UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ UESC … · ETAPAS MOMENTOS COMENTÁRIOS AULA 1. ... poderá...

1

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ – UESC

MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA -

MNPEF

PRODUTO EDUCACIONAL

INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO

MÉDIO: UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA ABORDAR O EFEITO

FOTOELÉTRICO

Autor: Prof. Jocival Santos Souza

Orientador: Prof. Dr.: Maxwell Roger da Purificação Siqueira

Ilhéus – BA

Março/2018

➢

2

INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO

MÉDIO: UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA ABORDAR O EFEITO

FOTOELÉTRICO

1. Objetivos gerais:

Desenvolver uma Sequência de Ensino Investigativa (SEI) que aborda o tópico de Física

Moderna e Contemporânea.

Entender o funcionamento do fenômeno efeito fotoelétrico.

Compreender a aplicabilidade do efeito fotoelétrico.

2. Conteúdo Físico

Efeito fotoelétrico.

3. Leitura complementar

As leituras indicadas servem para um conhecimento mais profundo e detalhado dos

conceitos tratados neste bloco. Assim, caso seja possível, leia algumas dessas referências antes

de iniciar as aulas.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Óptica e Física

Moderna. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v. 4. 416p.

HEWITT, Paul G. Física Conceitual. Tradução de Trieste Freire Ricci e Maria Helena

Gravina. 9ª.ed. Bookman, 2002. p. 530-541.

Textos da web produzidos por universidades.

4. Quadro sintético

ETAPAS MOMENTOS COMENTÁRIOS AULA

1. Proposta do

problema

Atividade 1 - Os alunos responderão

o questionário inicial Espera-se que a atividade

investigativa desperte a

curiosidade e o interesse dos

alunos.

1 Separar a turma em pequenos grupos.

Entregar, a cada grupo, o circuito e as

fontes luminosas de diferentes

frequências e intensidades.

2. Resolução do

problema

Dentro do grupo, os alunos discutem

entre si, buscando a solução do

problema proposto.

O professor não irá interferir

nas discussões entre alunos e

sim certificar-se de que estão

discutindo sobre o problema.

2

3

3. Os alunos

apresentam o que

fizeram para

resolver o

problema.

Os grupos serão desfeitos, o material

recolhido e a sala será organizada em

semicírculo.

O professor faz o seguinte

questionamento: Como e o

porquê fizeram dessa forma?

3 e 4

Apresentarão a solução encontrada

para problema.

Atividade 2 – Os alunos buscarão

explicar de forma causal ou com

argumento científico, o fenômeno

observado.

4. Sistematização

O professor fará uma discussão

sobre tema. 5 e 6

Atividade 3 – Leitura do texto Efeito

fotoelétrico, responder algumas

perguntas referente ao que leram e em

casa fazer uma relação das aplicações

do Efeito Fotoelétrico

Os alunos irão relatar as aplicações

do Efeito Fotoelétrico

5. Proposta de

novas situações

problemas.

A sala será organizada em fila. Por que do eletroscópio

descarregar na presença da luz

solar?

6 Atividade 4 - Eletroscópio

6. Aplicação de

conhecimento.

Atividade 5 – Leitura do texto que

aborde implicações sociais e/ou

ambientais relacionados ao

conceito/fenômeno.

O professor certificará que um

aluno não interfira no relato do

outro

7 e 8

Discussão sobre a geração de energia

elétrica por células fotovoltaicas.

Atividade 6 – Questionário

Aplicação do conhecimento

Atividade 7 - Relato individual na

forma escrita

9 e 10

4

Descrição: aula por aula.

AULAS 1 e 2

Tema: Física Moderna e Contemporânea.

Objetivo: Compreender o funcionamento do Efeito Fotoelétrico.

Conteúdo Físico: Efeito Fotoelétrico.

Recursos Instrucionais:

Questionário inicial;

Experimento.

Motivação: Como acender e apagar a lâmpada do circuito sem o uso do interruptor?

Momentos:

1º

Mom

ento

Apresentação geral da proposta da Sequência de Ensino Investigativa para os estudantes.

Entrega do questionário inicial para que cada estudante responda individualmente. O

professor deve enfatizar que a proposta do questionário inicial é verificar o que eles sabem

sobre o tema em questão, estimular suas curiosidades e não tem nenhuma finalidade

avaliativa.

Tempo: 30 min

2º

Mom

ento

Separar a turma em pequenos grupos de três ou quatro estudantes, entregar o kit

experimental para cada grupo. Deixe que o estudantes manuseie para irem reconhecendo

cada uma das partes do aparato.

Tempo: 20 min

3º

Mo

men

to Proposta da situação problema: É possível acender e apagar a lâmpada sem o uso do

interruptor? Deixe os alunos livres para resolver o problema

Tempo: 50 min

Comentários e sugestões – O professor nesse momento não deve intervir nas discussões entre

os alunos. No entanto, ele deve ficar atendo para que o diálogo no grupo não fuja do tema

proposto, mas caso venha interferir, deve ter o cuidado para não dá respostas prontas para os

alunos pois, isso prejudicaria toda a sequência de ensino, uma vez que a atividade investigativa

pretende despertar a curiosidade e o interesse dos alunos pelo o estudo do fenômeno.

