Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física Instituto de Física - UFRGS

Plasma, fusão nuclear, Plasma, fusão nuclear, auroras e os livros didáticosauroras e os livros didáticos

Luciano Denardin de Oliveira

2004

Por que disso??????????Por que disso??????????

Livros AnalisadosLivros Analisados

(19 livros- Possivelmente os mais utilizados no Ensino Médio)(19 livros- Possivelmente os mais utilizados no Ensino Médio)

Os fundamentos da Física v.2, 3- Ramalho, Nicolau e Toledo Física v.2, 3- Alberto Gaspar Temas de Física v.2, 3 - Bonjorno e Clinton Universo da Física v.2, 3- Sampaio e Calçada Tópicos de física v.2,3 - Newton, Helou e Gualter Física Clássica (termologia e eletricidade)- Calçada e Sampaio Os alicerces da Física v.2, 3- Carlos, Kazuhito e Fuke As faces da Física v. único- Carron e Guimarães Física v.2, 3- Paraná Curso de Física v.3- Máximo e Alvarenga Imagens da Física v. único- Amaldi

Investigação acerca de:Investigação acerca de:

• Plasma como um estado da matéria

• Auroras e afins

• Fusão Nuclear

• Aplicações Tecnológicas

» Os fundamentos da Física v.2, 3- Ramalho, Nicolau e Toledo

Fusão e estrelas

» Física v.2, 3- Alberto Gaspar

Fusão

» Temas de Física v.2, 3 - Bonjorno e Clinton

nada, nada, nada (como era de se esperar.....)

» Universo da Física v.2, 3- Sampaio e Calçada

Auroras, cinturão de Van Allen, Plasma

» Tópicos de física v.2,3 - Newton, Helou e Gualter

auroras

» Física Clássica (termologia e eletricidade)- Calçada e Sampaio

nada

» Os alicerces da Física v.2, 3- Carlos, Kazuhito e Fuke

Plasma +

» As faces da Física v. único- Carron e Guimarães

fusão e plasma

» Física v.2, 3- Paraná

Auroras, cinturão de Van Allen e magnetosfera

» Curso de Física v.3- Máximo e Alvarenga

Auroras

» Imagens da Física v. único- Amaldi

Plasma e fusão

36%64%

SIM

NÃO

Auroras e afinsAuroras e afins(4/11)(4/11)

Volume 3 e volume único

50%50%

SIM NÃO

Livros que apresentam uma seção de Física Moderna

Fusão NuclearFusão Nuclear(4/8)(4/8)

70%30%

SIMNÃO

PlasmaPlasma(3/10)(3/10)

Volume 2 e volume único

Aplicações TecnológicasAplicações Tecnológicas

nenhum livro!!nenhum livro!!

Auroras,Auroras,

MagnetosferaMagnetosfera ee

Cinturão de Cinturão de

AlvarengaAlvarenga

“Partículas eletrizadas, emitidas pelo Sol são capturadas pelo campo magnético terrestre...e descrevem trajetórias espiraladas neste campo.”

“Partículas colidem com os átomos e moléculas...fazendo com que eles emitam a luz que constitui a aurora.”

Um pouco da história

Não fala do plasma!!

Gualter, Newton e HelouGualter, Newton e Helou

“A atmosfera terrestre recebe do Sol, partículas dotadas de carga elétrica (o vento solar), com predominância de elétrons.”

“...elétrons excitam o oxigênio e o nitrogênio”

Sampaio, CalçadaSampaio, Calçada

Define vento solarExplica o cinturão de Van AllenExplica o processo de emissão de luzComenta da possibilidade de auroras tropicais

ParanáParaná

Define vento solarExplica o cinturão de Van AllenVento solar deforma a magnetosfera

ParanáParanáVários gases da atmosfera começam a emitir luz, excitados pela energia dos elétrons

Auroras boreais são lâmpadas fluorescentes da natureza e as lâmpadas fluorescentes são auroras boreais artificiais.

Imensas cortinas de luz azul, dourada e vermelha pendem do céu, marcando a passagem da chuva de elétrons do espaço em direção ao eixo magnético da terra que os atrai

O fenômeno da emissão de luz quando ocorre a excitação eletrônica é chamado fluorescência. Não deve ser confundido com fosforescência, que é a emissão espontânea de luz sem a necessidade de excitação eletrônica. As auroras boreais e as lâmpadas de neônio são fenômenos de fluorescência; os sais de urânio, que emitem eternamente a mesma luz, são fosforescentes.

PlasmaPlasma

Fuke, Carlos e KazuhitoFuke, Carlos e Kazuhito

“Uma substância pura pode apresentar-se sob três formas de agregação da matéria: sólido, líquido e gasoso (aceita-se um quarto estado: plasma).”

