑖. 𝑑𝑡 (3)
Esta pode ser escrita:
𝑖 = ∆𝑄
∆𝑡 (4)
No sistema internacional de medidas, a unidade de corrente é o A de
Ampère, em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère (1775-
1836).
1𝐴 ≡1𝐶
1𝑠
4.6 Primeira Lei de Ohm
Viveu na Alemanha o físico e matemático Georg Simon Ohm (1789-
1854).
Em 1827, por meios experimentais, Ohm verificou que aplicando uma
diferença de potencial, às extremidades de uma barra metálica, em
temperatura constante, a tensão era proporcional à corrente elétrica que
circulava pelo condutor.
31
Por meio das mesmas experiências, este físico concluiu que variando
a tensão ocorria, consequentemente, uma variação também na corrente
elétrica. Todavia, a razão entre a tensão e a corrente era constante.
𝑉1
𝑖1=
𝑉2
𝑖2=
𝑉3
𝑖3= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
A essa constante, Ohm chamou de resistência elétrica R e sua expressão
determina a primeira Lei de Ohm, equação (5), em que sua unidade de
medida é o ômega Ω, chamado de Ohm em homenagem ao cientista.
𝑅 =∆𝑉
𝑖 (5)
O conceito de resistência elétrica, definido também por Sears e
Zemansky (2008): “consiste na indicação de uma proporcionalidade direta
de V (tensão) com 𝑖 (corrente elétrica)”.
4.7 Compreendendo microscopicamente a Lei de Ohm
A densidade de corrente 𝐽 corresponde a um importante conceito da
eletrodinâmica. Não é possível fazer observações empíricas deste, mas sua
definição é importante para uma interpretação microscópica dos fenômenos
corrente elétrica e resistência elétrica.
Seja a densidade de corrente igual a 𝐽, isto é, a razão entre a variação
da corrente elétrica, ou seja, movimento ordenado dos elétrons pela área de
secção transversal do fio condutor.
𝑗 = 𝑑𝑖
𝑑𝐴 (6)
equivale que: ∫ 𝑑𝑖 = ∫ 𝑗. 𝑑𝐴
sua resolução resulta: 𝑖 = 𝑗. 𝐴 (7)
Compreende-se que a densidade de corrente é um vetor, que tem a
mesma direção e sentido da velocidade dos portadores de carga em um
32
ponto qualquer de uma área transversal do condutor. Sua unidade de
medida é o Ampères por metro quadrado, ou seja, A/m².
Considere para uma possível dedução microscópica, na figura 3, que
as partículas carregadas são todas iguais e se movem com velocidade 𝑣 𝑝𝑜𝑟
um cilindro que corresponde a um tamanho idealizado de um fio condutor
(MOYSÉS, 1997).
Usa-se a variável N para representar o número de partículas por
unidade de volume presente no cilindro da figura 3. Pela figura é possível
concluir que o elemento de volume (𝑉𝑣𝑜𝑙) do cilindro em grandezas físicas é:
𝑉𝑣𝑜𝑙 = 𝑑𝐴. . 𝑑𝑡 (8)
A carga total 𝑑𝑄 que atravessa o volume cilíndrico é:
𝑑𝑄 = 𝑁. 𝑉𝑣𝑜𝑙 (9)
Substituindo a equação 8 na equação 9, e multiplicando pelo módulo
da carga elementar |𝑒|, encontra-se 𝑑𝑄, a carga presente em um intervalo
de tempo, segundo uma intuição microscópica.
𝑑𝑄 = [𝑁. 𝑑𝐴. 𝑣. 𝑑𝑡]. |𝑒| (10)
Relacionando a primitiva da equação 2 e 10 se pode encontrar a
corrente elétrica, que atravessa a área de seção transversal do fio condutor.
𝑑𝑖 =𝑑𝑄
𝑑𝑡 = [𝑁. 𝑑𝐴. 𝑣]. |𝑒| (11)
Por fim, a densidade de corrente pode ser encontrada relacionando,
por último, as equações 6 e equação 11.
Cilindro de carga
Figura 3. Fonte: Moyses Nussenzveig
33
𝑗 = 𝑁. . |𝑒| (12)
A equação 12 apresenta dados intuitivos e microscópicos com N, o
número de partículas por unidade de volume, a carga elementar e a
velocidade de arrasto dos portadores de carga.
4.8 Resistividade
Todo material condutor, por natureza, apresenta determinada
possibilidade de locomoção dos elétrons livres. Esta possibilidade positiva
de locomoção dos portadores de carga é definida como condutividade
(MOYSÉS,1997) e (REITZ, 1982). Isto é:
𝛿 = 𝐽
𝐸 (13)
As partículas, em sua maioria elétrons, que transportam a carga se
movem em consequência do campo elétrico, todavia, o movimento se
diferencia para cada material condutor específico.
O termo condutor designa o material – os metais – que apresenta
condições para que exista, sobre este uma corrente elétrica, ou seja,
movimento dos elétrons. Todavia, entre tantos condutores metálicos, cada
um apresenta, de forma peculiar, certa resistência para a passagem dos
elétrons. Em consequência desta resistência, cada material é classificado a
partir de um conceito definido como resistividade.
Na eletrodinâmica e, principalmente na lâmpada de arco, o conceito
de resistividade pode ser analisado e refletido de forma intuitiva. A
resistividade é uma propriedade do material e esta é igual ao módulo do
campo elétrico e inversamente proporcional ao módulo da densidade de
carga. A resistividade é o inverso da condutividade e será representada
pela letra grega 𝜌.
𝜌 = 𝐸
𝐽 (14)
34
O componente resistor se encontra presente em praticamente todo
aparelho eletroeletrônico. Todo material condutor, de certa forma, é um
resistor. Compreendendo a corrente elétrica, como sendo movimento de
partículas portadoras de carga, não se pode considerar, literalmente, resistor
como um instrumento que tem a única função de resistir à passagem destes
elétrons.
Considerando um metal condutor e homogêneo, com temperatura
constante, pelo qual internamente existe um campo elétrico uniforme de
módulo 𝐸, sabe-se, pela eletrostática, que a diferença de potencial ∆𝑉, para
um determinado comprimento 𝑑𝑙 deste condutor é:
∆𝑉 = ∫ . 𝑑𝑙 (15)
A resolução da equação 13 oferece:
∆𝑉 = 𝐸. 𝑙 (16)
Relacionando as equações 5, 14 com a equação 16 se tem a equação
(17):
𝜌 =∆𝑉
𝑙.
𝐴
𝑖 (17)
A equação 17 apresenta grandezas físicas, como ∆𝑉 (diferença de
potencial), 𝑖 (Corrente elétrica), e grandezas geométricas, por exemplo,
área de secção transversal 𝐴, comprimento linear 𝑙 e a resistividade 𝜌 que é
a característica do material.
Organizando a equação 17 se encontra a resistência elétrica definida
a partir da característica do material, isto é, a resistividade de suas
grandezas geométricas, em que 𝑙 é o comprimento do condutor e A a área
transversal do mesmo condutor. Assim se encontra a equação (18) que é
reconhecida como a segunda Lei de Ohm
𝑅 = 𝜌.𝑙
𝐴 (18)
A partir da equação 18 é possível isolar a resistividade e, então,
definir sua unidade de medida no sistema internacional, como sendo: Ω. 𝑚.
35
E, por fim, trabalhando as equações 17 e 18 se retorna à equação 5,
isto é, a razão entre a diferença de potencial pela corrente elétrica,
apresentada inicialmente como sendo a primeira Lei de Ohm em
características macroscópica.
𝑅 = ∆𝑉
𝑖 (5)
4.9 Potência e potência dissipada
Considerando o resistor como sendo um fio condutor de tamanho
limitado, facilita uma possibilidade de descrever o efeito joule, ou seja, a
potência dissipada e, também, calcular sua intensidade.
É uma consequência inerente à dissipação de calor pelos resistores,
entretanto, Gaspar (2000, p. 117) diz que: “os resistores não são
componentes destinados unicamente à geração de calor; pelo contrário, o
calor neles gerado é um complicador, pois altera o seu valor nominal e pode
prejudicar outros componentes próximos”.
Aparelhos, na tecnologia moderna, foram pensados como forma de
aproveitar a energia elétrica transformada em calor, conhecido como efeito
joule. Alguns destes aparelhos correspondem ao chuveiro elétrico, à
torradeira, ao secador de cabelos, ao ferro de passar roupas, por exemplo.
A Lâmpada de Arco possibilita a visualização do efeito Joule, na
resistência de chuveiro e nos eletrodos de carvão. Ambos variam a
temperatura de forma significativa.
A energia elétrica presente no resistor é o trabalho realizado pelo
campo elétrico na condução dos portadores de carga. A eletrostática
apresenta que o trabalho 𝑑𝑊 é equivalente ao produto entre 𝑑𝑄, a carga em
movimento e a diferença de potencial 𝑑𝑉, presente nas extremidades do
resistor.
𝑑𝑊 = 𝑑𝑄. 𝑑𝑉 (19)
A potência dissipada, em forma de calor, descrevendo o efeito joule,
pode ser encontrada associando as equações 2, 5 com a equação 19, isto é,
36
𝑖 = 𝑑𝑄
𝑑𝑡 e 𝑅 =
𝑑𝑉
𝑖 , associada à equação 𝑑𝑊 = 𝑑𝑄. 𝑑𝑉 que possibilita
descrever, matematicamente, a potência 𝑃 dissipada no resistor:
𝑃 = 𝑑𝑊
𝑑𝑡= 𝑅. 𝑖² (20)
No sistema internacional de unidade se tem que a potência é o W
(Watt), o que corresponde, a partir da equação 20:
1𝐽
1𝑠≡ 1𝑊.
4.10 Associação de resistores em série e em paralelo
Outro conceito presente na eletrodinâmica na ementa do Ensino
Médio, em todo o cotidiano e, também, na Lâmpada de Arco é a associação
de resistores.
É comum utilizar de associação mista de resistores em aparelhos
eletrônicos, residências, e na iluminação pública. Todavia, não existe, a
priori, uma associação ideal. Cada circunstância exige uma associação
peculiar. No experimento aplicando a Lâmpada de Arco há um circuito
simples com uma resistência de chuveiro ligada em série com os eletrodos
de carvão.
Aqui se faz a demonstração, separadamente, da corrente equivalente
𝑖𝑒𝑞, da tensão equivalente 𝑉𝑒𝑞, e da resistência equivalente 𝑅𝑒𝑞 para um
circuito de dois resistores em série e um em paralelo.
4.11 Associação em série
A figura 4 apresenta um circuito ligado em série com dois resistores
𝑅1 e 𝑅2, percorridos pela corrente elétrica 𝑖, proveniente de uma fonte de
tensão ∆𝑉.
