2009volume2 Cadernodoprofessor Fisica Ensinomedio 3aserie Caderno

caderno do

volume 2 - 2009

PROFESSOR

3a SRIE

FSI

caensino mdio

FISICA_CP_3AS_VOL2.indd 1 4/23/09 10:24:31 AM

GovernadorJos Serra

Vice-GovernadorAlberto Goldman

Secretrio da EducaoPaulo Renato Souza

Secretrio-AdjuntoGuilherme Bueno de Camargo

Chefe de GabineteFernando Padula

Coordenadora de Estudos e NormasPedaggicasValria de Souza

Coordenador de Ensino da RegioMetropolitana da Grande So PauloJos Benedito de Oliveira

Coordenadora de Ensino do InteriorRubens Antonio Mandetta

Presidente da Fundao para oDesenvolvimento da Educao FDEFbio Bonini Simes de Lima

A Secretaria da Educao do Estado de So Paulo autoriza a reproduo do contedo do material de sua titularidade pelas demais secretarias de educao do pas, desde que mantida a integridade da obra e dos crditos, ressaltando que direitos autorais protegi-dos* devero ser diretamente negociados com seus prprios titulares, sob pena de infrao aos artigos da Lei no 9.610/98.

* Constituem direitos autorais protegidos todas e quaisquer obras de terceiros reproduzidas no material da SEE-SP que no estejam em domnio pblico nos termos do artigo 41 da Lei de Direitos Autorais.

Catalogao na Fonte: Centro de Referncia em Educao Mario Covas

S239c So Paulo (Estado) Secretaria da Educao.

Caderno do professor: fsica, ensino mdio - 3a srie, volume 2 / Secretaria da Edu-cao; coordenao geral, Maria Ins Fini; equipe, Guilherme Brockington, Estevam Rouxinol, Iv Gurgel, Lus Paulo de Carvalho Piassi, Marcelo de Carvalho Bonetti, Maurcio Pietrocola Pinto de Oliveira, Maxwell Roger da Purificao Siqueira, Yassuko Hosoume. So Paulo : SEE, 2009.

ISBN 978-85-7849-263-2

1. Fsica 2. Ensino Mdio 3. Estudo e ensino I. Fini, Maria Ins. II. Brockington, Guilherme. III. Rouxinol, Estevam. IV. Gurgel, Iv. V. Piassi, Lus Paulo de Carvalho. VI. Bonetti, Marcelo de Carvalho. VII. Oliveira, Maurcio Pietrocola Pinto de. VIII. Siqueira, Maxwell Roger da Purificao. IX. Hosoume, Yassuko. X. Ttulo.

CDU: 373.5:53

EXECUO

Coordenao GeralMaria Ins Fini

Concepo

Guiomar Namo de Mello

Lino de Macedo

Luis Carlos de Menezes

Maria Ins Fini

Ruy Berger

GESTO

Fundao Carlos Alberto Vanzolini

Presidente do Conselho Curador:Antonio Rafael Namur Muscat

Presidente da Diretoria Executiva:Mauro Zilbovicius

Diretor de Gesto de Tecnologias aplicadas Educao:Guilherme Ary Plonski

Coordenadoras Executivas de Projetos:Beatriz Scavazza e Angela Sprenger

COORDEnAO TCniCA

CENP Coordenadoria de Estudos e Normas Pedaggicas

Coordenao do Desenvolvimento dos Contedos Programticos e dos Cadernos dos Professores

Ghisleine Trigo Silveira

AUTORES

Cincias Humanas e suas Tecnologias

Filosofia: Paulo Miceli, Luiza Christov, Adilton Lus Martins e Ren Jos Trentin Silveira

Geografia: Angela Corra da Silva, Jaime Tadeu Oliva, Raul Borges Guimares, Regina Araujo, Regina Clia Bega dos Santos e Srgio Adas

Histria: Paulo Miceli, Diego Lpez Silva, Glaydson Jos da Silva, Mnica Lungov Bugelli e Raquel dos Santos Funari

Sociologia: Heloisa Helena Teixeira de Souza Martins, Marcelo Santos Masset Lacombe, Melissa de Mattos Pimenta e Stella Christina Schrijnemaekers

Cincias da natureza e suas Tecnologias

Biologia: Ghisleine Trigo Silveira, Fabola Bovo Mendona, Felipe Bandoni de Oliveira, Lucilene Aparecida Esperante Limp, Maria Augusta Querubim Rodrigues Pereira, Olga Aguilar Santana, Paulo Roberto da Cunha, Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira e Solange Soares de Camargo

Cincias: Ghisleine Trigo Silveira, Cristina Leite, Joo Carlos Miguel Tomaz Micheletti Neto, Julio Czar Foschini Lisba, Lucilene Aparecida Esperante Limp, Mara Batistoni e Silva, Maria Augusta Querubim Rodrigues Pereira, Paulo Rogrio Miranda Correia, Renata Alves Ribeiro, Ricardo Rechi Aguiar, Rosana dos Santos Jordo, Simone Jaconetti Ydi e Yassuko Hosoume

Fsica: Luis Carlos de Menezes, Sonia Salem, Estevam Rouxinol, Guilherme Brockington, Iv Gurgel, Lus Paulo de Carvalho Piassi, Marcelo de Carvalho Bonetti, Maurcio Pietrocola Pinto de Oliveira, Maxwell Roger da Purificao Siqueira e Yassuko Hosoume

Qumica: Denilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza, Hebe Ribeiro da Cruz Peixoto, Isis Valena de Sousa Santos, Luciane Hiromi Akahoshi, Maria Eunice Ribeiro Marcondes, Maria Fernanda Penteado Lamas e Yvone Mussa Esperidio

Linguagens, Cdigos e suas Tecnologias

Arte: Geraldo de Oliveira Suzigan, Gisa Picosque, Jssica Mami Makino, Mirian Celeste Martins e Sayonara Pereira

Educao Fsica: Adalberto dos Santos Souza, Jocimar Daolio, Luciana Venncio, Luiz Sanches Neto, Mauro Betti e Srgio Roberto Silveira

LEM ingls: Adriana Ranelli Weigel Borges, Alzira da Silva Shimoura, Lvia de Arajo Donnini Rodrigues, Priscila Mayumi Hayama e Sueli Salles Fidalgo

Lngua Portuguesa: Alice Vieira, Dbora Mallet Pezarim de Angelo, Eliane Aparecida de Aguiar, Jos Lus Marques Lpez Landeira e Joo Henrique Nogueira Mateos

Matemtica

Matemtica: nlson Jos Machado, Carlos Eduardo de Souza Campos Granja, Jos Luiz Pastore Mello, Roberto Perides Moiss, Rogrio Ferreira da Fonseca, Ruy Csar Pietropaolo e Walter Spinelli

Caderno do GestorLino de Macedo, Maria Eliza Fini e Zuleika de Felice Murrie

Equipe de Produo

Coordenao Executiva: Beatriz Scavazza

Assessores: Alex Barros, Antonio Carlos Carvalho, Beatriz Blay, Carla de Meira Leite, Eliane Yambanis, Heloisa Amaral Dias de Oliveira, Jos Carlos Augusto, Luiza Christov, Maria Eloisa Pires Tavares, Paulo Eduardo Mendes, Paulo Roberto da Cunha, Pepita Prata, Renata Elsa Stark, Solange Wagner Locatelli e Vanessa Dias Moretti

Equipe Editorial

Coordenao Executiva: Angela Sprenger

Assessores: Denise Blanes, Luis Mrcio Barbosa

Projeto Editorial: Zuleika de Felice Murrie

Edio e Produo Editorial: Conexo Editorial, Aeroestdio, Verba Editorial, Aeroestdio e Occy Design (projeto grfico).

APOiOFDE Fundao para o Desenvolvimento da Educao

CTP, impresso e AcabamentoImprensa Oficial do Estado de So Paulo


Prezado(a) professor(a),

Vinte e cinco anos depois de haver aceito o convite do nosso saudoso e querido Governador Franco Montoro para gerir a Educao no Estado de So Paulo, nova-mente assumo a nossa Secretaria da Educao, convocado agora pelo Governador Jos Serra. Apesar da notria mudana na cor dos cabelos, que os vinte e cinco anos no negam, o que permanece imutvel o meu entusiasmo para abraar novamente a causa da Educao no Estado de So Paulo. Entusiasmo alicerado na viso de que a Educao o nico caminho para construirmos um pas melhor e mais justo, com oportunidades para todos, e na convico de que possvel realizar grandes mudanas nesta rea a partir da ao do poder pblico.

Nos anos 1980, o nosso maior desafio era criar oportunidades de educao para todas as crianas. No perodo, tivemos de construir uma escola nova por dia, uma sala de aula a cada trs horas para dar conta da demanda. Alis, at recentemente, todas as polticas recomendadas para melhorar a qualidade do ensino concentravam-se nas condies de ensino, com a expectativa de que viessem a produzir os efeitos desejados na aprendiza-gem dos alunos. No Brasil e em So Paulo, em particular, apesar de no termos atingido as condies ideais em relao aos meios para desenvolvermos um bom ensino, o fato que estamos melhor do que h dez ou doze anos em todos esses quesitos. Entretanto, os indicadores de desempenho dos alunos no tm evoludo na mesma proporo.