AmaldiAmaldi

A matéria pode ainda apresentar-se em outro estado: o de plasma atômico. Nele, as moléculas já não existem mais e mesmo os átomos se acham desagregados de seus componentes. A temperaturas elevadas (superiores a 105 oC), todas as substâncias se encontram no estado de plasma. O Sol, por exemplo, é um aglomerado de plasma.

Fusão NuclearFusão Nuclear e um pouco mais de Plasmae um pouco mais de Plasma

GasparGaspar

Mostra e explica um exemplo de reação.

Cita o porquê da radiação emitida pelo Sol não ser da queima de combustível e conta uma breve evolução das explicações acerca desse tema.

Explica o processo de fusão no Sol, sem comentar as pesquisas realizadas.

Ramalho, Nicolau e ToledoRamalho, Nicolau e Toledo

Discute o processo de fusão, usando como exemplo o Sol.

Apresenta um exemplo de reação nuclear, dizendo que a massa do núcleo é menor que o somatório das massas dos núcleos que o constituem, apresentando a equação E=m.c2 (segundo os autores, equação de Einstein).

Cita as pesquisas com Tokamaks e a questão do consumo de energia ser maior que a sua produção.

Finaliza apresentando as vantagens da fusão sobre a fissão.

Carron e GuimarãesCarron e Guimarães

Define fusão, exemplificando uma reação que ocorre no Sol

Comenta do tokamak, os problemas de custo-benefício.

Mostra que a fusão é mais eficiente que a fissão, bem como salienta o fato da primeira não deixar resíduos radioativos

Apresenta um esquema do tokamak, mas não o explica!

Carron e GuimarãesCarron e Guimarães

...devido ao altíssimo grau de agitação, a matéria é um “gás” de íons positivos e elétrons, chamado de plasma. O plasma é considerado o quarto estado da matéria. Sua temperatura é tão alta que não existe material que possa constituir um recipiente capaz de suportar uma reação envolvendo plasma.Atualmente existem alguns reatores (tokamaks) que conseguem suportar essas temperaturas mantendo um delgado filete de plasma, longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo e usando a técnica do confinamento magnético.

AmaldiAmaldi

Cita os benefícios da fusão, como a abundância na natureza dos elementos empregados nas reações e o fato de não oferecerem riscos de acidentes nucleares. Cita que a matéria deve ser transformada em plasma.

Sobre o plasma......

AmaldiAmaldi

Define plasma como “um gás que, embora neutro eletricamente em seu conjunto, é constituído de partículas dotadas de cargas elétricas de sinais opostos, de íons e elétrons.”Comenta que o universo é constituído, em quase sua totalidade de plasma, dando como exemplo as estrelas. Conclui dizendo que não apenas estrelas tem plasma mas “O vento solar e a ionosfera terrestre são constituídos de plasmas. O mesmo ocorre no interior de um tubo de gás rarefeito ao qual se aplica uma descarga elétrica e também nos raios e nas auroras boreais.”

Voltando para a fusão.....

AmaldiAmaldi

Comenta da possibilidade de em 2030 termos reatores em escala industrial.

Dá um exemplo de reação nuclear.

Explica com detalhes o processo de fusão nuclear.

Comenta as pesquisas realizadas com tokamaks pelo mundo, finalizando com uma figura com uma legenda que explica, detalhadamente, o funcionamento de um tokamak!!

ConclusãoConclusão

* A minoria dos livros-texto consultados apresentam os temas aqui investigados

* Nos livros que apresentam tópicos de física moderna, 50% deles discutem o processo de fusão nuclear.

* Poucos livros apresentam o plasma como quarto estado da matéria.

Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN’s) uma das competências e habilidades a serem desenvolvidas em física é: “Compreender a física presente no mundo vivencial e nos equipamentos e procedimentos tecnológicos. Descobrir o “como funciona”dos aparelhos.”

* Considerando as auroras como um fenômeno presente no mundo vivencial do aluno, poucos livros contemplam essa exigência dos PCN’s.

* Nenhum livro dá oportunidade ao estudante de compreender a física de equipamentos e procedimentos tecnológicos, nem descobrir o “como funciona” dos aparelhos, uma vez que dispositivos como lâmpadas fluorescentes, TV’s a plasma e procedimentos como a esterilização de materiais utilizando plasmas não são citados em nenhuma obra.

ConclusãoConclusão

ConclusãoConclusão

* Alguns livros apresentam figuras e esquemas que não são seguidos de nenhuma explicação ou legenda. Muitas vezes as legendas existem mas são insuficientes.

* Os textos na sua maioria são adequados para o Ensino Médio

* Alguns livros apresentam erros conceituais.