A figura deixa claro que a corrente equivalente que sai da fonte ∆𝑉 é a
mesma que percorre os resistores 𝑅1 e 𝑅2. No circuito, a tensão da fonte ∆𝑉
37
é distribuída em ∆𝑉1 e ∆𝑉2. Assim se têm duas equações capazes de
descrever a corrente equivalente e a tensão equivalente.
𝑖𝑒𝑞 = 𝑖1 = 𝑖2 = 𝑖 (21)
∆𝑉𝑒𝑞 = ∆𝑉1 + ∆𝑉2 (22)
Para encontrar a resistência equivalente do circuito em série se
torna necessário utilizar a primeira Lei de Ohm, isto é, equação 5, para os
resistores e também a fonte e, então, substituir na equação 22.
Resistor 1
𝑅1 =𝑉∆1
𝑖1 (23)
Resistor 2
𝑅2 =∆𝑉2
𝑖2 (24)
Para o circuito se tem
𝑅𝑒𝑞 =∆𝑉𝑒𝑞
𝑖𝑒𝑞 (25)
Diagrama de circuito mostrando os dois resistores associados em série a uma
bateria.
Figura 4. Fonte: Serway e Jr.
38
Isolando a tensão nas equações 23, 24 e 25 e, substituindo na
equação 25, tem-se:
𝑅𝑒𝑞 . 𝑖𝑒𝑞 = 𝑅1 . 𝑖1 + 𝑅2 . 𝑖2
considerando a equação 21:
𝑖𝑒𝑞 = 𝑖1 = 𝑖2 = 𝑖
Encontra-se que a resistência equivalente, em um circuito associado
em série a equação (26):
𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 (26)
Se o circuito tivesse n resistores, todos ligados em série, a resistência
equivalente seria a somatória algébrica de todos:
𝑅𝑒𝑞 = ∑ 𝑅𝑛𝑛=∞𝑛=1 (27)
4.12 Associação em paralelo
Na figura 6 se têm dois resistores ligados em paralelo entre si e
também em paralelo com a fonte de tensão, ∆𝑉.
Diagrama de circuito mostrando a resistência equivalente dos resistores em série.
Figura 5. Fonte: Serway e Jr.
39
A figura 6 apresenta a corrente equivalente saindo da fonte e no nó 𝑎
dividindo-se em 𝑖1 e 𝑖2. O modelo expresso na figura acima permite afirmar
a corrente equivalente do sistema como a somatória de 𝑖1 e 𝑖2, na equação
(28):
𝑖𝑒𝑞 = 𝑖1 + 𝑖2 (28)
É possível perceber também que, para essa associação em paralelo,
a tensão da fonte ∆𝑉 é a mesma que alimenta cada um dos resistores e,
portanto, tem-se:
∆𝑉𝑒𝑞 = ∆𝑉1 = ∆𝑉2 = ∆𝑉 (29)
Utilizando, novamente, a primeira Lei de Ohm, equação 5 para os
resistores 1 e 2, agora na figura 6, reencontram-se as equações 23 e 24, isto
é:
Resistor 1
𝑅1 =∆𝑉1
𝑖1 (23)
Resistor 2
𝑅2 =∆𝑉2
𝑖2 (24)
Isola-se na equação 25 a corrente, 𝑖𝑒𝑞 , e nas equações (23) e (24) as
correntes 𝑖1 e 𝑖2. E substituindo estas na equação 28 se encontra:
Diagrama de circuito mostrando os dois resistores associados em paralelo a uma bateria.
Figura 6. Fonte: Serway e Jr.
40
∆𝑉𝑒𝑞
𝑅𝑒𝑞=
∆𝑉1
𝑅1+
∆𝑉2
𝑅2 (30)
Utilizando da equação 29:
∆𝑉𝑒𝑞 = ∆𝑉1 = ∆𝑉2 = ∆𝑉.
Encontra-se, por fim, a equação que permite calcular a intensidade da
resistência equivalente para um circuito que apresenta resistores em
paralelo.
1
𝑅𝑒𝑞=
1
𝑅1+
1
𝑅2 (31)
41
5 PRODUTO EDUCACIONAL
A Lâmpada de Arco é um experimento simples, fácil de confeccionar e
apresenta, em seu funcionamento, inúmeros conceitos referentes à
eletrodinâmica. É possível ser construída utilizando materiais descartáveis e
não ter gasto financeiro. Estes materiais e o roteiro para montagem se
encontram no apêndice B.
Todavia, a Lâmpada de Arco é um experimento que, em
funcionamento, necessita de cuidados. A resistência de chuveiro dissipa alta
energia e eleva, rapidamente, a temperatura da água. A luz, em
consequência da tensão nos eletrodos, tem alta intensidade e a proteção
dos olhos com óculos escuros se torna necessária.
Como recurso didático, a Lâmpada de Arco apresenta inúmeras
possibilidades de uma aula dinâmica e contextualizada. Planejando uma
aula em que os estudantes possam observá-la se torna possível rever e
discutir os conceitos mais fundamentais da eletrodinâmica, como: corrente
elétrica, resistor, resistividade, circuitos, associação de resistores, efeito
joule, diferença de potencial e rigidez dielétrica do ar.
A partir do planejamento do professor é possível utilizá-la para uma
reflexão em relação, também, à história da ciência. A Lâmpada de Arco na
figura 7, abaixo, surgiu com Humphry Davy (1778-1829), após visitar, na
Itália, Alessandro Volta (1745-1827), que foi o inventor das pilhas elétricas.
Lâmpada de arco inventado por Humphry Davy em 1802, na Inglaterra.
Figura 7. Fonte: ttp://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/crono/lamp_arc.html
42
Na história da humanidade, tanto para a sociedade quanto para a
tecnologia e a ciência, a Lâmpada de Arco foi algo revolucionário. Sua
criação é a junção de conceitos já elaborados e a descoberta de outros.
Imediatamente, ela foi utilizada na iluminação pública e em usinas de
carvão.
Hoje, frente a uma tecnologia mais avançada ela não é viável, mas
apresenta grandes possibilidades de contribuir, de forma positiva, no
processo de ensino e aprendizagem. Na figura 8 se observa a lâmpada que
foi projetada com materiais de baixo custo com todas as possibilidades de
reproduzir a mesma luz e apresentar aos estudantes inúmeros fenômenos,
os quais podem ser verificados frente à teoria do eletromagnetismo e os
conceitos.
Lâmpada de arco confeccionada com matérias de baixo custo: Canos de pvc, fios condutores, garras de jacaré, terminais botinha, resistência de chuveiro, plataforma MDF, água e vasilhame de vidro.
Figura 8. Fonte: Próprio autor.
43
6 METODOLOGIA
A aplicação do produto foi inserida em um planejamento, que se
realizou no segundo bimestre do ano de 2017, com início no dia 7 de abril e
encerramento no dia 30 de junho do mesmo ano. O calendário, a partir da
secretaria da Escola Estadual Dona Eva (Cidade de Diorama – GO), contava
com duas aulas de Física semanais. A partir desta situação se tinha à
disposição um total de 20 aulas para todo o bimestre e das quais 16 aulas
estavam destinadas ao trabalho da eletrodinâmica, incluindo os dias
disponíveis para aplicação de avaliação de aprendizagem.
Todo o trabalho foi destinado, exclusivamente, ao terceiro ano do
Ensino Médio, no turno vespertino. Esta turma contava em um total de
dezoito estudantes, sendo que destes, quinze alunos sempre estudaram na
própria escola.
Desejava-se ensinar, dentro da eletrodinâmica, os conteúdos:
Corrente elétrica.
Condutores.
Resistores.
Potência elétrica.
Associação de Resistores.
Gerador.
A partir de então, a metodologia correspondeu a um planejamento em
que se contemplavam os planos de aulas como roteiro, estes se encontram
disponíveis no apêndice A, que previam, inicialmente, trabalhar a parte
teórica, isto é, demonstração de conceitos, com a utilização de lousa (quadro
negro), giz, demonstração experimental, atividades de pesquisas e listas de
exercícios.
As aulas sempre começavam com questões motivadoras e
descrevendo fenômenos e, ao mesmo tempo, buscando motivar por meio da
descrição de fatos do dia a dia. A intenção era motivar os alunos a falarem
44
para então compreender o que eles pensavam e que representação tinham
de termos, como: resistor, resistividade, corrente elétrica, circuitos e outros.
Já na primeira aula foram delimitados os temas para que eles
realizassem pesquisas na internet durante a semana. A intenção se
concentrou em fazê-los pesquisadores e, consequentemente, confrontar as
representações que os mesmo possuíam, a partir do senso comum, para
outra, agora mais científica.
As demonstrações experimentais foram consideradas simples por
fazer parte, naquele momento, de uma demonstração empírica referente ao
conceito abordado. Esta não tinha o objetivo de revisar conceitos e muito
menos de finalizar a discussão, mas principalmente, de dinamizar as aulas e
propor uma maneira a mais de apresentar o assunto estudado e, também,
de prepará-los para, ao final do curso, rever estes conceitos em outro nível
de discussão. Esta prática corresponde ao que Bruner (1978, p. 48) fala
sobre “currículo em espiral”.
No momento em que foram definidos como aulas teóricas e
demonstração dos conceitos, os experimentos, presentes no apêndice C,
utilizados não gozavam de grandes elaborações, como podem ser
observados em dois destes, nas figuras 9 e 10, abaixo.
Montagem de circuito simples para verificação da interação entre corrente elétrica e campo magnético.
Montagem de circuito simples para
verificação do efeito Joule.
Figura 9. Fonte: Próprio autor. Figura 10. Fonte: Próprio autor.
45
A utilização das demonstrações fazia parte, também, de uma prática
motivacional, a qual procurava despertar a curiosidade e, proporcionar, ao
mesmo tempo, o envolvimento dos alunos em uma diferente forma de
aprender.
A programação e a utilização destes experimentos simples
correspondiam ao alerta de Bruner (1978, p. 31), que diz que “qualquer
assunto pode ser ensinado com eficiência, de alguma forma intelectualmente
honesta, a qualquer criança, em qualquer estágio de desenvolvimento desde
que respeite o momento intelectual do estudante”. Assim, estes
experimentos buscavam propiciar para aqueles estudantes, em
particularidade intelectual, em não ter compreendido o conceito apenas por
meio da demonstração no quadro.
Todo este planejamento se realizou de forma metodológica e
sequencial conduzindo os alunos para uma compreensão de conceitos
individualizados, mas que no todo completa a eletrodinâmica e constitui a
tecnologia eletroeletrônica moderna.
Nesta perspectiva de compreender que o desenvolvimento intelectual
é particular para cada estudante, relembra Bruner (1978), que defende que
“para que ocorra conhecimento e aprendizagem é de fundamental
importância estar voltando, sempre, em diferentes níveis de reflexão, aos
mesmos temas e assuntos”. Assim, o produto educacional – Lâmpada de
Arco - foi utilizado nas últimas aulas do bimestre, por volta da segunda
semana de junho de 2017, como recurso didático para a revisão dos
conceitos e contextualização da eletrodinâmica como disciplina científica e
base da tecnologia moderna.