O grande desafio que hoje enfrentamos justamente esse: melhorar a qualidade de nossa educao pblica medida pelos indicadores de proficincia dos alunos. No estamos ss neste particular. A maioria dos pases, inclusive os mais desenvolvidos, es-to lidando com o mesmo tipo de situao. O Presidente Barack Obama, dos Estados Unidos, dedicou um dos seus primeiros discursos aps a posse para destacar exata-mente esse mesmo desafio em relao educao pblica em seu pas.

Melhorar esses indicadores, porm, no tarefa de presidentes, governadores ou secretrios. dos professores em sala de aula no trabalho dirio com os seus alunos. Este material que hoje lhe oferecemos busca ajud-lo nesta sua misso. Foi elaborado com a ajuda de especialistas e est organizado em bimestres. O Caderno do Professor oferece orientao completa para o desenvolvimento das Situaes de Aprendizagem propostas para cada disciplina.

Espero que este material lhe seja til e que voc leve em considerao as orientaes didtico-pedaggicas aqui contidas. Estaremos atentos e prontos para esclarecer suas dvidas e acatar suas sugestes para melhorar a eficcia deste trabalho.

Alcanarmos melhores indicadores de qualidade em nosso ensino uma questo de honra para todos ns. Juntos, haveremos de conduzir nossas crianas e jovens a um mundo de melhores oportunidades por meio da educao.

Paulo Renato Souza Secretrio da Educao do Estado de So Paulo


SumRioSo Paulo faz escola uma Proposta Curricular para o Estado 5

Ficha do Caderno 7

orientao sobre os contedos do bimestre 8

Tema 1 Campos e foras eletromagnticas 10

Situao de Aprendizagem 1 Conhecendo as linhas de campo do m 10

Situao de Aprendizagem 2 Campo magntico de uma corrente eltrica 14

Situao de Aprendizagem 3 Gerando eletricidade com um m 19

Grade de Avaliao 23

Propostas de questes para aplicao em avaliao 24

Tema 2 motores e geradores (produo de movimento) 27

Situao de Aprendizagem 4 Construindo um motor eltrico 27

Situao de Aprendizagem 5 Entendendo os geradores eltricos 31

Grade de Avaliao 34


Tema 3 Produo e consumo de energia eltrica 38

Situao de Aprendizagem 6 Compreendendo o funcionamento das usinas eltricas 38

Situao de Aprendizagem 7 Compreendendo uma rede de transmisso 41

Situao de Aprendizagem 8 Energia eltrica e uso social 44

Grade de Avaliao 49


Proposta de Situao de Recuperao 53

Recursos para Ampliar a Perspectiva do Professor e do Aluno para a Compreenso do Tema 54


5So PAulo FAz ESColA umA PRoPoSTA CuRRiCulAR PARA o ESTAdo

Prezado(a) professor(a),

com muita satisfao que apresento a todos a verso revista dos Cadernos do

Professor, parte integrante da Proposta Curricular de 5a a 8a sries do Ensino Fun-

damental Ciclo II e do Ensino Mdio do Estado de So Paulo. Esta nova verso

tambm tem a sua autoria, uma vez que inclui suas sugestes e crticas, apresentadas

durante a primeira fase de implantao da proposta.

Os Cadernos foram lidos, analisados e aplicados, e a nova verso tem agora a medida

das prticas de nossas salas de aula. Sabemos que o material causou excelente impacto

na Rede Estadual de Ensino como um todo. No houve discriminao. Crticas e suges-

tes surgiram, mas em nenhum momento se considerou que os Cadernos no deveriam

ser produzidos. Ao contrrio, as indicaes vieram no sentido de aperfeio-los.

A Proposta Curricular no foi comunicada como dogma ou aceite sem restrio. Foi

vivida nos Cadernos do Professor e compreendida como um texto repleto de significa-

dos, mas em construo. Isso provocou ajustes que incorporaram as prticas e conside-

raram os problemas da implantao, por meio de um intenso dilogo sobre o que estava

sendo proposto.

Os Cadernos dialogaram com seu pblico-alvo e geraram indicaes preciosas para

o processo de ensino-aprendizagem nas escolas e para a Secretaria, que gerencia esse

processo.

Esta nova verso considera o tempo de discusso, fundamental implantao

da Proposta Curricular. Esse tempo foi compreendido como um momento nico,

gerador de novos significados e de mudanas de ideias e atitudes.


6Os ajustes nos Cadernos levaram em conta o apoio a movimentos inovadores, no

contexto das escolas, apostando na possibilidade de desenvolvimento da autonomia

escolar, com indicaes permanentes sobre a avaliao dos critrios de qualidade da

aprendizagem e de seus resultados.

Sempre oportuno relembrar que os Cadernos espelharam-se, de forma objetiva,

na Proposta Curricular, referncia comum a todas as escolas da Rede Estadual, reve-

lando uma maneira indita de relacionar teoria e prtica e integrando as disciplinas

e as sries em um projeto interdisciplinar por meio de um enfoque filosfico de Edu-

cao que definiu contedos, competncias e habilidades, metodologias, avaliao e

recursos didticos.

Esta nova verso d continuidade ao projeto poltico-educacional do Governo de

So Paulo, para cumprir as dez metas do Plano Estadual de Educao, e faz parte das

aes propostas para a construo de uma escola melhor.

O uso dos Cadernos em sala de aula foi um sucesso! Esto de parabns todos os que

acreditaram na possibilidade de mudar os rumos da escola pblica, transformando-a

em um espao, por excelncia, de aprendizagem. O objetivo dos Cadernos sempre ser

apoiar os professores em suas prticas de sala de aula. Posso dizer que esse objetivo foi

alcanado, porque os docentes da Rede Pblica do Estado de So Paulo fizeram dos

Cadernos um instrumento pedaggico com vida e resultados.

Conto mais uma vez com o entusiasmo e a dedicao de todos os professores, para

que possamos marcar a Histria da Educao do Estado de So Paulo como sendo

este um perodo em que buscamos e conseguimos, com sucesso, reverter o estigma que

pesou sobre a escola pblica nos ltimos anos e oferecer educao bsica de qualidade

a todas as crianas e jovens de nossa Rede. Para ns, da Secretaria, j possvel antever

esse sucesso, que tambm de vocs.

Bom ano letivo de trabalho a todos!

maria ins FiniCoordenadora Geral

Projeto So Paulo Faz Escola


7Ficha do cadernoequipamentos eltricos parte ii nome da disciplina: Fsica

rea: Cincias da Natureza e suas Tecnologias

etapa da educao bsica: Ensino Mdio

Srie: 3a

Perodo letivo: 2o bimestre de 2009

Temas e contedos: Interao entre eletricidade e magnetismo e conceito de campo eletromagntico

Unificao das teorias eltricas e magnticas

Funcionamento de motores e geradores eltricos; interaes entre os elementos constituintes e as transformaes de energia envolvidas

Processos de produo de energia eltrica em grande escala: princpios de funcionamento das usinas hidreltricas, termeltricas, elicas, nucleares etc. e seus impactos sociais (balano energtico, relao custo-benefcio)

Formas de transmisso da eletricidade a grandes distncias

Evoluo da produo, do uso social e do consumo de energia, relacionando-os aos desenvolvimentos econmico e tecnolgico e qualidade de vida ao longo do tempo


8oRiEnTAo SobRE oS ConTEdoS do bimESTREAs propriedades eltricas e magnticas

muitas vezes passam despercebidas em nosso dia a dia. Contudo, elas so necessrias para a compreenso de inmeros fenmenos pre-sentes no cotidiano, especialmente no mundo atual. Como seria o nosso mundo se no hou-vesse a interao eletromagntica?

O funcionamento de um motor eltrico, as informaes gravadas nos pen drives e a pro-duo de energia eltrica em grande escala dependem dessas interaes. Esses so apenas alguns exemplos que podem auxiliar na toma-da de conscincia da importncia de estudar fenmenos e modelos eletromagnticos e suas aplicaes.

Este Caderno inicia com atividades que do continuidade quelas propostas para o final do 1o bimestre, nas quais identificamos os campos eltricos e magnticos, propondo um aprofundamento na relao entre eles. Esse estudo realizado experimentalmente, fazendo uso de materiais simples e procu-rando desenvolver competncias no domnio da observao crtica, da tomada de dados, da interpretao conceitual, da percepo de as-pectos presentes nos modelos cientficos e da linguagem matemtica e cientfica.

A anlise mais detalhada do campo magn-tico tem incio com o estudo das propriedades de um m, por meio do mapeamento de sua influncia no espao com uso de limalhas de ferro. Em seguida, um novo estudo feito com uma bssola no entorno de um fio percorrido por corrente eltrica. As situaes de gerao da eletricidade com magnetismo, e vice-versa, levam ao conceito de campo eletromagntico.

A unificao da eletricidade e do magnetis-mo numa perspectiva histrica fecha essa pri-

meira parte. O conceito de campo uma das ideias mais importantes da Fsica do sculo XIX, fundamentando leis fsicas importantes. Seu conhecimento abre espao para a constru-o adequada de uma representao cientfica unificada das interaes, neste caso, eltricas e magnticas.