Dinâmica da Aula: Após a apresentação da sequência de ensino Investigativa aos estudantes, o

professor irá entregar o questionário inicial para que possam responder individualmente. O

questionário serve para compreender as concepções prévias que estudantes têm sobre o efeito

5

fotoelétrico e suas aplicações. Após o termino, poderá ter uma breve discussão, com apresentação

de algumas respostas dos alunos (somente se eles quiserem se expressar). Em seguida, a turma

será dividida em pequenos grupos (entre 3 ou 4 membros por grupo). Cada grupo receberá um kit

“experimental” para que possa fazer um primeiro reconhecimento do aparato, olhando o circuito,

interruptor, lâmpada e como acender e apagar a lâmpada. Feita essa exploração, o professor

deverá propor a questão: é possível acender e apagar a lâmpada sem o uso do interruptor? Deixe

os alunos, em grupo, encontrarem a solução. Nesse momento é importante não dar dicas, somente

questionar e orientar as discussões que podem aparecer nos grupos.

Questionário inicial

Nome: ________________________________________________________

Sexo: (__) F (__) M Idade:_____

1º) Você já deve ter visto ou ouvido falar em algo que utiliza energia solar, seja uma casa,

um carro, um satélite ou até mesmo um simples relógio. Para que tudo isso funcione são

usadas células solares associadas em série e, ou paralelo formando os painéis solares.

Com suas palavras explique como a luz solar é convertida em energia elétrica.

2º) Na indústria já é possível encontrar máquinas que com a ajuda de sensores, desligam

assim que a mão de uma pessoa ultrapasse o limite de segurança. Explique como esses

sensores funcionam.

3º) Ao anoitecer, percebemos que as luzes dos postes acendem “sozinhas”. Você sabe

como isso acontece? Explique esse fato.

4º) Caso ocorra um eclipse solar e sua cidade ficar escura, as lâmpadas acederiam mesmo

sendo dia? Justifique sua resposta.

5º) Você já ouviu falar sobre efeito fotoelétrico? Explique com suas palavras o que pensa

sobre ele.

6

Kit experimental

Circuito com relé fotelétrico contendo.

Ilustres colegas professores(as), este circuito institui o Produto Educacional da pesquisa

desenvolvida no Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, da Universidade Estadual de

Santa Cruz, no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF) cujo ingresso foi

em abril de 2016 e com muito orgulho, muito aprendizado e muita saudade finaliza em abril de

2018. Este material é indicado à professores e professoras que desejam sair da inercia de sua zona

de conforto e embarcar em uma nova forma de ensinar Física ao mesmo tempo inserir a Física

Moderna e Contemporânea com o tópico que aborda o efeito fotoelétrico em turmas do Ensino

Médio.

Material para montar o circuito:

Base de madeira ou mdf;

Relé fotoelétrico LDR, usado em residências;

Soquete para lâmpadas;

Lâmpadas, pode ser incandescente, fluorescente ou led;

Fios;

Fixador de fio;

Tomada macho;

Interruptor;

Parafusos.

As fontes luminosas para o funcionamento do circuito podem ser laser de qualquer

coloração, mas de preferência os de maiores frequências, celulares que contem lanternas ou luz

de flash e até mesmo a luz solar.

7

Figura 3: ilustração para montagem do circuito

Fonte: https://www.leiautdicas.com/2015/09/cap-3-dispositivos-eletricos/

Foto do circuito montado.

Estudantes explorando o quite experimental.

8

Estudantes resolvendo a situação problema.


Objetivo: Encontrar uma explicação causal ou argumento científica para o problema.

Conteúdo Físico: Efeito Fotoelétrico.


Discussão entre os estudantes sobre o que fizeram e como fizeram para resolver o

problema;

Questionamento do professor.

Motivação – O que vocês fizeram para resolver o problema?

Momentos

1º

Mom

ento

Após a resolução do problema, a sala é organizada em semicírculo e os alunos irão expor

seu argumentos para a resolução do problema.

Tempo: 10 min

2º

Mo

men

to

Cada aluno terá a oportunidade de apresentar uma explicação causal ou argumento

científica para o problema. O professor tem a função de estimular a participação dos

estudantes levantando questionamentos do tipo: como e porque fizeram dessa forma?

Há algum outro jeito para chegar a solução?

Tempo: 40 min

Comentários e sugestões – O professor pode intervir com questionamentos para instigar o

estudante a falar o máximo do que ele fez, mas deve-se ter cuidado na hora das intervenções

Aula 3

9

para não dá respostas prontas. Além disso deve-se destaca a importância do erro, pois segundo

(CARVALHO 2013) o erro é importante para separar as variáveis que interferem daquelas que

não interferem na resolução do problema.

Dinâmica da Aula: Cada aluno terá a oportunidade de aparentar a solução encontrada para o

problema e expressar argumento científico para o fenômeno observado. O professor tem a função

de estimular a participação dos estudantes levantando questionamentos do tipo: como e porque

fizeram dessa forma? Há algum outro jeito para chegar a solução?

Estudantes sentados em semicírculo para discutir os meios que utilizaram na

resolução do problema

Habilidades a serem desenvolvidas – compreensão e aplicação das etapas de uma

Aulas 4 e 5

Tema da aula – Física Moderna e Contemporânea.

Objetivos específicos – Fundamentar o conceito do efeito fotoelétrico.