Abaixo se apresenta um quadro, de forma resumida, com os temas
abordados em cada plano de aula. Os objetivos destinados a cada aula e,
também, o número de aulas necessário para a execução do plano.
46
TEMA OBJETIVO QUANTIDADE
DE AULAS
Corrente Elétrica Compreender: - O conceito e a descrição da corrente elétrica. - Causa e o sentido do movimento da corrente elétrica. - Contextualizar no cotidiano os seus fenômenos.
2 aulas
Condutores e Isolantes - Diferenciar materiais condutores e isolantes.
1 aula
Resistencia Elétrica - Construir o conceito cientifico referente ao termo Resistencia; - Compreender a funcionalidade do resistor em diferentes circunstancia. - Conhecer a forma geométrica e diferenciar os materiais que constituem cada resistor.
2 aulas
Associação de
Resistores
- Conhecer e compreender os tipos de associação de resistores; - Comprovar, experimentalmente, as propriedades envolvidas na associação de resistores.
2 aulas
Potência Elétrica - Compreender o conceito de potencia como dissipação de energia; - Realizar leituras nominais em aparelhos; - Interpretar a contas e “talão” de energia elétrica.
1 aula
Gerador Elétrico - Compreender o conceito de gerador elétrico em termos científicos; - Descrever o conceito de f.e.m. (Força eletromotriz); - Diferenciar f.e.m. de tensão; - Definir as causas da dissipação de energia; - Deduzir a equação do gerador; - Diferenciar resistor interno e resistor externo.
2 aulas
47
7 RELATOS
7.1 Aulas teóricas com experimentos simples
A turma para a qual foi aplicado o produto educacional, quatro ou
cinco alunos demonstravam muita timidez e estes pouco se expressavam
durante as primeiras aulas. Entre os dezoito, quinze estudantes sempre
estudaram no Colégio, ou seja, eram alunos desde o primeiro ano do Ensino
Médio. A grande maioria apresentava dificuldades quanto à resolução de
exercícios, quando necessitavam de domínio básico em matemática e
alguns em quase nada diferenciavam a Física de Matemática. Outros
demonstravam empatia para com a Física, simplesmente, por esta
necessitar de cálculos para resultados quantitativos.
No início, quando foi apresentada a proposta e se frisou que se
pretendia estudar Física de forma mais dinâmica e com a utilização de
experimentos houve, por quase unanimidade, a expressão de entusiasmo.
No entanto, a ideia foi acolhida por eles e os mesmos demonstraram alegria
e esperança no que, para eles, parecia algo muito diferente.
Quando foram iniciadas as aulas, os estudantes já possuíam os
conhecimentos referentes aos modelos atômicos e o conceito de próton,
elétron, carga elementar, Lei de Coulomb, Campo Elétrico e Trabalho
referente a uma força elétrica.
Quando se buscou saber o nível de conhecimento que eles possuíam,
tentando estabelecer um diálogo, pronunciavam-se os conceitos
relacionados acima e alguns respondiam até mesmo em tom de brincadeira.
Houve quem questionou: “para que serve isso?”
Seguiu-se o planejamento e todas as aulas ocorreram a partir dos
planos (roteiros), que foram elaborados para cada aula. Em nenhum
momento se deixou a preocupação com a particularidade de cada estudante,
conforme alerta Bruner (1978), em relação ao desenvolvimento intelectual e
particular.
No início, todos os estudantes demonstravam timidez. Entretanto, a
partir das dinâmicas iniciais, como motivação para as aulas, principalmente,
48
na apresentação do tema em que os alunos eram sempre provocados a
responderem perguntas com objetivo de fazê-los expressar e participar das
conversas era possível perceber que alguns iam interagindo. Três ou quatro,
desde o início, declararam que não gostavam de falar. Eram sérios e sempre
estavam um tanto distantes da turma.
Com o passar do tempo e o decorrer das aulas, percebeu-se que
diminuía a timidez e três estudantes começaram a se destacar na
participação e, cada dia aumentava mais a participação, mas ainda bem
reservada dos outros mais tímidos, mas perceptíveis participações. Outros
quatro ou cinco já se pronunciavam sem timidez e não demonstravam tanto
medo de falar.
As primeiras aulas foram quase que decisivas para cativá-los. Nestas,
no momento de motivação, foi estabelecido um paralelo entre a linguagem
cotidiana e a científica. Quando se confrontava o saber que possuíam, isto
é, as representações que eles utilizavam perante os mesmos termos, que na
gramática da Física ficava muito claro que a compreensão que possuíam
estava distante da gramática científica. Alguns demonstravam até ficar
envergonhados com o próprio entendimento. Um estudante sempre dizia:
“meu pai me ensinou que era isso”.
Nas primeiras aulas em que se trabalhou o conceito de corrente
elétrica, ao resolver os exercícios exemplos, um estudante, após entender o
significado das palavras, afirmou: “as coisas agora parecem ter mais sentido
e parece, também, mais fácil de fazer as contas”. Esta afirmação convenceu
de que o planejamento, ainda no início, estava no caminho certo.
Nas aulas teóricas, os experimentos simples que foram utilizados
sempre foram aceitos como algo muito diferente. Notou-se que estas aulas
eram vivenciadas, por quase todos, com intenso entusiasmo. Após serem
descritos certos conceitos, a partir da linguagem científica, foram utilizados
os simples experimentos para demonstração. A atenção e a participação
eram significativas.
49
No experimento que demonstra o efeito magnético provocado pela
corrente, figura 7, registram-se expressões como: “é certo que alguma coisa
percorre o fio e também alguma coisa mexe com o “ponteiro” da bússola”.
No experimento, o qual demonstrava e efeito químico, inúmeras questões
surgiram em relação a que tipos de materiais podem “transportar os
elétrons” e os motivos pelos quais outros não transportam.
Aula teórica e demonstração de circuitos simples, paralelo e em série.
Aula teórica com demonstração de resistores.
Figura 11. Fonte: Sabrina Nunes.
Figura 12. Fonte: Sabrina Nunes.
50
Gradualmente, as aulas se tornavam mais participativas. Alguns se
envolveram, outros ainda se mantinham indiferentes. Verificou-se que os
mais participativos conversavam sobre os fenômenos que percebiam e
relacionavam as palavras e termos apresentado a eles nas aulas teóricas.
Era sempre comum que alguns discutissem fazendo uso de palavras com as
quais demonstravam uma maior clareza e capacidade de diferenciação
coloquial em relação ao uso científico. Outros, apenas falavam buscando
risos e serem jocosos, três estudantes quase nunca diziam nada.
A cada encontro, a participação era mais significativa para uma
compreensão da Física como disciplina científica. Era perceptível, para
alguns estudantes, o interesse, o crescimento e a curiosidade pela disciplina.
Na avaliação, quanto à participação e à resolução das atividades
propostas, verificou-se que realizavam as atividades propostas, isto é, as
pesquisas na internet e, alguns discutiam o que achavam interessante.
No decorrer das aulas foi possível verificar que estava ocorrendo
crescimento positivo quanto à compreensão da Física como disciplina
científica em superação ao pensamento de que a Física seria uma matéria
“chata” de se estudar. Nos diálogos era possível ouvir afirmações, como: “o
diferente professor é que está tendo mais sentido. Antes eu fazia contas sem
saber o porquê (risos)”.
A timidez era algo que não mais se percebia de forma tão forte. Nos
discursos e diálogos surgiam, de forma individual, palavras e frases com
certa clareza que até então não eram pronunciadas. Aumentavam,
constantemente, os comentários sobre fenômenos físicos e tecnologias que
assistiam nos filmes e na internet. Dos dezoitos estudantes, dezesseis
traziam os exercícios sempre resolvidos de casa.
Na aplicação desta nova proposta e metodologia se percebeu que os
resultados se apresentavam na aceitação positiva e, em consequência, esta
contribuía para uma compreensão da linguagem física de forma científica e
também de seus conceitos.
Observou-se o crescimento da forma cotidiana por meio da
participação das aulas e, também, a partir dos testes e provas que eram
aplicados no decorrer deste bimestre, especificamente, sobre o conteúdo de
eletrodinâmica.
51
7.2 A contribuição da Lâmpada de Arco
A partir do planejamento, a Lâmpada de Arco, como experimento,
deveria ser aplicada por último e esta seria utilizada para revisão e
contextualização dos conceitos da eletrodinâmica – corrente elétrica,
condutor, resistência elétrica, resistividade, associação de resistores,
gerador – que foram trabalhados, de forma teórica e, separadamente, uns
dos outros.
O dia 13 de junho de 2017 foi o dia escolhido para aplicação do último
experimento, a Lâmpada de Arco. Primeiramente, foi distribuído o
questionário, buscando problematizar e rever os temas e conceitos até então
trabalhados. Na sequência se explicou que ao ligar o interruptor uma forte
luz iria surgir nas pontas dos carvões. Exigiu-se, para proteção, a utilização
dos óculos escuros.
Os alunos foram lembrados de que os conceitos estudados seriam
possíveis de serem visualizados no experimento, em um único contexto:
“necessita atenção e muita observação no funcionamento da lâmpada de
arco”.
Todos estavam ansiosos e isso já era esperado. O experimento foi
retirado de uma caixa e os fios conectados na resistência de chuveiro na
presença de todos, sob uma mesa localizada no meio da sala de aula.
Todos assistiam e observavam a montagem. Havia conversa entre eles e
perguntas sobre a montagem do circuito, quanto à associação em paralelo e
ou em série.
Consequentemente, os carvões que formavam os eletrodos foram
conectados aos suportes e a resistência de chuveiro nos fios condutores.
Acrescentou-se a água ao vasilhame, mergulhou-se a resistência e, em
poucos minutos, o experimento estava pronto.
52
Quase todos estavam focados, eram observadores. Por fim, foram
distribuídos os óculos para proteção e, então, o experimento foi ligado.
As extremidades dos carvões foram aproximadas e acionado o
interruptor. Uma intensa luz se espalhou pela sala. Todos observavam com
Montagem da Lâmpada de Arco.
Aplicação do produto, Lâmpada de Arco.
Figura 13. Fonte: Próprio autor.
Figura 14. Fonte: Sabrina Nunes.
53
extrema curiosidade. Enquanto a luz brilhava, o professor afastou poucos
milímetros as extremidades dos eletrodos (carvões) e, em consequência da
intensidade da luz, não foi possível perceber a formação do arco voltaico.
Após 20 segundos, desligou-se o interruptor. Os carvões estavam distantes
e com cor avermelhada.