O tema seguinte aborda o funcionamento dos geradores e dos motores eltricos. Nesse estudo, os campos eletromagnticos so em-pregados como ferramentas conceituais para que se entenda a gerao de eletricidade pelo movimento e vice-versa.

A abordagem tambm feita a partir de ati-vidades experimentais com materiais simples. Experimentos com um motor simplificado e com um dnamo permitem manipular e en-saiar usos prticos da interao eletricidade--magnetismo, e permitem que se compreenda essa interao.

A ideia principal propiciar, alm do co-nhecimento de aspectos conceituais para uma posterior formalizao, a compreenso dos elementos bsicos dos principais aparelhos e equipamentos eltricos presentes em nosso cotidiano.

O tema final deste Caderno introduz o es-tudante no estudo dos modos de produo e transmisso de energia eltrica em grande es-cala. Eles so fundamentais para enfrentar os desafios do crescimento econmico e sua de-pendncia das fontes de energia.

A base de funcionamento de uma usina hi-dreltrica usada como modelo para o enten-dimento de diversos processos de produo de energia em grande escala, como os de usinas elicas, nucleares, termeltricas etc.


9Fsica - 3a srie - Volume 2

O estudo da matriz energtica do pas abre a possibilidade para situar o Brasil no cenrio econmico mundial e avaliar as medidas para a manuteno do crescimento sustentvel. Avaliar solues que garantam esse desenvol-vimento, com a preservao das condies de vida na Terra, depende da capacidade de pen-sar com base em informao especializada e de tomar decises com a clareza de que no exis-tem respostas absolutas aos problemas sociais da modernidade.

O desenvolvimento da competncia de relacionar informaes para construir argu-mentao consistente est presente em vrios momentos do desenvolvimento das atividades, particularmente naquele que trata da produ-o de energia qualidade de vida, no qual os alunos tero a oportunidade de debater, argu-

mentar e elaborar propostas sobre formas de reduzir o consumo de energia eltrica.

Este Caderno est dividido em trs partes: a primeira, com o tema Campos e foras eletro-magnticas, desenvolvida em trs Situaes de Aprendizagem; a segunda, com o tema Mo-tores e geradores (produo de movimento), desenvolvida em duas Situaes de Aprendiza-gem; e a terceira, com o tema Produo e con-sumo de energia eltrica, desenvolvida em trs Situaes de Aprendizagem. Em cada Situao de Aprendizagem, apresentam-se inicialmente um breve resumo e o quadro com a sntese das atividades propostas. Aps a explicitao do objetivo e do contexto da atividade, prope-se um roteiro a ser entregue aos alunos. Em segui-da, apresenta-se um encaminhamento da ao com a explicitao e abordagem sugeridas.


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TEmA 1 CAmPoS E FoRAS ElETRomAGnTiCAS O mundo moderno est repleto de fenme-

nos, processos e situaes que envolvem pro-priedades eltricas e magnticas da matria, apesar de no percebidas diretamente. Veja alguns exemplos nas seguintes questes: Por que uma bssola aponta sempre para o norte? Por que em um eletrom no h ms? Como uma usina hidreltrica produz energia a partir do movimento de queda dgua?

O estudo dos campos eltricos e magnti-cos, sua origem, sua interao com a matria e sua relevncia na tecnologia moderna consti-tuem os contedos escolhidos para este tema.

Assim, esta proposta abordar a eletrici-dade e o magnetismo de maneira unificada, destacando aspectos cientficos, histricos e prticos de suas inter-relaes.

Apresentao da proposta

Para o desenvolvimento deste tema, sero propostas trs Situaes de Aprendizagem que envolvem as relaes entre o magnetismo e a eletricidade a partir de investigaes com experimentos simples. A Situao de Aprendi-zagem 1 buscar observar e estudar as linhas de campo magntico por meio de uma bssola e de limalhas de ferro. A Situao de Aprendi-zagem 2 far uso de um pequeno circuito el-trico e uma bssola para realizar uma verso simplificada da experincia de Oersted, em que possvel observar os efeitos magnticos da eletricidade. Na Situao de Aprendizagem 3, com o uso de uma pequena bobina, um m e uma bssola, observaremos o fenmeno in-verso, ou seja, os efeitos eltricos do magnetis-mo, o que abre espao para a introduo da lei de induo de Faraday.

SITUAO dE APRENdIzAGEM 1 CONHECENdO AS LINHAS dE CAMPO dO M

Esta Situao de Aprendizagem tem como objetivo reconhecer as linhas de campo de um m e, a partir delas, estabelecer uma relao entre a distncia fonte e a intensidade de seu campo. A proposta investigar, a partir da con-

figurao de limalhas de ferro sobre um papel onde se encontra um m, a formao das li-nhas de campo, a orientao do campo magn-tico por meio da bssola em diversas posies e a determinao dos polos magnticos.


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Fsica - 3a srie - Volume 2

desenvolvimento da Situao de Aprendizagem

discuta os resultados com eles antes de iniciar a segunda parte da atividade.

Com os alunos ainda em grupos, realize a segunda parte da atividade, utilizando o m e as limalhas de ferro (que podem ser obtidas

Tempo previsto: 2 aulas.

Contedos e temas: campo magntico, linhas de campo e polos magnticos.

Competncias e habilidades: reconhecer e utilizar adequadamente smbolos, cdigos e representaes geomtricas da linguagem cientfica no estudo de campos magnticos e suas fontes; utilizar linguagem escrita para relatar experimentos e questes relativos identificao das caractersticas de campos magnticos; identificar fenmenos naturais, estabelecer relaes e identificar regularidades em fen-menos que envolvem magnetismo; utilizar procedimentos e instrumentos de observao, representar resultados experimentais, elaborar hipteses e interpretar resultados em experimentos que envolvem campo magntico.

Estratgias: elaborao de hipteses; realizao de atividades experimentais em grupo; discusso de resultados experimentais; verificao de hipteses; aplicao dos resultados em outras situaes.

Recursos: roteiro de atividade para discusso em grupo; material experimental: ms, bssola, limalha de ferro e papel em branco.

Avaliao: deve ser realizada levando em conta o relatrio de sntese da atividade e as respostas da-das pelos alunos ao questionrio. O envolvimento no desenvolvimento da atividade, por meio de sua participao, e suas contribuies para o enriquecimento das discusses em grupo, tambm podem ser avaliados.

Figura 1.

Comece a Situao de Aprendizagem por uma discusso coletiva na qual seja problema-tizada a ao distncia do m (fora atrati-va do m sobre os metais). Assim, os alunos percebero que existe uma interao entre o m e o objeto atrado. Em seguida, proponha a questo: Conseguiramos visualizar o campo criado pelo m? Ou: Como poderamos mate-rializar o campo criado pelo m? A partir des-sa questo, pode-se iniciar a discusso sobre as linhas de campo magntico, a determina-o dos polos magnticos e a fora magntica que altera a direo da agulha da bssola.

Em seguida, organize os alunos em grupos de at cinco alunos e entregue o roteiro 1. Pea que respondam s duas primeiras questes.

Lie A

. Kob

ayas

hi


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com palha de ao). Uma outra alternativa utilizar pequenos alfinetes, que devem ser es-palhados aos poucos. Em seguida, pea que

respondam s questes que sero discutidas na sequncia.

Roteiro 1 Conhecendo as linhas de campo do m

Voc sabe que o m exerce uma ao distncia sobre alguns materiais. Essa ao provocada por seu campo magntico. Para poder visualizar esse campo, vamos realizar uma pequena atividade.

materiais

Voc vai precisar de: um m em for-ma de barra, uma bssola, um pouco de limalha de ferro e uma folha de papel em branco.

1a Parte o que fazer?

mos obra

1. Fixe o papel na carteira ou em uma mesa e coloque o m sobre ele.

2. Marque o contorno do m no papel. Evite aproximar materiais metlicos para no prejudicar suas observaes.

3. Em seguida, aproxime a bssola do m at que ela sofra a ao do campo (apro-ximadamente 10 cm do m).

4. Marque a direo da agulha da bssola.

5. Repita esse procedimento para cerca de dez pontos diferentes, procurando atin-gir toda a rea ao redor do m.

Para uma melhor observao, deixe a bssola no mnimo a uma distncia de dois a trs centmetros do m.

Responda:

1. possvel, para cada ponto que voc tomou, traar mais de uma direo da agulha da bssola?

2. Com base nas observaes feitas, voc consegue prever a direo da agulha em outros pontos sem fazer novas medidas? Coloque a bssola sobre um desses pon-tos e veja se sua previso est correta.


1. Agora coloque sobre a mesa um m em forma de barra.

2. Cubra-o com uma folha de papel ofcio e espalhe sobre ela um pouco de limalha de ferro. A limalha deve ser espalhada de forma uniforme sobre o papel.

3. desenhe a figura que apareceu sobre a folha de papel.

Figura 2.

Lie A

. Kob

ayas

hi


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encaminhando a ao

Encaminhe a discusso da primeira parte proposta no roteiro de forma que os alunos possam perceber que, em cada ponto do es-pao, a agulha da bssola aponta em determi-nada direo (para cada ponto existe somente uma direo) e ainda que a determinao des-sa direo importante para compreender a interao magntica.

