Maos na micro eletricidade 1 fevereiro 2014
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“Mãos na micro eletricidade”
Transferências de energia entre
corpos fechados e espaços,
medições de várias pilhas biológicas.
Rosa Brígida Fernandes
20-02-2014 (experiência piloto)
11-4-2014 (1ª atividade da Páscoa)
Perguntas a submeter aos estudantes
sem comentar as respetivas respostas
• Já alguma vez ouviste falar em energia? Se sim fala de um exemplo concreto.
• Conheces objetos que têm energia? Podes dar exemplos?
• A energia pode mover-se entre diferentes sítios ou corpos? Se achas que sim dá exemplos que conheças.
• Supõe que tens um corpo (vivo ou não vivo) onde não possa entrar nem sair nenhum material, mesmo assim pode nesse corpo entrar ou sair energia? Se sim diz como.
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Regras a que temos de obedecer
• Todo o material é frágil e algum pode magoar.
• Tem de ser tratado com todo o cuidado, não
se deve forçá-lo, deixá-lo cair, nem manejá-lo
com gestos bruscos ou distraídos.
• Caso não estejas a conseguir fazer algo chama
alguém para te ajudar.
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Jogo da verificação
Um elemento do grupo, à vez, após ouvir o nome do material acha-o (com
a ajuda do outro elemento) e mostra-o!
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Jogo da verificação - 1
Pilha 4,5 Volt;
capacidade 3 A*h
(polo + é + curto)
Lâmpada 3,5 Volt;
0,2 Ampére e
suporte
Interruptor para
abrir e fechar o
circuito
Fio elétrico com
isolador vermelho,
prego de ferro e
moeda de 2
cêntimosfevereiro 2014 Rosa Brígida - Mãos na micro eletricidade 5
Jogo da verificação - 2
Chave de fendas de
cabo vermelho
Termómetro com
fio térmico (isolado)
enrolado
(-3ºC�103ºC)
Vários materiais: disco madeira, rebite de
alumínio, anel cobre, prego ferro, pedaço
de corda, berlinde vidro, barra carbono e
barra de borracha, parafuso bronze,
pedra, pedaço porcelana
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Jogo da verificação - 3
Prego de ferro com
fio elétrico
enrolado
(solenóide)
Painel solar Multímetro, fio elétrico com terminações
em pinça, batata ou laranja ou limão com
moeda e prego incrustados
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Jogo da verificação – 4
Este material está à tua frente?Suportes e
Lâmpadas:
elétrica �
luminosa
Fios elétricos:
elétrica �
térmica
Pilha:
Química �
elétrica
interruptor
Chave
de
fendas
Parafusos
Termómetro
com fio
térmico na
base
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Comparação entre a pilha e a tomada
elétrica
Esta pilha não é perigosa, apenas pode
descarregar uma potência elétrica de:0,5 V × 0,1 mA = 0,00005 W=50 microWatt!!
A tomada elétrica é muito perigosa, pode
descarregar uma potência elétrica de:
220 V × 15 A = 3300 W=3,3 kiloWatt!
Energia Química para elétrica
0,5 volt; até 0,1 miliampère.
Energia elétrica
220 volt, até 15 ampère ou mais!!!!
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Jogo da luz energia química na pilha -> elétrica no filamento ->
térmica no filamento -> luminosa para o espaço
Consegues
acender a
lâmpada usando
apenas a pilha e
a lâmpada ?
No filamento da lâmpada, a energia elétrica converte-se emtérmica e transfere-se para o espaço por intermédio da radiação :
elétrica ���� térmica���� luz
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Após algum tempo para
experimentação dá-se uma sugestão…
Sugestão: O polo positivo (+) da pilha tem de ficar em contacto com o polo + da lâmpada e o polo negativo (-) da pilha tem de ficar em contacto com o polo - da lâmpada. Mas no caso da lâmpada incandescente qualquer dos contactos elétricospode funcionar como polo + ou -.
Polo - da pilha
Polo + da pilha
Contacto elétrico
na baseContacto
elétrico na
rosca
lateral
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Se trocar os
contactos
elétricos, a
lâmpada
também
acende
Jogo da luz comandada energia na pilha -> energia nos fios e filamento
-> energia transportada para o espaço
Consegues comandar o
apagar e acender da
luz usando um
interruptor? Sugestão:
poderias usar uma
pilha, 2 parafusos, 3
fios elétricos, o
interruptor, a lâmpada
e respetivo suporte e a
chave fendas.
Chave
de
fendas
2 Parafusos
Lâmpada:
elétrica �
térmica
�luminosa
interruptor
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Fios elétricos:
elétrica �
térmica
Pilha:
Química �
elétrica
Após algum tempo para
experimentação dá-se uma sugestão…
Desaperta ligeiramente os parafusos do
interruptor, introduz as pontas dos fios em arco e
volta a apertar.
Introduz os 2 parafusos, pela ranhura, nos 2 polos
da pilha e aparafusa para ajustar as ligações.