Os alunos foram convidados a se levantarem para que se
aproximassem do experimento e ao estarem próximo do mesmo foi
perguntado se era possível verificar, naquele fenômeno, tudo o que havia
sido estudado em relação aos conceitos de corrente elétrica, condutor,
resistência elétrica, circuito, gerador, potência e efeito joule. O estudante que
sempre se destacava respondeu de imediato: “estou vendo tudo, menos os
elétrons” e sorriu.
Aqueles que não tinham o hábito de falar permaneceram em silêncio
e todos ficaram atentos. Um estudante, muito próximo do experimento,
descreveu o caminho da corrente elétrica desde a tomada, passando pela
resistência elétrica, pelos eletrodos de carvões e retornando a outra
extremidade do fio.
Observou-se que outros estudantes acompanhavam sua descrição.
Houve entre eles muitas observações e questionamentos. No momento, não
fazia parte da programação apresentar respostas e nem conclusões que
viessem a interferir em suas respostas.
Em consequência, foram feitas anotações de suas falas: “É possível
saber a que temperatura os carvões atingiram?” “Seria possível a resistência
de o chuveiro ficar vermelha mesmo fora da água?” “Muito interessante, os
fios condutores em nada aqueceram.” Tais questionamentos demonstram o
interesse pela discussão referente ao problema proposto.
Em relação à primeira questão não se estava preparado para medir a
temperatura dos eletrodos de carvão, não se imaginou esta questão.
Entretanto, discutiu-se que era sim possível ser medida, apenas não havia
sido preparado para fazer a medição.
Quanto à resistência de chuveiro, retirou-se da água, estabelecendo
um circuito específico para a resistência, distante de todos, foi ligado o
interruptor e verificou-se em poucos segundos essa se avermelhar e
quebrar.
54
E explanou-se um diálogo em relação ao conceito de resistência em
função da resistividade, do comprimento e da área e a intensidade da
corrente elétrica. Esse diálogo tinha a intensão de refletir estes como fatos a
determinarem a diferença de temperatura entre a resistência do chuveiro e o
fio de cobre.
Ao final da apresentação e discussão, os alunos responderam um
questionário, presente no apêndice D, com perguntas pertinentes aos
tópicos estudados.
7.3 Análises do questionário problema
A Lâmpada de Arco foi o último experimento a ser aplicado. Este
planejamento seguia a orientação teórica de Bruner, no que diz respeito ao
currículo em espiral, principalmente. Após as aulas teóricas e alguns
experimentos, não muito elaborados, se esperava retornar aos mesmos
agora de forma prática, em uma experiência que reunia, de uma só vez,
todos os conceitos em um objeto que, de forma simples, reproduz um
aparelho eletroeletrônico como, por exemplo, a instalação pública ou mesmo
uma instalação residencial.
Um questionário, anexado no apêndice D, foi aplicado ao fim,
inicialmente, com o objetivo apenas de problematizar e provocá-los a
observação e a retomada dos conceitos, agora, em outra circunstância e
situação.
Abaixo não se apresenta uma análise quantitativa, mas se comentam
as respostas encontradas para cada uma das questões.
O questionário problema foi lido antes da demonstração da Lâmpada
de Arco, ao final foi entregue aos estudantes para que respondessem as
questões, após suas observações. Algumas respostas foram curtas e muito
simples. Na primeira questão, onze estudantes achavam ser impossível não
existir a corrente elétrica no circuito, uma vez que percebiam a presença da
luz. A maioria das respostas foi simples e uma dizia perceber a corrente
elétrica “porque surge uma luz entre os carvões”.
55
Duas respostas foram mais elaboradas, um estudante disse:
“Percebo porque provoca aquecimento na resistência de chuveiro, nos
carvões e provoca luz também”, a outra diz: “Percebo, pois a água aquece, e
os carvões ficam vermelhos e provocam luz”. Dois estudantes tentaram
elaborar suas respostas falando de prótons, elétrons e condutores, por fim,
ficaram completamente sem sentido. Três estudantes nada responderam
para a primeira questão.
Para a segunda questão, dezesseis estudantes começaram a
responder dizendo “sim”. As justificativas diferenciaram, mas a maioria disse
que percebia em função da luz, que surgia mesmo os carvões estando
distantes um do outro. A resposta mais bem elaborada dizia: “sim existe
campo elétrico. É possível intuir a partir do momento em que vimos que
existe uma distância entre as pontas dos carvões por onde produzia a luz.
Compreendo que ali ocorre um aumento do campo elétrico e, então, a
superação da rigidez do ar”. Enquanto este estudante demonstrava
relembrar o conceito de campo elétrico, o mesmo interligava os conceitos
em outro nível de discussão e de forma mais completa. Dos três que não
responderam a primeira, dois deixaram esta em branco.
Onze estudantes responderam a terceira questão, que se referia a
qual dentre o cobre, o carvão e a resistência de chuveiro é o melhor
condutor, dizendo que o melhor condutor é o fio de cobre. A conclusão foi
em consequência da experiência empírica. Quase todos que deram esta
resposta justificaram que era certo pelo fato de que o fio de cobre do circuito
não sofria aquecimento.
Três estudantes demonstraram confusão em relação ao conceito de
resistência. Estes afirmaram ser o carvão, em consequência da luz que
produzia, e também da variação de temperatura. Outros quatro disseram
que acreditavam ser a resistência de chuveiro, uma vez que essa conseguia
variar a temperatura da água ao estado de ebulição de forma muito rápida.
A quarta questão questiona quem, possivelmente, tem maior
resistividade no experimento entre os carvões, fio de cobre e a resistência
de chuveiro. Doze estudantes responderam ser o carvão. Dentre estes,
apenas um justificou dizendo: “O carvão, pois ele tem a capacidade de
56
aguentar uma temperatura muito elevada sem se quebrar, o que também
pode ser em consequência do seu tamanho e sua espessura”.
Dois não responderam a esta questão. Os restantes, quatro
estudantes, responderam ser a resistência de chuveiro. Nenhum deles
justificou a resposta.
Perguntou-se na quinta questão se poderia usar outro tipo de
resistência no lugar dos eletrodos de carvão. Houve treze respostas
afirmativas. Um justificou dizendo que “pode ser qualquer um, penso eu,
basta que seja de ponta e tenha a mesma resistividade do carvão”. Sua
resposta demonstrou bom raciocínio e grande capacidade de assimilação
das aulas teóricas. Outro ainda disse que: “Pode! Desde que outro material
tenha a mesma resistividade”. Dois não responderam. Três estudantes
responderam: “não sei”.
Na sexta questão, dezesseis estudantes responderam simplesmente,
“Em série”, referente ao questionamento quanto ao circuito, em série ou em
paralelo. Dois estudantes não responderam.
Na sétima e ultima questão, cinco deixaram em branco. Sete
responderam: “não sei”. Quatro responderam justificando que faltavam
dados para que fosse possível uma resposta adequada. Dois disseram que
“a questão não apresenta nenhum valor que possa ser calculado”.
Retomando a questão se verifica que de fato essa estava mal elaborada.
Não foi feita nenhuma afirmação quantitativa em relação à resistência,
corrente elétrica, potência da resistência de chuveiro e nem do carvão.
Portanto, compreende-se que a resposta “não sei” era adequada para a
questão.
Não somente por esta análise, mas desde o início das atividades foi
possível perceber que o processo se apresentava como algo diferente, mas
não foi o suficiente para poder se iludir ao ponto de se acreditar que este
trabalho fosse o ideal. Em conversas mais próximas com estudantes, que
quase nunca falavam para o grupo, estes confessaram que continuavam a
não gostar de Física. Mesmo entendendo um pouco mais acerca da
disciplina.
Por fim, o experimento se demonstrou positivo quanto ao material
didático disponível para aulas mais dinâmicas, contextualizadas e, também,
57
quanto à questão financeira, uma vez que os gastos para a montagem dos
experimentos não apresentaram valores significativos, o custo total foi
inferior a cinquenta reais.
A discussão sobre o funcionamento da Lâmpada de Arco possibilita
ao professor, em todo o momento, falar de assuntos já trabalhados, porém
com outro nível de reflexão.
O produto educacional – Lâmpada de arco: mediador para a revisão
de conceitos relacionados à eletrodinâmica - contribuiu para uma maior e
diferente compreensão de determinados conceitos físicos, agora mais
científicos, contextualizados, cotidianos e tecnológicos.
58
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O experimento “Lâmpada de Arco” é um produto educacional que, em
sua elaboração, buscou preencher determinadas carências e urgências.
Entre tantas é possível citar, por exemplo, em relação às questões
didáticas, a necessidade de laboratórios, de materiais para a elaboração de
aulas mais dinâmicas, contextualizadas, investigativas e com demonstrações
empíricas e tecnológicas.
A aplicação do produto educacional teve êxito pelo fato de que desde
o início este foi incluído em um planejamento. Logo, em todo o momento,
este planejamento determinou um caminho a ser seguido durante todo o
curso e sem deixar de se esquecer de temas e assuntos necessários.
As aulas se tornaram mais dinâmicas e alguns dos estudantes, os
mais desinibidos, foram crescendo em participação. Entretanto três
estudantes não apresentaram nenhuma mudança quanto a superação da
timidez. Mesmo assim a dinâmica contribuiu para que certos assuntos
fossem percebidos como conceitos, que se interligavam uns com os outros
em uma sequência lógica e necessária.
Os experimentos simples, utilizados para cada aula, contribuíram para
que o aprendizado fosse inédito no sentido de que todos, professor e
estudantes, saíssem da tradicional aula de resolução de exercícios, apenas.
Estes foram também importantes, por terem proporcionado uma maior
dinâmica no que se refere ao estudante que saiu de sua carteira, observou
um fenômeno e, então, discutiu fatos que eles relembravam em
consequência da visualização empírica do experimento ocorrido nas aulas
teóricas.
8.1 Outra possibilidade de aplicação da Lâmpada de arco
Todo o planejamento poposto contemplou as aulas teóricas, sendo
essas um tanto preocupadas em relação à certo perigo quanto a corrente
elétrica. O experimento maior, a Lâmpada de Arco, foi confeccionado pelo
pesquisador e os estudantes atuaram apenas como observadores.
59
Outra possibilidade de aplicação pode envolver a criatividade do
professor. Todavia, como orientação se percebe que outro professor pode
atuar somente como mediador do conhecimento e da pesquisa, como fala
Bruner, isto é, é possível dividir em grupos uma turma e orientá-los para
cada um montar sua própria Lâmpada de Arco no decorrer do bimestre.
Um planejamento pode ser organizado orientando cada grupo a levar
para as aulas teóricas material de pesquisa sobre os temas e os assuntos e,
ao mesmo tempo, o objeto necessário para a construção de uma Lâmpada
de Arco. Esses objetos, de baixo custo, são simples de serem encontrados
sendo exposto um modelo no apêndice B.
Por esta metodologia, cada estudante deixaria de ser apenas
espectador, mas na prática seria também pesquisador e construtor mediado
por um professor.