Na segunda parte, encaminhe a discusso de forma a caracterizar a natureza vetorial do campo eletromagntico. Os alunos devem compreender que as linhas do campo so uma forma de representao que permite analisar qualitativamente a sua intensidade e localizar os polos magnticos do m. Mostre que a re-presentao do campo pode ser feita de diver-

sas maneiras: numa das figuras anteriores, re-correu-se a uma fotografia de limalha de ferro lanada nas proximidades de um m. Pode-se utilizar tambm pontilhamento e sombreamen-to. As funes matemticas tambm so mui-to teis. Nesse ltimo caso, as expresses que representam o campo magntico de um m de barra so muito complexas e no precisam ser abordadas neste momento.

Esta uma boa oportunidade para se dis-cutir o modelo microscpico e explicar a ori-gem do campo magntico do m. Em recur-sos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno, h sugestes de material para essa discusso.

Faa uma relao com o campo magn-tico da Terra, mostrando que ela equiva-

4. Repita os procedimentos anteriores com um m circular e desenhe a figura que aparece com as limalhas de ferro.

Responda:

1. Que relao existe entre as direes que foram traadas com a bssola e as figu-ras representadas na ltima parte?

2. Conhecidas as linhas de campo com a utilizao da limalha, possvel deter-minar a direo que assumiria a agulha da bssola?

3. possvel determinar o polo norte e o polo sul do m?

4. Marque na figura a direo da agulha da bssola em cada ponto.

5. No final, faa uma sntese das suas ob-servaes, procurando destacar suas concluses sobre o que foi observado. Figura 3.

Lie A

. Kob

ayas

hi


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lente a um grande m, sendo possvel, com o auxlio da bssola, determinar seus polos magnticos. Enfatize que os polos magn-ticos da Terra no coincidem com os polos geogrficos.

Figura 4 Campo magntico da Terra.

Ao discutir o campo magntico da Terra, interessante salientar a sua intensidade, mos-trando o que aconteceria se o campo terres-tre fosse to intenso quanto o de um pequeno m. Problematize o fato de que no se pode encostar cartes de banco, disquetes, pen dri-

ves, fitas cassetes e outros objetos que arma-zenam informaes em ms, pois h risco de perder as informaes. Pode-se concluir que, devido baixa intensidade do campo magn-tico terrestre, possvel armazenar informa-es sem correr o risco de perd-las.

importante tambm que os alunos com-preendam que o campo magntico, tanto do m quanto da Terra, tridimensional. Para demonstrar isso, voc poder usar uma garra-fa PET cheia de gua com um pouco de lima-lha de ferro. Balance a garrafa para espalhar a limalha e, em seguida, coloque um m nas proximidades da garrafa. Nesse caso, um im circular ir fornecer melhores resultados. Os estudantes podero ver as linhas de campo tri-dimensionais ser formadas no interior da gar-rafa. O efeito fica mais acentuado se for usado detergente em vez de gua.

Caso haja tempo, seria interessante propor aos estudantes novas figuras de campos mag-nticos para que eles possam fazer estimativas de suas intensidades e determinar seus polos magnticos. Para o enriquecimento da discus-so, pode-se buscar ms em lojas de inform-tica e equipamentos eletrnicos para serem mapeados, como foi feito na Situao de Aprendizagem. Alguns ms podem tambm auxiliar a realizar uma atividade sobre a ine-xistncia de monopolos magnticos.

SITUAO dE APRENdIzAgEM 2 CAMPO MAgNTICO dE UMA CORRENTE ElTRICA

Esta Situao de Aprendizagem tem como objetivo o reconhecimento dos efeitos mag-nticos da corrente eltrica, com a posterior introduo do modelo microscpico da mat-ria para explicar a origem do magnetismo. A ideia mostrar a deflexo da agulha de uma

bssola quando um fio metlico percorrido por corrente eltrica (a experincia de Oersted). depois de terem reconhecido essa influncia, introduz-se a ideia da unificao dos fenme-nos eltricos e magnticos em uma teoria ni-ca, a do eletromagnetismo.

Lie A

. Kob

ayas

hi


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Para iniciar a discusso sobre a relao entre eletricidade e magnetismo, reproduza a tabela a seguir no quadro-negro:


Contedos e temas: campo magntico de uma corrente eltrica e suas caractersticas.

Competncias e habilidades: reconhecer e utilizar adequadamente smbolos, cdigos e representaes geomtricas da linguagem cientfica em situaes que envolvem corrente eltrica e campo magntico; utilizar linguagem escrita para relatar experimentos e questes que evidenciam a relao entre carga em movimento e campo magntico; identificar, estabelecer relaes e regularidades em fenmenos eletromagnticos; utilizar procedimentos e instrumentos de observao, representar resultados ex-perimentais, elaborar hipteses e interpretar resultados em situaes que envolvam interaes entre corrente eltrica e campo magntico.

Estratgias: realizao de atividades experimentais em grupo; leitura do guia de execuo dos experi-mentos; elaborao de hipteses de trabalho; anlise dos resultados e discusso com a classe.

Recursos: roteiro de atividade para discusso em grupo.

material experimental: bssola, limalha de ferro, folha de papel em branco, pedao de plstico rgido, pilha, fios de conexo e pedao de fio metlico rgido.

Avaliao: deve ser realizada levando em conta as respostas dadas pelos alunos s questes, a resoluo de exerccios, o relatrio de sntese final e o envolvimento do aluno no desenvolvimento da atividade, por meio de sua participao e das contribuies para o enriquecimento das discusses em grupo.

Eletricidade Magnetismo

Atrao de objetos a certa distncia SIM SIM

Apresenta situaes de atrao e de repulso SIM SIM

Pode ocorrer quando atritado SIM NO

Pode causar choques SIM NO

Atrai apenas um reduzido nmero de metais NO SIM

Pode ser usado para orientao geogrfica NO SIM

Tabela 1.


16

Com o auxlio dos alunos, complete a ta-bela com sim ou no, de modo que eles perce-bam algumas relaes entre a eletricidade e o magnetismo.

A partir da tabela, discuta com os alunos as semelhanas entre a eletricidade e o mag-netismo em termos de propriedades da mat-ria. Pode ser que apaream poucas sugestes. Por isso, incentive os alunos com questes tais como: Seria o calor o responsvel por originar a eletrizao ou magnetismo dos materiais? (O que no correto, embora possa ser plausvel, visto que muitos corpos podem ser eletrizados pelo atrito, que tambm aquece.) A ideia que

essa pergunta acompanhe os alunos ao longo da execuo da atividade.

Em seguida, organize grupos de no mxi-mo cinco alunos e entregue o roteiro 2. Au-xilie-os na montagem do experimento, obser-vando se os grupos esto realizando o que se pede no roteiro. Uma diferena importante a inexistncia de monopolos magnticos, ou seja, diferente das cargas + e , os polos N e S no podem existir separadamente. A ativida-de seguinte, do campo produzido por corren-te eltrica, mostrar como o N e o S surgem juntos e nunca separadamente.

Roteiro 2 Campo magntico de uma corren-te eltrica

Voc j notou que a eletricidade e o mag-netismo tm muito em comum? Corpos eletrizados e magnetizados podem gerar atrao e repulso. Em ambos os casos, essa interao ocorre distncia. Ser que exis-tem outras semelhanas entre ambos? Para ajud-lo a responder a essas questes, de-senvolva a seguinte atividade, anotando em seu caderno suas observaes.

materiais

Voc vai precisar de: uma bssola, pilha grande de 1,5 V, um pouco de limalha de ferro, folha de papel, cartolina ou pedao de plstico rgido para apoio, compasso, um pedao de fio metlico rgido, fios para co-nexo (opcional). Veja a figura do arranjo experimental.


mos obra

Passo 1 - Prenda ou apoie uma cartolina ou pedao de plstico em um suporte,

de tal maneira que ela fique na ho-rizontal.

Passo 2 - Faa um furo na cartolina e passe um fio condutor por ele, de modo que fique perpendicular superfcie da cartolina, ou seja, na vertical.

Passo 3 - Pegue uma folha de papel e colo-que sobre o apoio (cartolina ou plstico).

Passo 4 - Marque vrios pontos prximos ao fio, formando um crculo de aproximadamente 3 cm. Caso a bssola tenha mais de 3 cm, faa as marcaes com uma distncia maior, de tal maneira que a bs-sola no encoste no fio. Veja a su-gesto de montagem na figura 5 a seguir.

Passo 5 - Em seguida, com a pilha desco-nectada, mapeie o entorno do fio com uma bssola.

Passo 6 - Coloque-a sobre todos os pontos marcados, anotando a direo da agulha.


17


Responda:

1. Como se orienta a agulha da bssola em relao ao fio? desenhe em seu caderno a orientao da agulha em cada ponto, indicando os polos norte e sul.

Figura 5.


Passo 1 - Conecte os terminais do fio a uma pilha e refaa o procedimen-to anterior, anotando a direo da agulha da bssola.

Figura 6.