Conteúdo – Efeito Fotoelétrico


Texto Efeito fotoelétrico

Aula expositiva

Data show

Notebook

Vídeo

Motivação – Texto sobre o efeito foto elétrico?

Momentos

1º

Mo

men

to Organizar a sala em fila, entregar para cada estudante uma cópia do texto Efeito

fotoelétrico.

Tempo: 10 min

10

2º

Mo

men

to Os alunos vão ler o texto Efeito fotoelétrico.

Tempo: 40 min

3º

Mo

men

to Sistematização do tema abordado no texto Efeito fotoelétrico. Aqui o professor com a

ajudo do applet explicará o funcionamento do efeito fotoelétrico.

Tempo: 30 min

4º

Mo

men

to Os estudantes irão responder as questões anexadas ao texto Efeito fotoelétrico.

Tempo: 20 min

Comentários e sugestões: Corrigir as questões em sala junto com os estudantes.

Dinâmica das aulas: Primeiro o professor organiza a sala em fila e entregar uma cópia do texto

Efeito fotoelétrico para cada um e aguardar até que todos leiam o texto, após a leitura do texto o

professor faz uma sistematização do tema em questão com o auxílio do applet do efeito

fotoelétrico. É aconselhável que se dê uma ênfase na hora que for falar sobre: função trabalho,

frequência e intensidade. Assim que finalizar a sistematização o professor pedirá aos estudantes

que respondam as questões que estão anexadas ao texto.

Leitura do texto Efeito fotoelétrico

Objetivo: Fundamentar o conceito do efeito fotoelétrico.

Texto:

Efeito fotoelétrico

Você sabe explicar o fato de uma porta abrir sozinha quando algo se aproxima ou

fechar quando algo se afasta? O primeiro relato que se tem sobre transformação da energia

solar em energia elétrica é do ano de 1839, quando o jovem físico francês Alexandre

Edmond Becquerel, ao realizar experimentos eletroquímicos, verificou que, quando

exposto à luz, elétrodos de platina ou de prata davam origem a correntes elétricas.

Mais tarde, por volta de 1886 Heinrich Rudolf Hertz aceitou o desafio proposto

pela Universidade de Berlin o qual consistia em demonstra experimentalmente as

equações de James Clerk Maxwell, durante os experimentos ele percebeu o surgimento

de corrente elétrica devido a emissão de luz em condutores. A nomenclatura “efeito

fotoelétrico” foi atribuída pelo físico italiano Augusto Righi em 1888 ao demonstrar que

quando dois elétrodos são expostos a uma radiação ultravioleta, atuam como um par

voltaico ou arco voltaico.

11

Figura 1:ilustração de um par voltaico.

Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfuCYAF/agentes-risco

Outro colaborador no estudo sobre o efeito fotoelétrico foi o assistente de Hertz,

o físico alemão Wilhelm Hallwachs. Ele observou que o comprimento da centelha

causada pela descarga elétrica entre duas esferas metálicas diminuía quando se escurecia

a sala do laboratório (figura 2) e tornava-se maior quando a sala era iluminada (figura 3).

Ele explicou esse fenômeno da seguinte forma: as cargas elétricas existentes na

superfície do metal, ao absorver a energia da onda eletromagnética, excitam-se a ponto

de conseguir sair do metal.

Figura 2: centelha elétrica em sala escura

Fonte: Barreto & Xavier - coleção Física aula por aula, V. 3

12

Figura 3: centelha elétrica em sala iluminada

Fonte: Barreto & Xavier - coleção Física aula por aula, V. 3

Nessa época, o elétron era desconhecido, pois essa partícula só foi descoberta em

1897 pelo físico britânico Joseph John Thomson. Foi nesse ano que as cargas elétricas

emitidas pela superfície metálica passaram a ser identificada como elétrons.

O físico de dupla nacionalidade, o hungaro-alemão Philipp Eduard Von Lenard

fez um profundo estudo experimental e chegou as seguintes conclusões sobre o efeito

fotoelétrico:

1ª luz de baixa frequência como a vermelha não consegue retira elétrons de uma

superfície metálica, enquanto luz de alta frequência como a violeta consegue (figura 4 e

5).

Figura 4

Fonte: Hewitt - Física Conceitual 9ª edição (adaptado)

Luz vermelha de

baixa frequência:

não ejeta

metal

Luz violeta de alta

frequência: ejeta

elétrons.

metal

13

Figura 5

Fonte: Hewitt - Física Conceitual 9ª edição (adaptado)

2ª o número total de elétrons emitidos é proporcional à intensidade da luz

incidente.

Ou seja, uma lâmpada residencial apesar de emitir luz branca que é composta de

todas as frequências, retira da superfície do metal uma pequena quantidade de elétrons,

pois possui baixa intensidade, já a luz do sol, alguns tipos de laser e até mesmo flash de

câmera fotográficas conseguem retirar uma grande quantidade de elétrons de uma

superfície metálica devido à alta intensidade luminosa que cada uma apresenta.

Figura 6: luz de alta frequência e alta intensidade

Fonte: http://sabedoriaquantica.blogspot.com.br/ 2 011/11 /fisica-quantica-para-todos-2.html

Figura 7: luz de alta frequência e baixa intensidade

Fonte: http://saberciencia.tecnico.ulisboa.pt/artigos/ciencia-em-acao-10.php (modificado)

3ª A energia cinética adquirida pelas cargas arrancadas de uma superfície

metálica também depende apenas da frequência da luz incidente, e não de sua

intensidade.