Ao final, poderia o professor cobrar uma apresentação em
característica de avaliação apenas entre ele e a turma e, também, programar
uma apresentação à comunidade.
60
REFERÊNCIAS
ARAÚJO, M. S. T; ABIB, M. L. V. S. Atividades experimentais no ensino de física: diferentes enfoques, diferentes finalidades. Revista Brasileira do Ensino de Física, Vol. 25, no 2, junho 2003. BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências. Cad. Brás. Ens. Fís., v. 19, n.3: p.291-313, dez. 2002. BRAIT, L. F. R et al. A relação professor/aluno no processo de ensino aprendizagem. Revista Eletrônica Curso de Pedagogia – Itinerarius Reflectionis, Jataí-GO, UFG, 2010. BRASIL. Ministério da Educação (MEC), Secretaria de Educação Média e Tecnológica (Semtec). PCN + Ensino médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais – Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC/Semtec, 2002. BRUNER, J. S. Uma nova teoria da aprendizagem. Rio de Janeiro, Bloch Editores S. A. 1969. __________. O processo da educação. 7 ed. São Paulo, ed. Nacional, 1978(a). __________. Uma nova teoria da aprendizagem. Trad. Norah Levy Ribeiro, Ed. Edições Bloch, Rio de Janeiro, 1969. CASTRO, F. Escassez de laboratórios de ciências nas escolas brasileiras limita interesse dos alunos pela física. Disponível em: http://www.revistaeducacao.com.br/escassez-de-laboratorios-de-ciencias-nas-escolas-brasileiras-limita-interesse-dos-alunos-pela-fisica/. Acesso em: 30 out. 2018. CREF. Disponível em: https://www.if.ufrgs.br/novocref/?contact-pergunta=qual-e-o-metal-usado-para-resistencia-de-chuveiros-ebulidor-secador-de-cabelo. Acesso em: 07 out. 2018. GASPAR, A. Física, Eletromagnetismo e Física Moderna. São Paulo; Editora Ática, 2000. KUBO, O. M; BOTOMÉ, S, P. Ensino-aprendizagem: uma interação entre dois processos comportamentais. Disponível em: https://revistas.ufpr.br/psicologia/article/view/3321. Acesso em: 29 set. 2018. LEFRANÇOIS, G. R. Teorias da aprendizagem, o que o professor disse. 6ª edição, São Paulo; Cengage Learning, 2016.
61
LOPES, M. D. Humphry Davy. Ele é o químico! 2014. Disponível em: http://parquedaciencia.blogspot.com/2014/03/humphry-davy-ele-e-o-quimico.html Acesso em: 04 out. 2018. MACHADO, K. D. Teoria do Eletromagnetismo. Ponta Grossa. Ed. UEPG, 2000. MOREIRA, M. A. Grandes desafios para o ensino na Física contemporânea. XI Conferencia Interamericana sobre Enseñanza de la Física, Guayaquil, Equador, 2013. NOVIKOFF, C; SOUZA, L. E. S; DIAS, A. M. M. Laboratório de aprendizagem de Física: resultados de uma experiência pedagógica sustentável. Física na escola, v. 2, n. 2, 2011. NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica. Vol.: 3. Editora: Edgard Blucher. São Paulo, 2002. REALLE, G.; ANTISERI, M. História da filosofia: antiguidade e idade média. São Paulo, PAULUS, 1990. (Coleção Filosofia). REITZ, J. R.; MILFORD, F, J. CHRISTY, R, W. Fundamentos da Teoria Eletromagnética. Trad. Renê Balduino. Rio de Janeiro. Elsvier, 1982. SEARS; ZEMANSKY. Física III: Eletromagnetismo. Trad. Sonia Midori Yamamoto, São Paulo, 12 ed. São Paulo: Pearson, 2008. SÉRGIO, C.; BOBERTO, N. Prática de ensino de Física: marcas de referenciais teóricos no discurso de licenciados. IV Encontro nacional de pesquisa em educação em ciências (ENPEC) Bauru, SP, 2003. SERWAY, R. A; JUNIOR, J, J. Princípios de Física, Eletromagnetismo. Tradução Keli Seidel. São Paulo. Cengage Leartnin, 2014.
TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para Cientistas e Engenheiros:
eletricidade e magnetismo. vol. 2. Tradução de Naira Maria Balzaretti. 6. ed.
Rio de Janeiro: LTC, 2015.
WELIKSON, Camila. Humphry Davy. Disponível em: http://web.ccead.puc-
rio.br/condigital/mvsl/linha%20tempo/Humphry_Davy/pdf_LT/LT_humphry_d
avy.pdf. Acesso em: 22 nov. 2018.
62
PRODUTO EDUCACIONAL
PRODUTO EDUCACIONAL
A LÂMPADA DE ARCO: MEDIADOR PARA A
REVISÃO DE CONCEITOS RELACIONADOS À
ELETRODINÂMICA
SUMÁRIO
1.0 – APRESENTAÇÃO .................................................................................... 2
2.0 – APÊNDICE A ............................................................................................. 3
PLANOS DE ENSINO ..................................................................................... 3 CORRENTE ELÉTRICA ................................................................................. 4 CONDUTORES E ISOLANTES ..................................................................... 7 RESISTÊNCIA ELÉTRICA ........................................................................... 10
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES ............................................................... 13 POTÊNCIA ELÉTRICA ................................................................................. 17 GERADOR ELÉTRICO ................................................................................. 20 LÂMPADA DE ARCO .................................................................................... 23
3.0 – APÊNDICE B ........................................................................................... 26 ROTEIRO PARA A LÂMPADA DE ARCO ................................................... 27
4.0 – APÊNDICE C ........................................................................................... 34 ATIVIDADE EXPERIMENTAL I .................................................................... 35 ATIVIDADE EXPERIMENTAL II ................................................................... 36 ATIVIDADE EXPERIMENTAL III .................................................................. 37 ATIVIDADE EXPERIMENTAL IV ................................................................. 38 ATIVIDADE EXPERIMENTAL V .................................................................. 39 ATIVIDADE EXPERIMENTAL VI ................................................................. 40 ATIVIDADE EXPERIMENTAL VII .............................................................. 41
5.0 – APÊNDICE D ........................................................................................... 42 QUESTÕES PROBLEMAS .......................................................................... 43
2
1.0 – APRESENTAÇÃO
Ao professor,
Este produto educacional intitulado de “A Lampa de Arco: mediador
para a revisão de conceitos da eletrodinâmica” foi idealizado para ser
utilizado como meio de revisão de conceito e, com possibilidade de
proporcionar, no processo de ensino e aprendizagem, maior dinamismo nas
aulas e contextualização de conceitos científicos presentes na tecnologia
moderna.
Sua construção utiliza materiais de baixo custo e, consequentemente,
dispensa valores financeiros elevados.
Sendo um experimento para revisão de conceitos, propõe-se que este
seja aplicado ao final do semestre, em que se tenha especificado para
trabalhar a eletrodinâmica. Assim, o mesmo deve ser utilizado após os
estudantes já terem compreendido, teoricamente, os conceitos básicos,
científicos e fundamentais, presentes no cotidiano e na atual tecnologia.
Foram elaborados e apresentados os planos de aulas como
orientações para que o professor possa trabalhar os conceitos teóricos.
Nestes também se dispõe, se o professor desejar, de experimentos sem
nenhuma dificuldade para confeccioná-los, porém sendo capazes de
proporcionar a verificação empírica dos conceitos discutidos em cada aula.
Para a montagem do experimento se apresenta um roteiro bastante
simples. Listam-se os materiais necessários e, com significativa
simplicidade, descreve-se a montagem em seis passos.
3
2.0 – APÊNDICE A
PLANOS DE ENSINO
4
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 02 (1h 40 min)
TEMA: CORRENTE ELÉTRICA
I – TEMA:
CORRENTE ELÉTRICA
É característica dos metais apresentar uma grande quantidade de
elétrons livres. Consideremos então um fio metálico. Ao conectar suas
extremidades em polos de potencial diferente surge, naturalmente, no
interior deste fio um campo elétrico.
Os elétrons livres e imersos neste campo elétrico ficaram sujeitos a
uma força que os fará se mover de forma ordenada no sentido contrário a
este campo. “Ao movimento ordenado dos elétrons livres em um condutor
metálico, devido à ação de um campo elétrico estabelecido no seu interior,
damos o nome de corrente elétrica”.
Este tipo de movimento é definido como corrente real. No século
XVIII, acreditava-se que o fluxo de eletricidade era um movimento de
partículas positivas. Esta compreensão ficou definida e é aceita como
corrente convencional.
A intensidade da corrente elétrica definida por é a razão da variação
de carga (Δq) que atravessa uma dada superfície transversal ao fio
condutor, pelo intervalo de tempo (Δt).
5
II – CONTEÚDO
Corrente elétrica
Efeitos da corrente elétrica
III – OBJETIVOS
Compreender o conceito e a descrição de Corrente Elétrica.
Compreender a causa e o sentido do movimento da corrente elétrica.
Reconhecer no cotidiano os efeitos promovidos pela corrente elétrica.
IV - METODOLOGIA:
Para motivação da aula serão, inicialmente, apresentadas as seguintes
perguntas:
O que vocês imaginam (pensamento inicial) ao ouvir a palavra
“corrente”?
E ao ouvir “corrente elétrica”?
No S.I. a corrente elétrica é o Ampere, em homenagem ao cientista francês André
Marie Ampere (1775-1836)
1𝐶
1𝑠= 1𝐴.
Imagem de um fio condutor e os portadores de carga atravessando uma área transversal.
Figura 1. Fonte: Alberto Gaspar
6
O que, no dia a dia, as pessoas querem dizer quando pronunciam
“corrente elétrica”?
Por que levamos um choque maior, quando estamos molhados do
que quando estamos secos?
V - RECURSOS DIDÁTICOS
- Quadro
- Giz
- Datashow
- Atividade Experimental – I, II e III
VI – AVALIAÇÃO
Promover uma discussão com os estudantes e verificar a compreensão,
contextualização e fixação de assuntos relacionados com a dissipação de
calor em resistores de lâmpadas incandescentes, efeito de corrente elétrica
em bússola, celulares e computadores e a passagem de corrente elétrica por
meio de fluidos.
VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm.
Acesso em: 23 out. 2018.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/condutores-
isolantes.htm. Acesso em: 23 out. 2018.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física fundamental: volume único;
ensino médio. São Paulo: FTD, 1993.
GASPAR, Alberto. Física: eletromagnetismo, Física Moderna. v.3. São
Paulo: Ática, 2000.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física Completa: volume único; ensino
médio. 2ª Edição. São Paulo: FTD, 2001.
7
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 01 (50 min.)
TEMA: CONDUTORES E ISOLANTES
I – TEMA:
CONDUTORES E ISOLANTES
Cotidianamente se está em contato com elementos que são
condutores elétricos e outros que são isolantes elétricos. O que diferencia
estes elementos, permitindo que uns possuam maior facilidade de conduzir
eletricidade do que outros é a estrutura atômica de cada substância.