Passo 2 - Faa um desenho indicando a orientao da agulha da bssola em cada ponto. No deixe de in-dicar os polos norte e sul da bs-sola.

Responda:

1. A orientao da agulha permaneceu a mesma nos dois casos?


Passo 1 - Retire o papel e trace circunfe-rncias com auxlio de um com-passo. As circunferncias tero o centro no furo, passando por cada ponto em que foi colocada a bssola.

Passo 2 - Recoloque o papel no suporte e espalhe um pouco de limalha de ferro sobre ele.

Passo 3 - Em seguida, ligue os terminais do fio pilha.

Passo 4 - d leves petelecos no papel de modo a movimentar um pouco a limalha.

Passo 5 - Observe o que ocorre com a lima-lha de ferro.

Passo 6 - Faa o desenho da figura que aparece.

Passo 7 - Compare essa figura com a da Si-tuao de Aprendizagem 1, rela-cionada com as limalhas de ferro.

Responda:

1. A partir dessa comparao, o que voc consegue concluir sobre a passagem da corrente eltrica pelo fio?

2. O que voc prev que ir ocorrer se a corrente eltrica que percorre o fio for mais intensa?

3. Se a bssola for colocada a distncias cada vez maiores em relao ao fio, o que ir ocorrer com a orientao da agulha da bssola?

4. Podemos dizer que a intensidade do campo magntico a mesma em todos os pontos?

F

erna

ndo

Favo

retto

F

erna

ndo

Favo

retto


18

Encaminhando a ao

depois de terminarem a primeira parte do roteiro (nesse caso somente a montagem do experimento), discuta com eles a primeira questo, direcionando a discusso para a pre-sena do campo magntico da Terra. Indique que no h diferena da orientao da agu-lha nos diversos pontos, justamente devido presena do campo magntico terrestre (isso indica uma direo privilegiada da agulha, devido ao campo magntico da Terra). Aqui, possvel fazer uma discusso pautada na orientao a partir do campo magntico e do uso da bssola.

Oriente os alunos para executarem a se-gunda parte do roteiro, ou seja, ligar os termi-nais do fio pilha, observando a orientao da agulha da bssola.

Figura 7 A figura apresenta linhas de campo mag-ntico de um m em barra, evidenciadas pela exis-tncia de limalha de ferro.

5. Quais so as grandezas que influenciam na intensidade do campo magntico nesse caso?

Ao final da atividade, escreva um rela-trio sintetizando suas observaes e con-cluses.

Antes de iniciar qualquer discusso, orien-te-os para os passos seguintes da atividade, fazendo as observaes e respondendo s questes. A partir das respostas e das observa-es, inicie a discusso, buscando formalizar as observaes dos alunos.

Primeiro eles devem compreender que a passagem da corrente eltrica por um fio con-dutor causa efeito similar ao de um m, pois a corrente modifica a direo da agulha da bssola (isso pode ser feito comparando-se as observaes da primeira atividade com as da segunda). depois, explore o resultado da atividade, de modo que eles entendam que as linhas de campo geradas pelo fio so circula-res e o campo magntico em cada ponto tan-gente curva (os desenhos da orientao da agulha da bssola devem ter mostrado isso).

Enfatize que a bssola em posies opos-tas ao fio apresenta orientaes contrrias, o que refora que as linhas de campo so circu-lares ao fio. E, por ltimo, que a intensidade do campo criado pela passagem da corrente depende da corrente e da distncia do fio ao ponto analisado. Para isso, importante que eles tenham percebido que, quanto mais pr-ximo do fio, mais as orientaes da agulha da bssola aproximam-se de tangentes s circun-ferncias.

depois do desenvolvimento da atividade, possvel formalizar a discusso que a se-gue, apresentando a expresso matemtica do campo magntico em torno do fio e discutin-do a lei de Ampre e a regra da mo direita. Qualitativamente, a lei de Ampre diz que um fio percorrido por corrente cria em torno de si um campo magntico, cujo sentido depende

W

erne

r H. M

lle

r/Cor

bis

Lat

inst

ock


19


do sentido da corrente, utilizando a regra da mo direita, ilustrada na Figura 8. Quantitati-vamente, essa lei mostra que a intensidade do campo magntico em dado ponto do espao proporcional intensidade da corrente que o cria, da distncia do ponto ao fi o e do meio material. No caso de um fi o condutor retil-

neo, o mdulo dado por B = 2.d

0.i , onde

i a intensidade da corrente, d a distncia do ponto ao fi o, 0 a permeabilidade do v-

cuo e vale 4.10-7 T.mA

. A partir da expresso

geral da lei de Ampre, apresente e discuta a expresso para o clculo do campo magntico em trs situaes: o campo de um fi o condutor retilneo, no centro de uma espira circular e no interior de um solenoide.

Figura 8.

Introduza as duas unidades de medida do campo magntico e a relao entre elas, Gauss [G] e Tesla [T] (1 G = 10-4 T).

Finalizada a Situao de Aprendizagem, pode-se discutir o modelo microscpico da matria para explicar a origem do campo magntico do m e da corrente eltrica. Se for possvel, faa demonstraes do campo mag-ntico de bobinas e espiras percorridas por corrente eltrica. Mostre que o campo da bo-bina similar quele de um m em forma de barra. Com isso, os alunos podero perceber que tanto o m como a corrente tm efeitos magnticos. A ideia seguinte tentar unifi car essas duas fontes de campo magntico, com a introduo do modelo microscpico da mat-ria e a noo de dipolo magntico.

depois de feita a discusso e a formalizao da lei de Ampre, proponha alguns problemas e questes (que podem ser encontrados em li-vros didticos de Fsica) para os alunos resol-verem e discutirem seus resultados, inclusive as unidades de medidas.

SITUAO dE APRENdIzAGEM 3GERANdO ELETRICIdAdE COM UM M

Esta Situao de Aprendizagem tem por objetivo completar as relaes entre eletrici-dade e magnetismo, mostrando que, de ma-neira inversa observada nas Situaes de Aprendizagem anteriores, possvel gerar corrente eltrica a partir de um campo mag-ntico. Essa tambm uma boa oportuni dade

para iniciar a discusso sobre a produo de energia eltrica, que ser aprofundada no prximo tpico. A proposta pedir aos alu-nos que construam um circuito, de tal manei-ra que seja possvel acender um led a partir da movimentao de um m nas vizinhanas de seu circuito.

Jairo

Sou

za


20

roteiro 3 Gerando energia eltrica com um m

Voc j se imaginou acendendo uma lmpada utilizando um m?

Vamos montar um pequeno circuito como o da Figura 9, para ver como isso po-deria ser possvel.

Materiais

Voc vai precisar de aproximadamente 8 m de fio de cobre esmaltado rgido no 25, m em forma de barra e uma bssola.

o que fazer?

Mos obra

Passo 1 - Enrole cerca de 2,5 m do fio de cobre em forma circular de modo que a bssola possa ficar no seu interior.

Passo 2 - Repita a operao, formando uma segunda espira circular.


contedos e temas: fluxo do campo magntico; corrente eltrica estabelecida pela variao do fluxo do campo magntico; corrente eltrica estabelecendo campo magntico.

competncias e habilidades: reconhecer e utilizar adequadamente smbolos, cdigos e representaes geomtricas da linguagem cientfica em situaes que envolvem fenmenos eletromagnticos; rela-tar por meio de linguagem escrita experimentos e questes relativos identificao da relao entre campo magntico e campo eltrico; identificar fenmenos eletromagnticos, estabelecer relaes e identificar regularidades; utilizar procedimentos e instrumentos de observao, representar resulta-dos experimentais, elaborar hipteses e interpretar resultados em situaes que envolvem fenmenos eletromagnticos.

estratgias: realizao de atividades experimentais em grupo; leitura do guia de execuo dos experi-mentos; elaborao de hipteses de trabalho; anlise dos resultados e discusso com a classe.

recursos: roteiro de atividade para discusso em grupo; material experimental.

avaliao: deve ser realizada levando em considerao as questes entregues pelos alunos, a resoluo de exerccios, o texto de relato final e tambm a participao e o envolvimento no desenvolvimento da atividade.

l = 1,5m

Lie A

. Kob

ayas

hi

Figura 9.


21


Passo 3 - Com o restante do fio, ligue as duas bobinas, deixando cerca de 1,5 m de fio separando-as.

importante: Lembre-se de descascar o esmalte do fio no momento de fazer as conexes.

Passo 4 - Coloque, no meio de uma das bo-binas, uma bssola, deixando a sua agulha alinhada com as espi-ras da bobina. Veja a Figura 10.

Figura 10.

Agora, faa um movimento peridico de vai e vem com o m no centro da outra bobina e responda:

1. O que voc observa com a agulha da bssola quando o m movimentado na outra bobina?

2. Ao aproximar o m da bobina, a agu-lha desviada do mesmo modo que no afastamento?

Para responder a essa questo, faa pri-meiro o movimento de aproximao do m e observe a agulha, depois faa o afas-tamento.