14

Figura 8: ilustra a velocidade do elétron em função da frequência

Fonte: http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/efeito-fotoeletrico (modificada)

Apesar de o efeito fotoelétrico ter sido detectado por vários cientistas, foi Albert

Einstein quem levou o Prêmio Nobel por apresentar uma explicação aceitável para o

fenômeno. Ele se baseou na teoria da radiação do corpo negro de Max Karl Ernst Ludwig

Planck e chegou à conclusão de que a luz é dividida em pequenas partes (quantum)

também chamadas de fótons. Assim, o número de fóton presente no feixe luminoso

controla o brilho do feixe (feixe de luz mais intenso maior número de fótons; feixe de luz

menos intenso menor número de fótons), enquanto a frequência da luz controla a energia

de cada fóton individual. Embora tenha se baseado na teoria de Planck Einstein descreveu

matematicamente o efeito fotoelétrico com uma equação na qual não aparecia a constante

de Planck.

Não muito satisfeito com a explicação apresentada por Einstein, o físico norte

americano Robert Andrews Millikan, tentou por meio de experimentos encontrar falhas

na teoria de Einstein. Assim, a energia cinética máxima de emissão corpúsculos sob a

influência da luz seria dada pela equação 1, na qual aparecia a constante de Planck. No

entanto, os resultados encontrados por Millikan, serviram para ratificar a teoria de

Einstein.

1/2𝑚𝑣² = ℎ𝑓 – 𝑝

Onde:

ℎf → Energia transferida para o elétron

𝑝 → energia gasta na extração do elétron do metal

1/2𝑚𝑣² →energia que o elétron sai da superfície

A energia gasta para retirada do elétron do metal é chamada de função trabalho

e a energia que o elétron sai da superfície é a energia cinética do elétron. Logo, a equação

1 pode ser escrita da seguinte forma:

𝐸 = ℎ𝑓 – 𝜑

Onde:

(Equação 1)

(Equação 2)

15

𝐸 → Energia cinética do elétron ejetado na superfície

ℎ𝑓 → Energia transferida para o elétron

𝑓 → Frequência da onda incidente

ℎ → Constante de Planck

𝜑 →Função trabalho

Como pode-se observar nas equações, a intensidade da luz não interfere no nível

de energia com que os elétrons são ejetados. No entanto, a intensidade luminosa está

relacionada a quantidade de elétrons que são retirados de determinado material. A energia

cinética de cada elétron fica a cargo da frequência da onda luminosa (onda

eletromagnética) que incide sobre o metal.

A função trabalho é a energia mínima necessária para extrair o elétron do

material. De forma clássica o elétron pode ser concebido como um corpo preso ao

material, podendo ser removido dele pela ação de um agente externo, que no caso é o

feixe de luz. No processo, o agente externo executa um trabalho sobre o elétron, que

emerge do material com energia cinética (E) que é a energia fornecida pelo agente,

descontadas as perdas de energia (função trabalho) ocorridas no processo de extração

(equação 2), se a função trabalho for igual a energia fornecida a energia cinética do elétron

será zero, logo ele não sairá da placa e o fenômeno não ocorrerá. Como a energia de um

elétron é muito pequena a unidade de medida utilizada para função trabalho é o elétron-

volt (eV). Um elétron-volt (1eV) é a unidade de energia equivalente a aproximadamente

a 1,602 x 10-19 J isso é equivale aproximadamente 3,8 x 10-20 calorias. Calculando a

energia em elétron-volt de um acarajé com recheio tem-se que um acarajé completo

incluindo a pimenta tem aproximadamente a energia de 1,0 x 1022 eV.

Função trabalho de alguns metais.

Elemento Função trabalho eV

Alumínio 4,08

Berílio 5,0

Cadmio 4,07

Cálcio 2,1

Carbono 8,81

Césio 2,1

Cobalto 5,0

Ouro 5,1

Ferro 4,5

Cobre 4,7

Magnésio 3,68

16

Níquel 5,01

Nióbio 4,3

Potássio 2,3

Platina 6,35

Sódio 2,28

Zinco 4,3

Dados do Handbook of Chemistry and Physics.

Figura 8 representa o espectro eletromagnético.

Fonte: http://labcisco.blogspot.com.br/2013/03/o-espectro-eletromagnetico-na-natureza.html (modifica)

A energia de uma onda luminosa está associada diretamente com a sua frequência,

quanto maior a frequência da onda maior será sua energia. É possível determinar tal

energia observando o espectro eletromagnético.

As ondas eletromagnéticas de baixas frequências, até cerca de 108 Hz, são

denominadas de ondas de rádio. São denominadas dessa forma porque são

utilizadas para fazer as transmissões das estações de rádio

Micro-ondas são ondas de frequência bem mais elevadas que as frequências das

ondas de rádio. Essas ondas possuem frequências compreendidas entre 108 Hz e

1011 Hz. Hoje essas ondas são utilizadas amplamente na fabricação dos aparelhos

de micro-ondas como também nas telecomunicações, transportando sinais de TV

via satélite ou transmissões telefônicas.