Liga um dos fios do interruptor a um dos polos da pilha,
desaparafusando e voltando a aparafusar o parafuso.
Desaperta ligeiramente os parafusos do suporte
da lâmpada, introduz a ponta do fio que liga ao
interruptor.
Para o circuito fechar é necessário ligar um fio
eléctrico da pilha ao suporte da lâmpada.
Baixando a patilha do interruptor fecha o circuito
elétrico e a lâmpada acende-se.
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Esta fotografia foi tirada no momento em que
o Ricardo fecha o circuito
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Jogo do fio térmico
energia na pilha -> energia no fio térmico ->
energia no termómetroConsegues montar
um circuito simples
para observar o
aumento de
temperatura num
fio elétrico onde
passa a corrente?
Sugestão: poderias
usar a pilha e o fio
térmico enrolado
ao termómetro.
Pilha:
Química � ElétricaFio térmico enrolado a termómetro
Elétrica � térmica
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Após algum tempo para
experimentação dá-se uma sugestão…
Basta enrolar as duas pontas do fio a cada um dos polos da pilha. Em
pouco menos de um minuto a temperatura sobe dos 20 °C aos 80°C.
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Ao fim de 3 desafios e quase 3
horas passadas!Podes medir a
diferença de
potencial da tua
pilha biológica
constituída pela
laranja/limão
que trouxeste,
com uma
moeda de 2
cêntimos e um
prego
incrustados?
Quantos volts dá a tua pilha biológica?
Espera que o
professor insira o
prego e a moeda de 2
cêntimos no teu fruto
e depois mede a
diferença de potencial
da tua bateria usando
um multímetro e dois
fios de ligação.
Pilha biológica:
Química � Elétricamultímetro
Cerca de 0,5 V
(meio volt)!
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Aqui ficam algumas das medidas
efetuadas e registradas no quadro …
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Mas a união faz a força, não é
verdade?
A laranja e o limão (em série)
dão cerca de 1,0 V (um volt)!
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Bateria gasta não recarregável
O que não se deve
fazer:
• Queimar
• Abrir
• Deitar no lixo
normal
O que se deve fazer:
usar o pilhómetro!
Energia química � energia elétricatermo de Benjamim Franklin
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Transferência de energia em corpos
fechados, entre corpos fechados e espaços• A energia pode “mover-se” de uns corpos para outros, mesmo que esses corpos
sejam fechados, isto é, mesmo que não haja entrada nem saída de materiais para dentro ou para fora desses corpos. Por exemplo, vimos que a energia da pilha ia sendo continuamente transferida para os fios ligados à pilha, apesar de não haver materiais da pilha a moverem-se em direção aos fios. Podemos verificar isso pesando a pilha no início e fim das atividades.
• Dentro de cada corpo fechado, a energia pode “mover-se” entre as suas várias componentes. Por exemplo, no interior dos fios metálicos, a energia elétrica dos eletrões livres (componentes muitos leves do metal) transfere-se para a energia térmica dos iões (componentes muito pesados do metal).
• A energia pode “mover-se” no interior dos corpos fechados, entre corpos fechados e entre corpos fechados e os espaços vizinhos envolventes (e vice-versa) através dos fenómenos de transferência de energia: luz, calor e/ou trabalho. A energia da pilha transfere-se para os eletrões livres dos metais a ela ligados através do trabalho (conceito muito difícil de aprender). A energia térmica dos iões do metal transfere-se para a base do termómetro através do calor e a energia térmica do filamento da lâmpada transfere-se para o espaço envolvente à lâmpada através da luz.
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Não confundas energia armazenada e
diferença de potencial numa pilha
Para conheceres a energia armazenada numa pilha tens
de multiplicar a diferença de potencial dessa pilha pela
intensidade de corrente que ela consegue fornecer e pelo
tempo que dura essa corrente. Por exemplo, para que
usaste (pilha 3R12 de 4,5 V, de capacidade 3 A×h) temos:
4,5 V × 3 A × 3600 s = 48600 J (quarenta e oito mil e
seiscentos joule!)
No caso da tua fruta ou vegetal, assumindo 0,5 V e uma
corrente de 0,05 mA durante 10 horas teríamos:
0,5 V × 0,00005 A × 36000 s = 0,9 J (quase 1 joule!)
fevereiro 2014 Rosa Brígida - Mãos na micro eletricidade 26
A Rosa Brígida (docente de Física responsável pelaatividade) agradece:
o as colaborações da Cristina Costa (docenteMatemática, responsável pela coordenação daexperiência piloto), do Rui Gonçalves (docente Física ecolaborador), da Carla Silva (docente Física ecolaboradora) e da Ana Nata (docente Matemática ecolaboradora);
o a disponibilidade e interesse demonstrados pelaprofessora Fátima Dipaola, do 3º ano da Escola InfanteDom Henrique, para acolher a experiência piloto;
o o entusiasmo, dedicação e criatividade demonstradapelas crianças do 3º ano da Escola Infante DomHenrique que aderiram a estes e outros desafios porelas imaginados …
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