Agora, deixe o m parado e aproxime a bobina dele. Observe o que ocorre com a agulha da bssola. Faa o mesmo procedi-mento, s que afastando a bobina do m. Cuidado para no mexer a parte que est com a bssola. Fazendo um movimento de pequena amplitude, responda:

3. A agulha desviou com o movimento da bobina?

4. O efeito causado com a movimentao da bobina o mesmo que o causado pelo movimento do m?

5. Como voc poderia explicar o desvio da agulha da bssola?

6. Se voc aumentasse a frequncia do movimento, o que ocorreria com a de-flexo da agulha da bssola?

Ao final, escreva um texto relatando suas observaes e concluses.

Encaminhando a ao

depois de discutir a passagem de uma cor-rente eltrica por um fio condutor gerando um campo magntico, proponha a seguinte questo: Ser que um campo magntico pode-r gerar uma corrente eltrica? Se isso for ver-dade, poderemos ento acender uma pequena lmpada (led)? Essas duas questes instigaro

os alunos a pensar sobre a gerao de energia eltrica.

A partir dessa discusso inicial, oriente os alunos para se reunirem em grupos (de no m-ximo cinco) e realizarem a Situao de Apren-dizagem 3. Voc deve auxiliar os alunos na montagem do experimento, encaminhando- -os, em seguida, para a resposta das questes.

mbssola

Lie A

. Kob

ayas

hi


22

depois, retome a discusso com base nas respostas de cada grupo, pautada na relao entre a movimentao do m ou da bobina e a gerao da corrente eltrica, que nesse caso recebe o nome de corrente induzida. impor-tante destacar a movimentao do m para a gerao da corrente induzida, mostrando que o m parado no induz corrente.

Retome as respostas dos alunos para ini-ciar uma discusso sobre a possvel compro-vao da passagem da corrente eltrica no fio. importante que eles possam variar a movi-mentao do m para perceber que esse mo-vimento influencia na intensidade da corrente eltrica. Caso seja possvel, leve outros ms com intensidades diferentes (o m de disco rgido de computador tem intensidade muito grande e o m de geladeira tem intensidade muito pequena), para que possam perceber que a intensidade do m tambm influencia na corrente.

Figura 11 - Corrente induzida na bobina fechada devido variao do fluxo do campo magntico.

A partir da realizao da atividade, a ideia de que um campo magntico variado gera uma corrente eltrica est latente, sendo possvel, neste momento, formalizar as observaes e discusses feitas at agora.

Em seguida, apresente a formalizao das relaes observadas, sistematizadas pelas leis de Faraday e pela lei de Lenz, que relacionam a corrente eltrica com a variao do fluxo do campo magntico. Isso pode ser feito ape-nas qualitativamente, ou seja, mostrando que o funcionamento de um dnamo (ou motor eltrico, daqueles pequenos que equipam os carrinhos movidos a pilhas) ilustra um caso particular da lei de Faraday, segundo a qual uma corrente eltrica induzida num circuito fechado sempre que houver variao de um campo magntico na regio. J a lei de Lenz permite conhecer o sentido dessa corrente in-duzida, que tal que o campo magntico cria-do por ela se ope causa que lhe deu origem. Procure apresentar e discutir exemplos diver-sificados para que os alunos faam previses e obtenham o sentido da corrente em diferentes situaes.

Caso haja tempo, complemente a Situao de Aprendizagem 3, utilizando um led1 ou um medidor de eletricidade (um multmetro) para se verificar a presena (led) ou medir a intensi-dade da tenso (multmetro). Para isso, insira no circuito o led ou o multmetro, que devem ser ligados nas extremidades do fio que antes estava preso em uma das bobinas.

Ao final da discusso sobre a gerao de cor-rente eltrica pela variao do fluxo do campo magntico, voc pode sugerir problemas, ques-tes e novos experimentos para os alunos reali-zarem tanto na classe quanto em casa.

Lie A

. Kob

ayas

hi

1 Neste caso, deve-se utilizar o led de luz branca, encontrado em lojas de componentes eletrnicos. A voltagem do led varia de acordo com a voltagem da bateria utilizada. Se ela for de 9V, por exemplo, o led deve ter 9V.


23


GRAdE dE AVALIAO

Competncias e habilidades Indicadores de Aprendizagem

Situ

ao

de

Apr

endi

zage

m 1

Reconhecer e utilizar adequadamente smbolos, cdigos e representaes geomtricas da lingua-gem cientfica no estudo de campos magnticos e suas fontes.

Elaborar relatos de experimentos e questes relativos identificao das caractersticas dos campos magnticos.

Identificar fenmenos naturais, estabelecer re-laes e identificar regularidades em fenmenos que envolvem magnetismo.

Utilizar procedimentos e instrumentos de ob-servao, representar resultados experimentais, elaborar hipteses e interpretar resultados em experimentos que envolvam campo magntico.

Formular hipteses sobre a direo do campo magntico em um ponto ou regio do espao, uti-lizando informaes de outros pontos ou regies.

Sistematizar informaes obtidas experimental-mente sobre o campo magntico de um m.

Identificar as linhas do campo magntico gerado por um m por meio das figuras desenhadas por limalhas de ferro.

Reconhecer os polos magnticos de um m por meio das figuras desenhadas por limalhas de ferro ou por linhas, traos ou pontos.

Representar o campo magntico de um m uti-lizando linguagem icnica de pontos, traos ou linhas.

Situ

ao

de

Apr

endi

zage

m 2

Reconhecer e utilizar adequadamente smbolos, cdigos e representaes geomtricas da lingua-gem cientfica em situaes que envolvem cor-rente eltrica e campo magntico.

Elaborar escritas para relatar experimentos e questes que evidenciam a relao entre carga em movimento e campo magntico.

Identificar fenmenos eletromagnticos, estabe-lecer relaes e identificar regularidades.

Utilizar procedimentos e instrumentos de ob-servao, representar resultados experimentais, elaborar hipteses e interpretar resultados em si-tuaes que envolvem corrente eltrica e campo magntico.

Executar experimentos com procedimentos ade-quados na verificao da relao entre corrente eltrica e campo magntico.

Reconhecer que cargas em movimento geram cam-po magntico.

Identificar a relao entre a corrente eltrica e o campo magntico correspondente em termos de intensidade, direo e sentido.

Reconhecer e representar o campo magntico por meio de pontos, traos ou linhas.

Situ

ao

de

Apr

endi

zage

m 3

Reconhecer e utilizar adequadamente smbolos, cdigos e representaes geomtricas da lingua-gem cientfica em situaes que envolvem fen-menos eletromagnticos.

Elaborar relatos de experimentos e questes re-lativos identificao da relao entre campo magntico e campo eltrico.

Identificar fenmenos eletromagnticos, estabe-lecer relaes e identificar regularidades.

Utilizar procedimentos e instrumentos de ob-servao, representar resultados experimentais, elaborar hipteses e interpretar resultados em situaes que envolvem fenmenos eletromag-nticos.

Executar experimentos com procedimentos ade-quados na verificao da relao entre corrente eltrica e campo magntico.

Reconhecer que cargas em movimento geram cam-po magntico.

Identificar a relao entre a corrente eltrica e o campo magntico correspondente em termos de intensidade, direo e sentido.

Reconhecer e representar o campo magntico por meio de pontos, traos ou linhas.


24

A Figura A corresponde s linhas do

campo magntico estabelecido por dois

fios com corrente eltrica, localizados

no ponto central de cada circunferncia e

atravessando perpendicularmente a folha de

papel. As correntes tm sentidos opostos, e o

fio situado direita tem sentido da corrente

entrando na folha do papel.

A Figura B corresponde s linhas do campo

magntico de um m. Tambm correto se

o aluno inserir um solenoide, pois o campo

de m semelhante ao de um solenoide.

Dentro do m, as linhas de campo vo do

polo sul para o polo norte.

2. Fuvest 2006 Sobre uma mesa plana e horizontal, colocado um m em forma de barra, representado na figura, visto de cima, juntamente com algumas linhas de seu campo magntico. Uma pequena bssola deslocada, lentamente, sobre a mesa, a partir do ponto P, realizando uma volta circular completa em torno do m. Ao final desse movimento, a agulha da bssola ter completado, em torno de seu prprio eixo, um nmero de voltas igual a

PROPOSTAS dE QUESTES PARA APLICAO EM AVALIAO

1. Cada uma das figuras A e B representa a configurao das linhas de um campo magntico.

Figura A.

Figura B.

a) Em cada uma das figuras, analise as li-nhas do campo magntico e complete a representao desenhando a(s) fonte(s) responsvel(eis) pela configurao.

b) Justifique a resposta anterior, indicando as particularidades das linhas de campo que as levaram identificao das fontes.

Lie A

. Kob

ayas

hiLi

e A. K

obay

ashi

Lie A

. Kob

ayas

hi

P

Nessas condies desconsidere o campo magntico da Terra.


25


a) 1/4 de volta.

b) 1/2 de volta.

c) 1 volta completa.

d) 2 voltas completas.

e) 4 voltas completas.

Duas voltas completas, alternativa d.

Lembre-se que a direo da agulha deve ser

sempre tangente linha do campo magntico,

alinhando com o sentido da linha fora local.