Radiação visível, as ondas eletromagnéticas que possuem frequência

compreendida entre 4,6 x 1014 Hz e 6,7 x 1014 são de extrema importância para

nós, seres humanos, pois elas são capazes de sensibilizar nossa visão, essas são as

chamadas radiações luminosas, ou seja, a luz. As radiações luminosas possuem

um pequeno espaço no espectro eletromagnético. Sendo assim, os olhos humanos

não conseguem ver o restante das radiações que compõe o espectro

17

eletromagnético, é a partir daqui que se encontram ondas com energia suficiente

para que ocorra o efeito fotoelétrico.

Radiação ultra violeta, as frequências dessa radiação são superiores às da região

visível ao olho humano. Essas radiações são emitidas pelos raios solares. Por não

serem visíveis os raios ultravioletas podem causar sérios danos à visão humana.

Em síntese, para que ocorra o efeito fotoelétrico é necessário que a luz incidente

tenha frequência necessária para vencer a função trabalho a qual depende de cada

material.

Quanto maior a frequência da luz, maior será a velocidade de escape do

elétron, consequentemente maior energia cinética.

Quanto maior a intensidade da luz, maior a quantidade de elétrons

arrancados, logo maior a corrente de fotoelétrons.

Nos primeiros experimentos o efeito fotoelétrico só ocorria na presença de ondas

de alta frequência como a radiação ultravioleta. Com o desenvolvimento científico e

tecnológico tornou-se possível a fabricação de células fotoelétricas que reagem à luz

visível e até aos raios infravermelhos, isso possibilitou um aumento no uso de dispositivos

fotoelétricos cujo funcionamento ocorre da seguinte maneira: a luz incide no cátodo da

célula fotoelétrica, no circuito produz-se uma corrente elétrica que aciona um relé

apropriado. A combinação da célula fotoelétrica com um relé permite construir um sem-

número de dispositivos capazes de ver e distinguir objetos.

Referências bibliográficas

BASSALO.J.M.F. Nascimento da Física (1901-1950) / Belém: EDUFPA.2000.

BONJORNO, Jose Roberto. et al. Eletromagnetismo Física Moderna. 3ª ed. São Paulo:

FTD, 2016. p. 230-233.

COMO FUNCIONAM OS SENSORES FOTOELÉTRICOS (ART644). Disponível em:

http://www. newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/4883-art644. Acesso em.

28 agosto 2017.

ENTENDA COMO A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA AJUDA A GARANTIR

A SEGURANÇA EM ESTRADAS E RODOVIAS. Disponível em:

http://www.ocaenergia.com/blog /transportes/entenda-como-energia-solar-fotovoltaica-

ajuda-garantir-seguranca-em-estradas-e-rodovias/. Acesso em 03 setembro. 2017.



MARTINI, Glorinha. et al. Conexão com a Física. 3ªed. São Paulo: Moderna, 2016. p.

243-248.

O EFEITO FOTOELÉTRICO. Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-

efeito-fotoeletri co.htm. Acesso em 05 setembro 2017.

18

ROCHA, José Fernando M. (Org). et al. Origens e Evolução das Ideias da Física.

Salvador: EDUFBA, 2015. p. 242-246.

ROSA, Vinícius Bernardo. APLICAÇÃO COMPUTACIONAL PARA O

IMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ISOLADOS.2014.87 p.

monografia file:///C:/Users/User/Desktop /mestrado /Energia% 20e te/Rosa% 202014,

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, Rio de Janeiro, 2014.1.

Disponível em: <http ://file:///C:/Users/Use r/Desktop /me trado/Energia.%20e %20 meio

%20ambiente /Rosa% 202014>.Acesso em: 20 agosto 2017.

SOARES, Joana Menara Souza. Analise Histórica do Efeito Fotoelétrico em livros

didáticos de Física do Ensino Médio: Analise Histórica do Efeito Fotoelétrico em livros

didáticos de Física do Ensino Médio. 2014. 45 f. Monografia (Licenciatura em Física) -

Universidade Estadual da Paraíba, [S.l.], 2014. 1. Disponível

em:<http://file:///C:/Users/User/Desktop/mestrado/Processos

%20e%20sequências%20de%20ensino%20e%2 aprendizagem%20

em%20Física%20no% 20

Ensino%20Médio/Contextualização%20efeito%20foto%20eletrico.pdf>.Acessoem:16

de agosto 2017.

TAKAHASHI, Yukyo Pereira. Inserção de Um Tópico de Física Moderna no Ensino

Médio: Desenvolvimento de Uma Sequência Didática Sobre o Efeito Fotoelétrico. 2015.

75f. Monografia (Licenciatura em Física) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Disponível em: http://reposito

rio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/4873/1/CT_COFIS_2015_1_05.pdf. Acesso em:

18 agosto 2017.

VIEIRA, Cássio Leite. Einstein: o Reformulador do Universo. São Paulo: Odysseus,

2003. p. 70-76.

19

Sistematização do tema com o auxílio do applet efeito fotoelétrico

Objetivo: Mostra em escala macroscópica o modelo do funcionamento do efeito fotoelétrico

Fotos: Do applet e do applet projetado na lousa.

Aulas 6


Objetivos – Verificar se os estudantes relacionam o descarregamento do eletroscópio ao efeito

fotoelétrico.