Denominam-se condutores as substâncias nas quais os elétrons se
locomovem com facilidade por estarem fracamente ligados (mais distantes
do núcleo) aos átomos.
Por outro lado, chamam-se isolantes, ou dielétricos, as substâncias
nas quais os elétrons não se movimentam com facilidade, pois estão
fortemente ligados ao núcleo do átomo.
Os materiais denominados de semicondutores possuem propriedades
elétricas intermediárias entre condutores e isolantes. As condições físicas,
as quais o material é submetido, determinam se este se comportará como
condutor ou como um isolante. Estes materiais são largamente utilizados
pela indústria de eletrônicos para a composição de circuitos. O silício e o
germânio são exemplos de materiais com esta característica.
8
II – CONTEÚDO
Condutor
Isolante
Semicondutor
Rigidez dielétrica
III – OBJETIVOS
Diferenciar materiais condutores e isolantes.
IV - METODOLOGIA:
Apresentar aos alunos um fio utilizado em instalações elétricas e questionar
sobre a função da parte “plástica” e da parte “metálica”.
Discutir e definir as características dos materiais condutores.
Discutir e definir as características dos materiais isolantes.
Apresentar a estrutura atômica de um elemento condutor e outro isolante.
Leitura de um texto abordando a categoria de materiais supercondutores.
V - RECURSOS DIDÁTICOS
Quadro
Giz
Atividade Experimental - IV
VI – ATIVIDADE AVALIATIVA
Realizar uma pesquisa sobre quais materiais são utilizados como
condutores.
Identificar outras aplicações dos materiais supercondutores.
9
VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm.
Acesso em: 22 out. 2018.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/condutores-
isolantes.htm. Acesso em: 22 out. 2018.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física fundamental: volume único;
ensino médio. São Paulo: FTD, 1993.
FÍSICA, eletromagnetismo e física moderna; Alberto Gaspar... 2000.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física Completa: volume único; ensino
médio. 2ª Edição. São Paulo: FTD, 2001.
10
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 02 (1h 40min)
TEMA: RESISTÊNCIA ELÉTRICA
I – TEMA:
RESISTÊNCIA ELÉTRICA
Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à
passagem de corrente elétrica, mesmo quando existe uma diferença de
potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Primeira Lei de Ohm e, segundo
o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em Ohms. No início do
século XIX, o físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854) descobriu duas
leis que determinam a resistência elétrica dos condutores. Estas leis, em
alguns casos, também valem para os semicondutores e os isolantes.
Quando uma corrente elétrica é estabelecida em
um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a
se deslocar neste condutor. Neste movimento, os elétrons colidem entre si e
também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons
encontram certa dificuldade para se deslocarem, isto é, existe uma
resistência à passagem da corrente no condutor.
Os fatores que influenciam na resistência de um dado condutor são:
A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for
seu comprimento.
A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for
a área de sua seção transversal, isto é, quanto mais fino for o
condutor.
11
A resistência de um condutor depende da resistividade do material do
qual este é feito. A resistividade, por sua vez, depende
da temperatura em que o condutor se encontra.
Estes fatores, que influenciam a resistência de um condutor, podem ser
resumidos pela Segunda Lei de Ohm, equação 16;
𝑅 =𝜌. 𝐿
𝐴
Em que,
R é a resistência elétrica do material;
ρ é a resistividade elétrica do condutor;
l é o comprimento do condutor;
A é a área da seção do condutor.
II – CONTEÚDO
Resistência Elétrica;
Definição matemática: primeira e segunda lei de Ohm;
Resistividade dos condutores;
Efeito Joule;
Resistores e circuitos;
III – OBJETIVOS
Reestruturar a compreensão do termo resistência pronunciado na linguagem
do dia a dia para com o conceito expresso na linguagem tecnológica e
científica.
Compreender a funcionalidade do resistor para diferentes circunstâncias.
Conhecer a forma geométrica e diferenciar os materiais que constituem cada
resistor.
12
IV - METODOLOGIA:
Apresentar aos alunos um fio utilizado em instalações elétricas e questionar
sobre a função da parte “plástica” e da parte “metálica”.
Discutir e definir as características dos materiais condutores.
Discutir e definir as características dos materiais isolantes.
Apresentar a estrutura atômica de um elemento condutor e outro isolante.
Leitura de um texto abordando a categoria de materiais supercondutores.
V - RECURSOS DIDÁTICOS
Quadro
Giz
Atividade Experimental - VI
VI – ATIVIDADE AVALIATIVA
Realizar uma pesquisa sobre quais materiais são utilizados como
condutores.
Identificar outras aplicações dos materiais supercondutores.
VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm.
Acesso em: 27 out. 2018.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física fundamental: volume único;
ensino médio. São Paulo: FTD, 1993.
GASPAR, Alberto. Física: eletromagnetismo, Física Moderna. v.3. São
Paulo: Ática, 2000.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física Completa: volume único; ensino
médio. 2ª Edição. São Paulo: FTD, 2001.
.
13
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 02 (1h 40min)
TEMA: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
I – TEMA:
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
Os resistores são dispositivos que transformam energia elétrica em
energia térmica por meio do Efeito Joule, dissipando assim a energia
produzida por uma fonte de tensão. Quando colocados nos circuitos
elétricos, estes têm o objetivo de limitar a corrente que atravessa o circuito.
Porém, nem sempre se pode encontrar um resistor com a resistência que se
precisa, mas se pode fazer uma combinação de resistores para obter um
valor equivalente ao necessário. Esta combinação é denominada
de associação de resistores. Existem, basicamente, duas formas possíveis
de conectar mais de um resistor em um circuito, são estas: em série e em
paralelo.
• ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE
A associação de resistores em série pode ser representada da seguinte
forma:
a) Associação de resistores em série conectado a uma fonte e percorrido por uma mesma corrente elétrica i. b) Resistencia equivalente referente a figura a).
a) b)
Figura 2. Fonte: https://blogdoenem.com.br/associacao-de-resistores-fisica-enem/
14
Em uma associação em série, dois ou mais dispositivos são ligados
de forma que a corrente elétrica tenha um único caminho a seguir.
Algumas propriedades da associação de resistores em série.
i) Todos os resistores contidos no circuito serão percorridos pela mesma
corrente elétrica. Isso acontece pelo fato de a corrente elétrica dispor
somente de um caminho para fluir através do circuito. Sendo assim, para a
corrente elétrica da associação em série, tem-se:
i1 = i2 = i3 = ⋯ = in = i
ii) A diferença de potencial nos terminais da associação em série é igual à
soma das diferenças de potencial medidas entre os terminais de cada um
dos resistores associados, isto é, a ddp total aplicada através de um circuito
em série se divide entre os dispositivos elétricos individuais, de modo que a
soma das quedas de voltagem nos resistores individuais é igual à ddp total
mantida pela fonte.
U = U1 + U2 + U3 + ⋯ + Un
iii) A corrente elétrica, que atravessa o circuito, enfrenta a resistência do
primeiro dispositivo resistivo, a resistência do segundo, a do terceiro, e
assim por diante, de modo que a resistência total do circuito à corrente é a
soma das resistências individuais, que existem ao longo do circuito. Assim,
pode-se dizer que a resistência equivalente a uma associação em série de
resistores é igual à soma das resistências dos resistores associados.
Requivalente = R1 + R2 + R3 + ⋯ + Rn
• ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO
A associação de resistores em paralelo pode ser representada da
seguinte forma:
15
Considere-se então que a corrente elétrica que atravessa os
resistores tenha as respectivas intensidades: i1, i2 e i3.
Dessa forma, a intensidade i da corrente elétrica fornecida pela fonte
é dada por: i = i1 + i2 + i3.
A ddp em cada resistor é a mesma e pode ser obtida através da Lei
de Ohm.
II - CONTEÚDO
Associação de resistores
III - OBJETIVO
Conhecer e compreender os tipos de associação de resistores.
Comprovar, experimentalmente, as propriedades envolvidas na associação
de resistores.
IV - METODOLOGIA
Explicar teoricamente a associação de resistores em série e em paralelo.
Apresentar o aparato Atividade experimental – VII – (Apêndice C).
a) Resistores em série percorridos por diferentes correntes e conectados a mesma ddp. b) Resistencia equivalente referente a figura a).
a) b)
Figura 3. Fonte: https://blogdoenem.com.br/associacao-de-resistores-fisica-enem/
16
V - RECURSOS DIDÁTICOS
Quadro
Giz
Data Show
Atividade Experimental VII – (Apêndice C)
VI – ATIVIDADE AVALIATIVA
Estimular os estudantes a uma discussão e verificar a ocorrência da
contextualização, compreensão e fixação do conteúdo, referente ao
consumo de energia quanto aos circuitos elétricos em residências, ruas
públicas, placas de computadores, carros e motocicletas.
VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: https://educacao.uol.com.br/planos-de-aula/medio/fisica-
associacao-de-resistores-em-serie.htm. Acesso em: 23 out. 2018.
Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/propriedades-
associacao-resistores-serie.htm. Acesso em: 23 out. 2018.
Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/associacao-
resistores-paralelo.htm. Acesso em: 23 out. 2018.
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm.
Acesso em: 23 out. 2018.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/condutores-
isolantes.htm. Acesso em: 24 out. 2018.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física Completa: volume único; ensino
médio. 2ª Edição. São Paulo: FTD, 2001.
17
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 01 (50min)
TEMA: POTÊNCIA ELÉTRICA
I – TEMA:
POTÊNCIA ELÉTRICA
A palavra potência está presente no cotidiano, quando se quer referir
a carros, ao ferro de passar roupas, às torradeiras, aos chuveiros elétricos,
às lâmpadas elétricas entre outras coisas. Utiliza-se este termo para se
referir à capacidade de transformação de energia existente nestes
aparelhos.
Potência é a capacidade de transformação de energia. Na disciplina
de eletricidade interessa sempre é calcular a energia elétrica transformada ,
na maioria das vezes, em energia térmica, sonora e luminosa. Esta
grandeza se encontra especificada, por uma plaquinha, em todos os
aparelhos. Esta especificação é compreendida como sendo referência
nominal.
Na Física clássica newtoniana foi definida a potência como sendo a
razão entre o trabalho (energia) e o intervalo de tempo necessário para a
realização deste. A eletrostática apresenta que o trabalho necessário para
deslocar os elétrons no interior de condutor, ou seja, um resistor é:
𝝉𝑨𝑩 = 𝒒. (𝑽𝑨 − 𝑽𝑩) ou 𝝉𝑨𝑩 = 𝒒. 𝑼
18
Dividindo ambos os lados da segunda equação pelo intervalo de
tempo: .
Tem-se para a potência elétrica: P = U.i
Por fim, “a potência dissipada P em um trecho AB de um condutor
qualquer é dada pelo produto da ddp U, entre os pontos A e B, pela
intensidade da corrente elétrica entre esses pontos”.