3. Fuvest 2001 Trs fios verticais e muito longos atravessam uma superfcie plana e horizontal, nos vrtices de um tringulo issceles, como na Figura A desenhada no plano. Por dois deles (=), passa uma mes-ma corrente que sai do plano do papel, e, pelo terceiro (X), uma corrente que entra nesse plano. desprezando-se os efeitos do campo magntico terrestre, a direo da agulha de uma bssola, colocada equi-distante deles, seria melhor representada pela reta:

Figura A.

a) AA

b) BB

c) CC

d) dd

e) perpendicular ao plano do papel

O campo relacionado ao ponto prximo a B tem direo BB e sentido para B. O campo relacionado ao ponto prximo a D tem direo DD e sentido pra D. A resultante desses dois campos ser na direo AA e com sentido para A. O campo relacionado ao ponto prximo a C tem direo AA e sentido para A. Portanto a resultante total, que representa o campo magntico no ponto onde a bssola foi colocada, ter direo AA e sentido para A.

4. Fuvest 2000 Apoiado sobre uma mesa observa-se o trecho de um fio longo, ligado a uma bateria. Cinco bssolas so coloca-das prximas ao fio, na horizontal, nas se-guintes posies: 1 e 5 sobre a mesa; 2, 3 e 4 a alguns centmetros acima da mesa. As agulhas das bssolas s podem mover-se no plano horizontal. Quando no h cor-rente no fio, todas as agulhas das bsso-las permanecem paralelas ao fio. Se passar corrente no fio, ser observada deflexo, no plano horizontal, das agulhas das bs-solas colocadas somente

Lie A

. Kob

ayas

hi

Lie A

. Kob

ayas

hi

X

= =


26

d) existe somente quando o m afasta-se da espira.

e) existe quando o m aproxima-se ou afasta-se da espira.

Quando o m se aproxima, h uma variao

do fluxo do campo magntico (aumento do

fluxo), o que gera uma corrente induzida na

espira. Ao passar pela espira, afastando-se

dela, o fluxo do campo magntico continua

a variar, s que agora diminuindo, gerando

uma corrente no sentido contrrio de quando

o carrinho se aproximava da espira. Por esse

motivo, haver corrente tanto na aproximao

quanto no afastamento do m.

Grade de correo das questes

A questo 1 permite ao estudante relacio-nar as linhas de campo magntico a sua fonte geradora.

A questo 2 permite ao estudante reconhe-cer a orientao da agulha da bssola a partir das linhas de campo, avaliando a movimenta-o da agulha ao ser movimentada ao redor de um m.

A questo 3 habilita o estudante a aplicar a regra da mo direita para a lei de Amp-re, avaliando o campo magntico resultante (princpio da superposio).

A questo 4 permite ao estudante avaliar a aplicao da lei de Ampre, compreendendo as caractersticas do campo magntico gerado por uma corrente eltrica.

A questo 5 permite ao estudante reconhe-cer o sentido da corrente induzida em uma espira, dependendo do movimento relativo entre o m e a espira, por meio da variao do fluxo do campo magntico.

a) na posio 3.

b) nas posies 1 e 5.

c) nas posies 2 e 4.

d) nas posies 1, 3 e 5.

e) nas posies 2, 3 e 4.

Como o campo magntico gerado pela

passagem da corrente, ele circular ao

fio. Nos pontos 1 e 5, ele tem a direo

perpendicular ao plano da mesa, por isso

no consegue fazer a agulha da bssola

localizada nestes pontos defletir. J nos

pontos 2, 3 e 4, isso no ocorre, por estarem

a uma pequena altura em relao ao fio.

5. Um m, preso a um carrinho, desloca-se com velocidade constante ao longo de um trilho horizontal. Envolvendo o trilho, h uma espira metlica, como mostra a figura:

Pode-se afirmar que, na espira, a corrente eltrica

a) sempre nula.

b) existe somente quando o m aproxima-se da espira.

c) existe somente quando o m est den-tro da espira.

v

Lie A

. Kob

ayas

hi


27


TEmA 2 moToRES E GERAdoRES (PRoduo dE moVimEnTo)

Fazemos uso dirio ostensivo de inmeros motores eltricos, em elevadores, liquidifica-dores, ventiladores e mquinas de lavar. Alm disso, e sem clara conscincia, ao consumir um alimento, vestir um industrializado ou fazer uso de tecidos, papis e praticamente qualquer outro produto, estamos nos beneficiando indi-retamente de incontveis outros motores eltri-cos essenciais em sua produo. Claro que s podemos fazer uso deles, pois muitos geradores esto produzindo a eletricidade necessria em dezenas de hidroeltricas e termoeltricas que energizam nossa rede nacional de distribuio. A compreenso disso tambm nos alerta para o consumo mais racional de energia.


Os motores e geradores, portanto, desem-penham um papel importante na sociedade

moderna. Reconhec-los como aplicao dos conceitos do eletromagnetismo ajudar a relacionar os avanos tecnolgicos com os avanos da cin cia. Assim, ser discutido nes-te tema o funcionamento dos motores e gera-dores eltricos e seus principais componen-tes, destacando as transformaes de energia envolvidas, como aplicao direta das leis do eletromagnetismo. Para isso, sero desenvol-vidas duas Situaes de Aprendizagem.

A Situao de Aprendizagem 4 buscar discutir o princpio de funcionamento do motor eltrico, a partir de uma montagem di-dtica. Em seguida, a Situao de Aprendiza-gem 5 possibilitar a discusso dos princpios dos geradores de eletricidade a partir de um equipamento simples: o dnamo como o que se utiliza em bicicletas.

SITUAO dE APRENdIzAGEM 4 CONSTRUINdO UM MOTOR ELTRICO2

Esta Situao de Aprendizagem objetiva discutir o funcionamento do motor eltrico como aplicao dos conceitos de campo e for-a magntica, evidenciando seus principais

elementos e aplicaes. Para isso, os alunos devero montar um pequeno motor eltrico, discutir seus elementos e os princpios de seu funcionamento.

2 Adaptado de: Leituras de Fsica do Gref Eletromagnetismo. n. 14, p. 56. disponvel em .


Contedos e temas: motor eltrico: elementos constituintes e funcionamento; transformao de ener-gia eltrica em movimento; campo magntico, fora magntica, corrente eltrica e fluxo magntico.

Competncias e habilidades: ler e interpretar procedimentos experimentais apresentados em guias de construo de um motor eltrico simples; utilizar procedimentos e instrumentos adequados para realizar experimentos, elaborar hipteses e interpretar resultados na construo de um motor eltrico simples; identificar em dada situao-problema as informaes relevantes e possveis estratgias para resolv-la em situao que envolve construo de motor eltrico simples; relatar por meio de lingua-gem escrita e oral experimentos e questes relativos construo de um motor eltrico.


28


alunos, classifique-as e agrupe-as segundo cri-trios discutidos conjuntamente.

Em seguida, oriente-os para a montagem do motor eltrico. importante que todos os estu-dantes possam participar da montagem. Para isso, separe-os em grupos de no mximo cinco. d-lhes um tempo para a execuo do roteiro, certificando-se que todos os motores estejam funcionando. Em seguida, acompanhe as res-postas s questes propostas. discuta os con-ceitos envolvidos no funcionamento do motor eltrico: passagem de corrente eltrica, campo magntico associado ao m e movimento rela-tivo entre a espira e o campo magntico.

Estratgias: montagem e discusso do princpio de funcionamento de um motor eltrico.

Recursos: roteiro da atividade de montagem de um motor eltrico; material experimental.

Avaliao: deve ser realizada a partir da entrega das questes da atividade, da resoluo de exerccios e problemas, do relatrio de sntese da atividade, alm da sua participao na montagem da atividade, o seu envolvimento e a participao nas discusses em grupo e com a sala.

Para iniciar a discusso sobre motores e ge-radores, interessante estabelecer uma relao com os conceitos discutidos at aqui sobre o eletromagnetismo. Pode-se iniciar a discusso com as seguintes questes: Como a eletricidade e o magnetismo so utilizados com finalidades pr-ticas? Voc conhece algum equipamento baseado no uso da eletricidade e do magnetismo simul-taneamente? Voc identifica algumas grandezas fsicas estudadas at esse momento com alguma tecnologia presente no cotidiano? Essas questes podero incentivar os estudantes a falar sobre alguns conhecimentos prticos que possuem associados ao eletromagnetismo. Se achar con-veniente, faa uma lista com as respostas dos

Roteiro 4 Construindo um motor eltrico

Pode ser que voc j tenha visto um motor eltrico desmontado ou at mesmo funcionando. Mas, talvez, ainda no tenha construdo um e nem mesmo estudado os seus princpios de funcionamento.

Ento vamos construir um pequeno mo-tor eltrico, buscando discutir seu princpio de funcionamento e os conceitos do eletro-magnetismo envolvidos.

Materiais

Voc vai precisar de: 90 cm de fio de co-bre esmaltado no 26, duas presilhas metli-

cas de pastas de arquivo, uma pilha grande, um m em barra e um pedao de madeira.

o que fazer?

mos obra

Passo 1 - Faa uma bobina com o fio es-maltado. Ela pode ser quadrada ou redonda, como mostra a Figu-ra 12.

Passo 2 - deixe pequenos pedaos, de apro-ximadamente 5 cm, nas duas ex-tremidades do fio. Eles serviro de eixo de rotao do motor.