Conteúdo – Efeito Fotoelétrico

Recursos instrucionais

Eletroscópios;

Balões de festa;

Cabelo dos estudantes;

Blusa da farda;

Papel higiênico;

Luz do sol.

Motivação – explicar o porquê que o eletroscópio descarrega na presença da luz solar.

Momentos:

1º

Mom

ento

Organizar a sala em pequenos grupos e entregar a cada grupo um eletroscópio, balões de

festa e papel higiênico ou guardanapo.

Tempo: 10 min

20

2º

Mo

men

to Pedir a cada grupo que carregue o eletroscópio.

Tempo: 10 min

3º

Mo

men

to Pedir a cada grupo que leve o eletroscópio a presença da luz solar e observar o que

acontece.

Tempo: 10 min

4º

Mo

men

to Pedir para cada aluno explicar o porquê do fenômeno observado.

Tempo: 20 min

Dinâmica da aula: Inicia-se a aula com a organização dos grupos, despois dos grupos

organizados o professor faz a entrega do eletroscópio, dos balões de festas e do papel higiênico

ou guardanapo de forma igual para todos os grupos. Feito a entrega do material o professor pedirá

para os estudantes eletrizar os balões usando o papel higiênico ou guardanapo, a blusa da farda e

o cabelo, após eletrizar os balões os estudantes devem tocá-los no eletroscópio até que as lâminas

fiquem afastadas, o que indica que o eletroscópio está carregado. Após isso, o professor pedirá

aos estudantes que leve o eletroscópio carregado até a presença da luz solar e observar o que

acontece. Assim que o professor perceber que o eletroscópio descarregou ele pedirá a cada

estudante que explique o porquê que o eletroscópio descarregou na presença da luz solar.

Fotos:

21

Aulas 7 e 8


Objetivos - Abordar implicações sociais e ou ambientais relacionados ao efeito fotoelétrico.

Conteúdo – Efeito Fotoelétrico.

Recursos instrucionais:

Texto impresso;

Questionário;

Vídeo;

Notebook;

Data show,

Lousa;

Pincel atômico.

Motivação – Texto O efeito fotoelétrico no dia a dia.

Momentos:

1º

Mom

ento

O professor entrega a cada aluno uma copio do texto O efeito fotoelétrico no dia a dia e

pedirá para os estudantes fazerem a leitura.

Tempo: 30 min

2º

Mom

ento

Após a leitura do texto, o professor fará uma discussão sobre a transformação da energia

solar em energia elétrica por meio das células fotovoltaica, salientando que o maior

parque de células solares do Brasil se encontra na Bahia na cidade de Bom Jesus da Lapa.

Tempo: 40 min

3º

Mom

ento

O professor passará parte do vídeo (a partir do 10º minuto) La televisión – el rayos

catódicos, para mostra a atuação do efeito fotoelétrico na formação de imagens de

televisores de tubo.

Tempo: 15 min

4º

Mo

men

to O professor pedirá para os alunos responderem as questões anexadas ao texto O efeito

fotoelétrico no dia a dia.

Tempo: 15 min

22

Comentários e sugestões: No 2º momento da aula é aconselhável que o professor utilize

imagens de células fotovoltaica ou faça referencias as imagens encontradas no texto O efeito

fotoelétrico no dia a dia para facilitar as explicações e a compreensão por parte dos estudantes.

Dinâmica da aula: A aula inicia com a leitura do texto O efeito fotoelétrico no dia a dia, nesse

momento o professor deve deixa os estudantes fazerem a leitura com calma de forma que eles

possam compreender o que estão lendo. Após a leitura o fará uma discussão sobre a transformação

da energia solar em energia elétrica dispondo de imagens que ilustre o uso das células

fotovoltaicas, em seguida o professor iniciará o vídeo La televisión – el rayos catódicos, a parte

do 10º minuto até final, totalizando 7min e 47 s de vídeo, esse vídeo mostra de forma baste clara

o modelo do efeito fotoelétrico na formação de imagens de televisores de tubo. Para finalizar o

professor pedirá que os estudantes respondam as questões que estão anexadas ao texto.

Leitura do texto O efeito fotoelétrico no dia a dia

Objetivo: Mostra que o efeito fotoelétrico está presente no cotidiano dos estudantes.

Texto:

O efeito fotoelétrico no dia a dia

A descoberta do efeito fotoelétrico teve grande importância para a compreensão

mais profunda da natureza da luz. Porém, não ficou somente o valor científico, teve

implicações tecnológicas e sociais, permitindo o aperfeiçoamento da produção e

melhoraria das condições de trabalho e de vida da sociedade.

As implicações do efeito fotoelétrico estão nas diversas áreas. Por exemplo, no

cinema possibilitou a transmissão de imagens animadas (televisão), criando o cinema

falado, mas como isso é possível? No interior dos televisores, especialmente os mais

antigos, há um tubo emissor de elétrons, o qual tem na sua frente uma placa que é varrida

por um feixe de elétrons, a parte interna do tubo é revestida por uma película condutora

ligada a um polo positivo, logo após tem uma película foto condutora que fica no meio

de um campo elétrico no qual a película condutora é o lado positivo. Quando a placa é

atingida por elétrons ela emite luz, esta luz faz com que elétrons da película foto

condutora sejam arrancados, os elétrons ejetados vão gerar pulsos elétricos que por sua

vez serão convertidos em som e imagem.