Para um resistor ôhmico, utilizando a primeira Lei de Ohm, a potência
dissipada pode, também, ser encontrada por:
𝑷 = 𝑹. 𝒊𝟐 𝑷 = 𝑼𝟐
𝑹
II - OBJETIVOS:
Diferenciar o conceito popular de Potência e Potência elétrica;
Compreender potência como dissipação de energia;
Realizar leituras nominais em aparelhos;
Interpretar a conta da energia elétrica;
III - CONTEÚDO:
A relação entre corrente elétrica, resistência e tensão;
Primeira e segunda Lei de Ohm;
Dissipação de energia;
Efeito Joule.
IV - METODOLOGIA:
Aula Expositiva sobre Potência Elétrica
19
V - RECURSO DIDÁTICO:
Quadro, giz
Datashow
Atividade experimental V – (Apêndice C)
VI – ATIVIDADE AVALIATIVA
Identificar os aparelhos elétricos que são os “vilões” do consumo da energia
elétrica, e quais cuidados se deve ter para contribuir com o consumo
consciente da energia elétrica?
VII - BIBLIOGRAFIA:
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm.
Acesso em: 14 nov. 2018.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/condutores-
isolantes.htm. Acesso em: 13 nov. 2018.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física fundamental: volume único;
ensino médio [et 2ª Edição. São Paulo: FTD, 1993.
GASPAR, Alberto. Física: eletromagnetismo, Física Moderna. v.3. São
Paulo: Ática, 2000.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física Completa: volume único; ensino
médio. 2ª Edição. São Paulo: FTD, 2001.
20
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 02 (1h 40min)
TEMA: GERADOR ELÉTRICO
I – TEMA:
GERADOR ELÉTRICO
O gerador elétrico é um mecanismo que transforma energia
mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica. O gerador
elétrico mais comum é o dínamo (gerador de corrente contínua) de bicicleta,
tendo já sido estudado em “como funciona um dínamo”. O gerador elétrico é
o agente do circuito que o abastece, fornecendo energia elétrica às cargas
que o atravessam.
Sabe-se que um gerador possui dois polos, um positivo e outro
negativo, ou seja, um polo de maior e outro de menor potencial elétrico.
Quando se ligam os terminais de um circuito nos polos do gerador, têm-se
um movimento ordenado de cargas elétricas, isto é, a corrente elétrica. O
gerador tem como função levar as cargas elétricas negativas para o polo
negativo da bateria, ou seja, um lugar em que estas cargas nunca chegariam
naturalmente. Feito isto, elas irão fluir por meio do circuito na direção dos
potenciais mais elevados.
A força eletromotriz do gerador é a razão entre o trabalho realizado e
a quantidade de carga movimentada. No SI, o trabalho é medido em joule e
21
a quantidade de carga elétrica é medida em coulomb, logo a força
eletromotriz é medida em joule/coulomb (J/C). Esta unidade e o volt (V).
O gerador é representado pela seguinte figura:
Ao estabelecer uma diferença de potencial, o gerador faz com que
uma corrente elétrica circule e esta passando por condutores encontra,
sempre, determinada resistência. Esta resistência é considerada como
resistência interna do gerador.
𝑼 = 𝜺 − 𝒓. 𝒊
Em que 𝜀 é a força eletromotriz do gerador, r é a resistência interna e
i, a corrente elétrica que o atravessa.
II – OBJETIVOS
- Compreender o conceito de gerador elétrico em termos científicos;
- Descrever o conceito de fem;
- Diferenciar fem e tensão;
- Definir as causas da dissipação de energia;
- Deduzir a equação do gerador;
- Diferenciar resistor interno e resistor externo;
Representação de um gerador com a resistência interna, a tensão útil e o sentido do movimento de corrente.
Figura 4. Fonte: https://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/1439.htm
22
III – CONTEÚDOS
- Corrente elétrica;
- Condutor;
- Resistencia elétrica;
- Diferença de potencial;
- Circuitos;
IV – METODOLOGIA
Aula expositiva teórica sobre o conteúdo programático.
Apresentação de alguns tipos de geradores.
V - RECURSOS DIDÁTICOS
- Quadro, giz e apagador
- Datashow
VI – ATIVIDADE AVALIATIVA
Promover uma discussão referente aos diferentes tipos de geradores:
dínamo de bicicleta, pilhas, geradores elétricos de fazenda, usinas
hidrelétricas, usinas nucleares, energia eólica. Verificando o nível de
compreensão e fixação quanto aos conceitos fundamentais do gerador: fem,
tensão, dissipação de energia, transformação de energia.
VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: https://www.efeitojoule.com/2008/11/gerador-geradores-
gerador-eletrico.html. Acesso em: 22 set. 2018.
Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm.
Acesso em: 21 out. 2018.
BONJORNO, Regina Azenha et al. Física Completa: volume único; ensino
médio. 2ª Edição. São Paulo: FTD, 2001.
23
ESCOLA ESTADUAL DONA EVA
DISCIPLINA: FÍSICA
TURMA: 3º A
NÚMERO DE AULAS: 01 (50 min.)
TEMA: APLICAÇÃO DA LAMPADA DE ARCO
I – TEMA:
LÂMPADA DE ARCO
A Lâmpada de Arco foi uma invenção ocorrida no século XIX pelo
químico inglês Humphry Davy (1778-1829). Pouco tempo após sua
invenção, esta foi utilizada para iluminação pública.
Nos dias de hoje, a industrialização comercial é incompatível em
consequência dos valores financeiros e sua tecnologia ultrapassada para o
século XXI.
Como meio didático, a Lâmpada de Arco apresenta inúmeras
contribuições para a revisão de conceitos ou mesmo para a introdução
destes mesmos conceitos. Seu funcionamento envolve inúmeros conceitos
referentes à eletrodinâmica e também à eletrostática. Todavia, o assunto
abordado fica a critério do planejamento de cada professor.
II – CONTEÚDO
Condutor
Corrente elétrica
Resistor
Resistividade
Circuito
Associação de resistores
Diferença de potencial
24
III – OBJETIVOS
Revisar os conceitos da eletrodinâmica.
Contextualizar os conceitos da eletrodinâmica com a utilização em um
experimento de baixo custo.
IV - METODOLOGIA:
Relembrar com os estudantes os conceitos da eletrodinâmica estudados de
forma teórica.
Discutir a possibilidade de relacionar, em um único contexto, os temas
estudados.
Refletir a presença dos conceitos da eletrodinâmica na tecnologia moderna.
Distribuir o questionário como meio de motivar e problematizar os conceitos.
Proporcionar um tempo para a leitura do questionário.
Montar a Lâmpada de Arco na presença de todos os estudantes.
V - RECURSOS DIDÁTICOS
Quadro (lousa)
Pincel
Questionário em xerox
Lâmpada de Arco
VI – ATIVIDADE AVALIATIVA
Motivar os estudantes a descreverem o funcionamento da Lâmpada de Arco
relacionando os conceitos estudados teoricamente.
Atividade experimental – Lâmpada de Arco - (Apêndice B)
25
VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GASPAR, Alberto. Física: eletromagnetismo, Física Moderna. v.3. São
Paulo: Ática, 2000.
Disponível em: http://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/crono/lamp_arc.html.
Acesso em: 25 out. 2018.
Disponível em: https://www.ilunato.com.br/blog?single=Arco-Voltaico.
Acesso em: 20 out. 2018.
26
3.0 – APÊNDICE B
ROTEIRO PARA LÂMPADA DE ARCO
27
ROTEIRO PARA A LÂMPADA DE ARCO
• INTRODUÇÃO
A contribuição de qualquer experimento pode ser maior se este
estiver contemplado em um planejamento curricular. Neste roteiro é descrito
apenas o experimento Lâmpada de Arco. Apresenta-se como sugestão um
objetivo ideal para quando desejar utilizá-lo, o desenvolvimento teórico,
materiais utilizados, descrição de montagem e, por último, um questionário
capaz de contribuir para a aplicação e revisão dos conceitos relacionados à
eletrodinâmica.
• OBJETIVO
Revisar o conteúdo teórico referente à eletrodinâmica de forma
empírica e contextualizando esta disciplina, consequentemente,
proporcionando a possibilidade da reestruturação da linguagem coloquial
para outra mais científica referente aos conceitos e ao conteúdo da
eletrodinâmica.
• DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
A eletrodinâmica é definida como sendo “o estudo das correntes
elétricas, suas causas e os efeitos que produzem no ‘caminho’ por onde
passam os portadores de carga elétrica livres” (HELOU 2012, p.112 et a l).
Este é um conteúdo que, tradicionalmente, é trabalhado no terceiro ano do
Ensino Médio.
A eletrodinâmica é uma disciplina com muitos conteúdos que,
normalmente, são trabalhados de forma teórica com assuntos e/ou temas
individualizados, por exemplo, corrente elétrica, diferença de potencial (ddp),
resistividade, potência elétrica, associação de resistores e geradores.
De forma prática, no dia a dia, não se tem contato de forma empírica,
isto é, por meio da visão e do tato, de um elétron, corrente elétr ica ou
mesmo potência elétrica, por exemplo. No cotidiano, as pessoas se
relacionam com aparelhos nos quais já se encontram potencializados,
empiricamente, todos estes conceitos desde uma lanterna, aparelhos
simples, até um tablet, aparelho já bem mais sofisticado.
28
Desde o aparelho mais simples ao mais sofisticado, para o seu
funcionamento, estes se encontram dependentes dos portadores de carga,
que constitui o conceito de corrente elétrica definido como sendo, nas
palavras de Helou et al (2012, p. 113): “o movimento ordenado com direção
e sentidos preferenciais”.
Estes portadores, aos quais se constitui a corrente, segundo Gaspar
(2000, p. 107) são: “elétrons nos sólidos e elétrons ou íons positivos ou
negativos nos líquidos e gases”.
Conforme Gaspar (2000), qualquer que seja o aparelho eletrônico,
este é constituído, também, por condutores, isto é, fios metálicos que se
unem proporcionando condições para que a corrente possa descrever ciclos.
Qualquer objeto material pode ser analisado na perspectiva de bom
ou mau condutor. Os bons geralmente são metais. Os átomos que
constituem estes metais são possuidores de elétrons livres, isto é, elétrons
que apresentam capacidade de se locomoverem de forma aleatória ou com
sentido definido, se este condutor possui diferença de potencial em seus
extremos.
Outros materiais que não são metais apresentam dificuldade quanto à
liberdade de locomoção dos elétrons. Daí surge o termo conhecido como
resistividade, o qual pode ser definido como sendo um “condutor
homogêneo de seção transversal uniforme e proporcional ao seu
comprimento e inversamente proporcional à área de sua seção transversal e
depende do material e da temperatura” (HELOU, 2012, p. 136).