23

Figura 1: parte interna de uma televisor antigo

Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/imagem-no-tubo-tv.htm

Na indústria, o emprego de aparelhos fotoelétricos permitiu construir maquinaria

capaz de produzir peças sem intervenção alguma do homem, controlando as dimensões

das peças com maior precisão (há uma aspecto importante de ser destacado que a

automatização da produção, reduz a oferta de emprega, gerando maior desemprego e

maior lucro para os empresários). Além disso, também se emprega as células

fotoelétricas em máquinas buscando reduzir os acidentes com os operadores. Neste caso,

ela faz parar quase instantaneamente uma prensa potente e de grande porte se, digamos,

o braço de um operário se encontrar, por casualidade, na zona de perigo, previamente

estabelecida.

É graças as células fotoelétricas que a iluminação pública acende e apaga

automaticamente, dispensando a intervenção humana (conforme a discussão que foi

feita). Mas também permite a geração de energia elétrica, dispensando o uso da energia

da rede convencional. Esse é o caso da iluminação que é apresentada na figura 2. Nela é

possível perceber o uso da placas com células fotovoltaicas (placas no alto dos postes),

em conjunto com baterias (armazenadores de energia elétrica) que permitem a iluminação

por toda a noite de uma rodovia inteira. Com isso, os motoristas têm maior visibilidade

da rodovia, evitando acidentes com pessoas ou animais que transitam por ela. Além disso,

não há gasto de energia da rede convencional (perceba que não há cabos e fios entre os

postes), pois toda energia usada na iluminação é gerada pelas células.

Figura 2: rodovia com iluminação noturna

Fonte: http://www.slc.philips.com/products/solar

24

Figura 3: residência utilizando energia solar

http://www.intti.com.br/site/

O efeito fotoelétrico também é usado no controle de velocidade por meio de

radares instalados nas estradas o que faz reduzir significativamente o número de acidentes

e mortes no trânsito. Conforme mostra os dados da Superintendência de Trânsito de

Salvador (Transalvador), em cinco anos, acidentes de trânsito caíram pela metade em

Salvador devido à instalação de radares eletrônicos na capital baiana. Duas das principais

avenidas de Salvador e que passam, juntas, por quase 15 bairros, registraram, nos últimos

cinco anos, uma queda de mais de 60% no número de acidentes de trânsito. Na Bonocô,

a redução entre 2012 e 2016 foi de 65%; já na Octávio Mangabeira, que passa pela Orla,

a queda foi de 64%.

A figura 3 ilustra uma residência que usufrui da transformação da luz em energia

elétrica. No teto da casa tem um painel solar constituído por várias células solares

associadas em série e em paralelo para que a tensão elétrica se iguale a da rede de

distribuição. Esse painel absorve a energia dos raios solares e a converte em energia

elétrica, mas a corrente elétrica fornecida pelo painel é contínua (CC). No entanto a

corrente continua passa por um inversor de corrente e é convertida em corrente alternada

(CA) que é a corrente utilizada nos equipamentos eletroeletrônicos e também a da rede

de distribuição. Se o painel solar produzir mais energia do que é consumida na casa o

restante é mandado para rede de distribuição, ou seja, é vendido para a Coelba que lhe

pagará com descontos na conta de luz.

O maior parque para geração de energia solar do Brasil está localizado em Bom

Jesus da Lapa, o local foi escolhido por apresentar o maior índice de radiação solar do

país. O parque tem a capacidade de gerar energia para abastecer 166000 casas.

25


1º) você conhece algum dispositivo que acredita que utilize o mesmo efeito para

funcionar?

2º) Em quais situações do seu dia a dia o efeito fotoelétrico está presente?

3º) Faça uma relação dos equipamentos eletroeletrônicos que acredita funcionar com o

auxílio do efeito fotoelétrico?

Referências bibliográficas

APLICAÇÃO DO EFEITO FOTOELÉTRICO. Disponível em: https:// www.algosobre.

com.br/física/a plicacao-do-efeito-fotoeletrico.html. Acessado em. 07 setembro 2017.

BASSALO.J.M.F. Nascimento da Física (1901-1950) / Belém: EDUFPA.2000.

BONJORNO, Jose Roberto. et al. Eletromagnetismo Física Moderna. 3ª ed. São Paulo:

FTD, 2016. p. 230-233.

COMO FUNCIONAM OS SENSORES FOTOELÉTRICOS (ART644). Disponível em:

http://www. newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/4883-art644. Acesso em.

28 agosto 2017.

ENTENDA COMO A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA AJUDA A GARANTIR

A SEGURANÇA EM ESTRADAS E RODOVIAS. Disponível em: http://www.oca

energia.com/blog/transportes/entenda-como-energia-solar-fotovoltaica-ajuda-garantir-se

guranca-em-estradas-e-rodovias/. Acesso em 03 setembro. 2017.



MARTINI, Glorinha. et al. Conexão com a Física. 3ªed. São Paulo: Moderna, 2016. p.

243-248.

O EFEITO FOTOELÉTRICO. Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-

efeito-fotoeletri co.htm. Acesso em 05 setembro 2017.