Na prática tecnológica, a resistividade é utilizada como um “aparelho”
nomeado de resistor e sua funcionalidade satisfaz inúmeras situações. O
resistor, dependendo de sua resistividade, pode ser utilizado simplesmente
para “dificultar” a passagem da corrente elétrica. Em outros casos , o mesmo
tem a função de realizar o efeito joule, isto é, dissipar energia elétrica em
forma de energia térmica.
A função de um gerador, considerado como agente externo, é a de
realizar trabalho, isto é, transportando carga de um polo do condutor ao
outro. “Pode se medir o trabalho realizado pelo gerador pela quantidade de
carga movimentada por ele, em uma relação proporcional direta: quanto
maior o trabalho maior a quantidade de energia” (GASPAR, p. 142).
29
Entre tantos geradores, os mais conhecidos e capazes de
proporcionar corrente contínua são as pilhas e as baterias de automóveis.
Assim, qualquer aparelho eletrônico tem seu funcionamento a partir
de um gerador que impulsiona o movimento dos elétrons definindo um
sentido e, então, estabelecendo uma corrente elétrica, que percorre pelos
condutores até os receptores, lâmpadas e outros. Todo este sistema se
caracteriza como circuito elétrico.
• MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais que serão utilizados na construção deste experimento
intitulado Lâmpada de Arco são todos considerados de baixo custo. Os
materiais são:
- Madeira MDF 1,5(A) x 40(L) x 50(C) cm;
- Vasilhame de vidro, capacidade 1L;
- Resistência de chuveiro (220V – 4400W);
- 2 cap ¾;
- 4 garras de jacaré;
- 2,0 m de fio de cobre - calibre 8;
- Carvões retirados de pilhas médias;
- 60 cm de cano PVC de 2,5 polegadas;
- Interruptor;
- Extensão elétrica;
- Terminal Botinha.
30
• DESCRIÇÃO E MONTAGEM DO EXPERIMENTO
Todos os itens descritos anteriormente deverão estar fixados em uma
plataforma MDF de dimensões 1,5x40x50 cm. A montagem segue os
seguintes passos:
1º Passo:
Após perfurar os dois cap ¾, cada um deverá ser parafusado em um
terminal botinha nº 50, no qual será preso, por sistema de pressão, as
resistências de carvão.
2º Passo:
O fio condutor calibre-8 deverá ser dividido em dois, sendo um de 1m
e outro de 80 cm. Em uma de suas extremidades deverá ser conectada uma
garra de jacaré em cada um.
‘
Montagem do Cap 3/4 , terminal botinha e o eletrodo de carvão.
Montagem fio condutor e a garra de jacaré.
Figura 5. Fonte: Próprio autor.
Figura 6. Fonte: Próprio autor.
31
3º Passo
A extremidade do fio, que não tem a garra de jacaré, deverá ser
“passada” por dentro do cano PVC 30 cm e, então, ser preso nos terminais
botinha junto com os caps.
Este terminal será conectado ao interruptor.
4º Passo:
O segundo terminal – terminal botinha, resistência de carvão, cap, fio
e cano PVC – deverá ser conectado, diretamente, na resistência de
chuveiro.
Primeira montagem de um dos suporte: Cap ¾, terminal botinha, eletrodo de carvão, fio condutor com a garra jacaré e o suporte de cano pvc.
Segunda montagem de outro suporte: Cap ¾, terminal botinha, eletrodo de carvão, fio condutor com a garra jacaré e a resistência de chuveiro.
Figura 7. Fonte: Próprio autor.
Figura 8. Fonte: Próprio autor.
32
5º Passo
Deverá ser fixado em uma das extremidades de outro fio de calibre 8,
com aproximadamente 60 cm, mais uma garra de jacaré. Este será
conectado na resistência de chuveiro e no terminal interruptor.
6º Passo:
Por fim, todos estes equipamentos deverão ser montados na
plataforma de MDF. Nesta, completando o experimento, deverá também ser
colocado, em seu lugar, o vasilhame no qual ficará a água e a resistência de
chuveiro.
Este experimento pode ser utilizado em duas condições, primeiro,
com os fios expostos. Tal situação possibilita que os estudantes visualizem o
circuito.
Fio condutor e garra jacaré. Suporte da figura 8, com o condutor da figura 9 conectado ao interruptor.
Lâmpada de arco com circuito exposto acima da plataforma.
Figura 9. Fonte: Próprio autor.
Figura 10. Fonte: Próprio autor.
Figura 11. Fonte: Próprio autor.
33
Outra situação é passar os fios por debaixo da plataforma de MDF. O
experimento tem a mesma funcionalidade, entretanto, o circuito não fica
visível aos estudantes.
A Lâmpada de Arco em funcionamento com o circuito exposto:
Em consequência da intensidade da luz é necessário que sejam
usados óculos escuros para proteção dos olhos.
Lâmpada de arco com circuito interno aos suportes de pvc e por debaixo da plataforma.
A lâmpada de arco em funcionamento com os circuitos expostos externos aos suportes e sob a plataforma.
Figura 1. Fonte: Próprio autor.
Figura 13. Fonte: Próprio autor.
34
4.0 – APÊNDICE C
ATIVIDADE EXPERIMENTAL
35
ATIVIDADE EXPERIMENTAL I
EFEITO MAGNÉTICO
Utilizado para demonstrar os efeitos da corrente elétrica em algumas
propriedades magnéticas da bússola.
OBJETIVO:
Apresentar, experimentalmente, alguns dos efeitos da corrente elétrica.
Materiais:
- Uma bússola (O professor poderá propor a montagem de uma bússola em
sala de aula).
- Fios de cobre
- Parafusos
- Suporte para pilhas
- Garras/jacarés
- Madeira MDF (Base)
- Pilhas
Circuito elétrico utilizando pilhas como gerador de correte e um bussola para demonstração da interação entre corrente elétrica e campo magnético.
Figura 14. Fonte: Próprio autor.
36
ATIVIDADE EXPERIMENTAL II
EFEITO TÉRMICO OU JOULE
Utilizado para demonstrar os efeitos em condutores, quando percorrido por
uma corrente elétrica em seu interior.
OBJETIVOS:
Demonstrar, de forma empírica, o efeito joule com a utilização de materiais
simples e acessíveis.
Materiais:
- Palha de aço
- Suporte para pilha.
- Fios de cobre.
- Pilhas.
- Garras/jacarés
Circuito utilizando pilhas como gerador de corrente elétrica e esponja de aço para demonstração do efeito joule.
Figura 15. Fonte: Próprio autor.
37
ATIVIDADE EXPERIMENTAL III
EFEITO QUÍMICO
Determinados fluidos também são condutores de corrente elétrica.
OBJETIVOS:
Demonstrar os efeitos da corrente elétrica em soluções eletrolíticas.
Materiais:
- Suporte para pilhas
- Fios de cobre
- Vasilhame de vidro
- Garras/jacarés
- Pilhas
- Solução: água e limão
Circuito elétrico com a utilização de pilhas como gerador de corrente elétrica, led e uma solução aquosa. Experimento utilizado para a demonstração de solução aquosa como condutores de corrente.
Figura 16. Fonte: Próprio autor.
38
Fonte: Próprio autor
ATIVIDADE EXPERIMENTAL IV
BONS E MAUS CONDUTORES
Com este simples experimento é possível demonstrar os bons e maus
condutores.
OBJETIVO:
Demonstrar, experimentalmente, que os metais são melhores condutores
que os não metais.
MATERIAIS:
- Plataforma de madeira MDF
- Fios condutores de cobre
- Garras jacaré
- Suporte para pilhas
- Pilhas
- Metal ferro
- Madeira
- Plástico
- Vidro
- LED
Circuito formado com pilhas como gerador de corrente elétrica, led, caneta plástico, vidro, colher, fio de cobre, madeira. Experimento utilizado para demonstração de bons e maus condutores.
Figura 47. Fonte: Próprio autor.
39
ATIVIDADE EXPERIMENTAL V
POTÊNCIA E REFERÊNCIAS NOMINAIS
Cada parelho eletroeletrônico dissipa uma potência. Estes valores potenciais
podem ser encontrados em pequenas placas presentes nos aparelhos.
OBJETIVO: realizar a leitura das plaquinhas de identificação da referência
nominal em alguns aparelhos elétricos.
MATERIAIS:
- Lâmpada fluorescente;
- Fonte de computador;
- Caixas de som;
- Barbeador.
Aparelhos: bateria de computador, caixas de som, barbeador e lâmpada elétrica. Utilizados para demonstração referencias nominais em relação a potencia e tensão.
Figura 58. Fonte: Próprio autor.
40
ATIVIDADE EXPERIMENTAL VI
DIFERENTES RESISTORES
O resistor apresenta inúmeras e diferentes aplicabilidades na prática. Esta
aplicação pode ser percebida a partir de simples e diferentes resistores
presentes em nosso cotidiano.
OBJETIVO:
Proporcionar aos estudantes que os mesmos conheçam resistores em
diferentes modelos – com formas geométricas – e funcionalidade.
Materiais:
- Mergulhão
- Resistência de churrasqueira
- Lâmpada
- Resistência de filme de carbono
- Resistência de chuveiro
Resistencia de cerâmica, chuveiro, mergulhão, lâmpada e churrasqueira. Utilizados para demonstrar os diferentes resistores e suas funções.
Figura 69. Fonte: Próprio autor.
41
ATIVIDADE EXPERIMENTAL VII
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
Na aplicação tecnológica, os resistores podem ser utilizados,
individualmente ou associados a outros, segundo a necessidade.
OBJETIVO:
Apresentar e demonstrar, experimentalmente, as possíveis associações de
resistores.
Materiais:
- Suportes para pilhas.
- Fios de cobre
- Garras de jacaré
- Lâmpadas de led.
Circuito elétrico com a utilização de pilhas como gerador de corrente elétrica, fios condutores e lâmpadas de led. Utilizados para demonstração de associação de resistores e geradores.
Figura 207. Fonte: Próprio autor.
42
5.0 – APÊNDICE D
QUESTÕES PROBLEMAS
43
QUESTÕES PROBLEMAS
1 - Após ligar o interruptor, como você percebe que há corrente elétrica no
circuito?
2 - É possível ou não afirmar que neste circuito existe campo elétrico? De
que forma é possível observar isso?
3 – Qual é melhor condutor: o carvão, os fios de cobre ou a resistência
metálica do chuveiro?
4 - Entre o carvão, os fios de cobre e a resistência do chuveiro, qual,
possivelmente, tem maior resistividade?
5 – Pode-se utilizar outro tipo de resistência no lugar do carvão?
6 - O circuito está ligado em série ou em paralelo?
7 – Se fosse trocada a resistência de chuveiro, primeiramente, por uma
lâmpada de 100W e, posteriormente, por outra de 40W, em qual momento a
luminosidade da Lâmpada de Arco seria maior?