26

ROCHA, José Fernando M. (Org). et al. Origens e Evolução das Ideias da Física.

Salvador: EDUFBA, 2015. p. 242-246.

ROSA, Vinícius Bernardo. APLICAÇÃO COMPUTACIONAL PARA O

IMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ISOLADOS.2014.87 p.

monografia file:///C:/U sers/User/Desktop /mestrado /Energia% 20e te/Rosa% 202014,

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, Rio de Janeiro, 2014.1.

Disponível em: <http ://file:///C:/Users/Use r/Desktop /me trado/Energia.%20e %20 meio

%20ambiente/Rosa%202014>.Acesso em: 20 agosto 2017.

SOARES, Joana Menara Souza. Analise Histórica do Efeito Fotoelétrico em livros

didáticos de Física do Ensino Médio: Analise Histórica do Efeito Fotoelétrico em livros

didáticos de Física do Ensino Médio. 2014. 45 f. Monografia (Licenciatura em Física) –

Universidade Estadual da Paraíba, [S.l.], 2014. 1. Disponível em: <http://file:///C:/

Users/User/Desktop/mestrado/Processos%20e%20sequências%20de%20ensino% 20e%

20aprendizagem%20em%20Física%20no%20Ensino%20Médio/Contextualização%20e

feito%20foto%20eletrico.pdf>. Acesso em: 16 de agosto 2017.

TAKAHASHI, Yukyo Pereira. Inserção de Um Tópico de Física Moderna no Ensino

Médio: Desenvolvimento de Uma Sequência Didática Sobre o Efeito Fotoelétrico. 2015.

75f. Monografia (Licenciatura em Física) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Disponível em: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/4873/1/CT_ COFIS

_2015_1_05.pdf. Acesso em: 18 agosto 2017.

VIEIRA, Cássio Leite. Einstein: o Reformulador do Universo. São Paulo: Odysseus,

2003. p. 70-76.

Aulas 9 e 10


Objetivo: Aplicar o conhecimento.

Conteúdo Físico: Efeito fotoelétrico.


Questionário;

Folha de papel ofício;

Motivação: Relato individual.

Momentos:

1º

Mo

men

to O professor começará a aula agradecendo aos alunos pela colaboração e participação e os

avisará que essas são as últimas aulas da Sequência de Ensino Investigativa e para

finalizar eles irão responder algumas questões referente ao que foi estudado e relatar o

que achou da SEI.

Tempo: 15 min

27

2º

Mo

men

to O professor entregará uma cópia do questionário aplicação do conhecimento a cada

estudante e pedirá para que responda individualmente.

Tempo: 35 min

3º

Mo

men

to O professor entregará a cada estudante uma folha de papel ofício em branco e pedirá para

cada um relatar o que achou da implementação da SEI.

Tempo: 50 min

Comentários e sugestões: O professor pode optar por atribuir pontuação nas atividades

realizadas em sala e sempre ficar atento para que um estudante não interfira nas respostas do

outro.

Atividade 1 - Aplicação do conhecimento

Objetivo: Verificar se houve aprendizado durante a implementação da SEI.


Nome: ________________________________________________________

Sexo: (__) F (__) M Idade:_____

1º) Na atividade experimental desenvolvida em sala de aula, foi dito que a luz apagava devido ao

calor do laser. Você concorda com isso? Explique sua resposta.

2º) Explique como as luzes dos postes são apagadas.

3º) A energia mínima necessária para liberar um elétron de um material por meio da incidência

de luz, também chamada de função trabalho, é uma característica de cada material. Para o

tungstênio, por exemplo, o valor dessa energia é de 4,58 eV. Assim, para que ocorra o efeito

fotoelétrico no tungstênio, é preciso ilumina-lo com luz que tenha fótons com, no mínimo, essa

energia, o que corresponde a luz ultravioleta de 1,1x1015 Hz, pois:

28

𝐸 = ℎ𝑓 → f = 𝐸

ℎ =

4,58 𝑒𝑉

4,1𝑥10−15 𝑒�̀� = 1,1𝑥1015 𝐻𝑧.

Utilize os valores das energias mínimas de cada um dos materiais apresentados a seguir para

descobrir com que luz ele deve ser iluminado para começar a emitir elétrons:

a) Platina: energia mínima = 6,35 eV;

b) Prata: energia mínima = 4,74 eV;

c) Potássio: energia mínima = 2,20 eV;

d) Césio: energia mínima = 1,90 eV;

4º) Explique o motivo pelo qual o eletroscópio descarrega quando exposto ao sol.

29

Atividade 2 – Relato livre

Objetivo: Verificar quais impressões os estudantes tiveram sobre as aulas.

Relato livre sobre a implementação

Nome: ________________________________________________________

Sexo: (__) F (__) M Idade:_____

Faça um relato das impressões sobre as aulas referente ao efeito fotoelétrico. Destaque tudo que

é importante, principalmente aspectos positivos e negativos. Esse relato não é critério de avaliação

de vocês, mas é importante para a compreensão da estrutura da Sequência Didática que foi

trabalhada em sala de aula. Obrigado!

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ UESC … · ETAPAS MOMENTOS COMENTÁRIOS AULA 1. ... poderá...

Documents

Transcript of UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ UESC … · ETAPAS MOMENTOS COMENTÁRIOS AULA 1. ... poderá...