29


Figura 12.

Passo 3 - Para apoiar a bobina, faa duas hastes com as presilhas de pastas, dando o formato indicado na Fi-gura 13.

Passo 4 - Encaixe as hastes no pedao de madeira.

Figura 13.

Passo 5 - A pilha servir como fonte de energia eltrica, ficando conecta-da s presilhas (hastes), produzin-do corrente na bobina do motor.

Passo 6 - A parte fixa do motor ser consti-tuda de um m permanente, que ser colocado sobre a tbua, con-forme indica a Figura 14. depen-dendo do m utilizado, ser ne-cessrio usar um pequeno suporte para aproxim-lo da bobina.

Figura 14.

Passo 7 - Para colocar o motor em funcio-namento, no se esquea de que o verniz do fio da bobina isolante eltrico. Assim, voc deve rasp-lo para que o contato eltrico seja possvel. Alm disso, em um dos lados voc deve raspar s uma parte, deixando o resto intacto ao longo do comprimento.

d um pequeno impulso inicial para dar a partida no motor e responda:

1. Retire o m da montagem e veja que o motor para. Por que isso acontece?

2. Inverta a posio do m, colocando para baixo a parte que estava voltada para cima. O que acontece com o senti-do de giro do motor?

3. Inverta a pilha e refaa as ligaes. O que acontece com o sentido de giro do motor?

4. Faa uma segunda bobina, porm, dessa vez, raspe integralmente o esmalte das duas pontas livres. Monte-a sobre o su-porte. O que acontece? Explique por qu.

Ao final da atividade, descreva as observa-es e concluses em um relatrio sinttico.

Lie A

. Kob

ayas

hiLi

e A. K

obay

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Lie A

. Kob

ayas

hi


30

encaminhando a ao

Voc pode iniciar a discusso a partir da resposta questo 1: Por que o motor para quando o m retirado da montagem? Essa questo mostra a importncia da presena de um campo magntico para que o motor possa funcionar. Em seguida, discuta o que ocorre quando uma corrente percorre um fio, estan-do este imerso em campo magntico (nesse caso, suposto constante): o aparecimento de uma fora sobre o fio proporcional intensi-dade da corrente eltrica, do campo magn-tico e do comprimento do fio; seu mdulo expresso pela equao F = B.i.l.sen, onde B a intensidade do campo magntico, i a inten-sidade da corrente eltrica, l o comprimento do fio, e o ngulo formado entre as direes da corrente e do campo magntico. Se quiser, faa uma demonstrao usando no suporte apenas um fio dobrado na forma de U. Veja que, neste caso, aparece uma fora de origem magntica no fio que o deixa inclinado.

Na discusso sobre a fora que passa a atu-ar sobre o fio, interessante que possam ser ressaltados trs pontos principais: as posies da bobina quando ela est na horizontal, na vertical e em uma posio intermediria entre as duas anteriores. Assim, possvel discutir, alm da fora, o fluxo do campo magntico, associado lei de Lenz.

depois da discusso, seria interessante voc levar para a sala de aula um pequeno motor eltrico comercial que possa ser desmontado. Compare esse motor com o que foi constru-do pelos alunos, destacando a maior eficincia ligada ao maior nmero de bobinas e posi-o delas. destaque o fato de que os motores comerciais no possuem ms, mas eletroms, ou seja, o campo magntico produzido pela prpria corrente eltrica.

Para completar a discusso sobre a for-a magntica, discuta tambm a expresso F = q.v.B.sen, que indica que uma carga el-trica q ao penetrar numa regio com campo magntico B, com uma velocidade v, sofre a ao de uma fora F que tem sua direo e sentido dado pela regra da mo esquerda ( o ngulo formado entre direes da veloci-dade e do campo magntico).

A ideia de descascar somente parte do fio esmaltado para que a corrente que percorre o fio e tambm a bobina (que forma o motor) seja interrompida depois que a bobina passar pela posio vertical, cortando a corrente em um momento em que as foras aplicadas na bobina pudessem lev-la a uma situao de equilbrio, obtendo dessa maneira um movi-mento contnuo de rotao. Essa pea no mo-tor real chamada de comutador. Caso o fio seja descascado totalmente, o motor no fun-cionar corretamente, pois, em dado momen-to, as foras atuantes na bobina criam uma situao de estabilidade de forma que ela no realizaria rotao.

depois da realizao da atividade, inte-ressante que os alunos possam compreender quantitativamente o mecanismo de funciona-mento dos motores. Para isso, proponha pro-blemas e questes sobre a fora magntica e sobre as leis de induo/lei de lenz aplicadas aos motores eltricos (use o livro didtico de sua preferncia). Procure selecionar e apresen-tar problemas que sejam contextualizados e que permitam a interpretao dos fenmenos e aspectos conceituais envolvidos nas ativida-des sobre motores.

Na realizao da prxima atividade, ne-cessria a utilizao de um pequeno gerador (dnamo3). Pea aos alunos que tragam em

3 Pode-se obter dnamos extrados de lanternas manuais com gatilho, que, ao invs de pilhas, usam o movimento da mo como fonte de energia primria.


31


SITUAO dE APRENdIzAgEM 5 ENTENdENdO OS gERAdORES ElTRICOS

Esta Situao de Aprendizagem tem o in-tuito de discutir o princpio de funcionamen-to dos geradores de eletricidade e a ampliao dos conceitos do eletromagnetismo a partir do estudo de um dnamo. O objetivo fazer o

estudante perceber que o movimento de rota-o de uma fonte de campo magntico leva gerao de energia eltrica e, assim, ser capaz de explicar o funcionamento bsico de usinas geradoras de eletricidade.

desenvolvimento da Situao de aprendizagem

mento. Em seguida, proponha a Situao de Aprendizagem 5, orientando-os a responder s questes.

Tempo previsto: 1 aula.

contedos e temas: geradores eltricos, transformao de energia de movimento em eletricidade; fora magntica.

competncias e habilidades: ler e interpretar procedimentos experimentais apresentados em guia de estudo de um dnamo; utilizar procedimentos adequados para realizar experimentos, elaborar hipte-ses e interpretar resultados em situaes de anlise de um gerador de eletricidade; identificar em dada situao-problema as informaes relevantes e possveis estratgias para resolv-la em situao que envolve anlise de um dnamo; relatar por meio de linguagem escrita e oral experimentos e situaes relativas ao estudo e ao uso de dnamos.

estratgias: utilizao de um dnamo para discutir os principais elementos e fundamentos dos gera-dores eltricos.

recursos: roteiro de atividade; material experimental.

avaliao: deve ser realizada levando em considerao as questes entregues da atividade, a resoluo de problemas e questes quantitativas, a participao na realizao da atividade e na discusso em grupo, contribuindo para o enriquecimento da discusso coletiva.

Inicie a discusso perguntando aos alu-nos se eles j ouviram falar de geradores de eletricidade e como imaginam esse equipa-

uma prxima aula. Eles podem ser obtidos em lojas de bicicletas (ou desmontados de bi-cicletas antigas), nas quais so usados para

acender faris. Como nem sempre isso fcil, sugere-se que voc consiga um para demons-trao.


32

Roteiro 5 Entendendo os geradores de ele-tricidade

Voc j parou para pensar em como produzida a energia eltrica que chega sua casa? Esta atividade analisa os principais elementos e fenmenos eletromagnticos en-volvidos na gerao de energia eltrica.

Materiais

Voc vai precisar de um dnamo, uma bssola, pedaos de fi o e um led. O dnamo pode ser um dos usados em faroletes de bi-cicletas ou em lanternas de gatilho.


mos obra

Passo 1 - Aproxime a bssola do dnamo pelos diversos lados.

Passo 2 - Observe o que ocorre com a agu-lha da bssola.

Figura 15.

Passo 3 - Ainda com a bssola prxima do dnamo, comece a girar lentamen-te o seu eixo.

Passo 4 - Observe novamente o que ocorre com a agulha da bssola.

Figura 16.

Responda:

1. O que ocorre com a agulha da bssola sem girar o eixo?

2. O que ocorre com a agulha da bssola com o eixo girando?

3. A partir das suas observaes, voc con-segue dizer o que h dentro do dnamo?


Passo 1 - Agora pegue o led e conecte-o aos terminais do dnamo.

Passo 2 - Comece a girar lentamente o eixo do dnamo.

Passo 3 - V aumentando a velocidade do giro.

Passo 4 - Observe o que ocorre com o led.

Jairo

Sou

za

Lie A

. Kob

ayas

hi


33


Figura 17.

Passo 5 - Retire o eixo do dnamo, soltando a porca na ponta do eixo.

Passo 6 - Aproxime o eixo da bssola.

Passo 7 - Observe o que ocorre com a agu-lha da bssola.

Responda:

1. O que aconteceu com o led? Por qu?

2. Ao aproximar o eixo do dnamo da bs-sola, o que ocorre com a agulha? Pode-ramos dizer que o eixo tem o comporta-mento idntico a qu?

3. Olhando a parte interna do dnamo, do que ela constituda?

4. Compare as duas partes do dnamo (eixo e parte interna) com as do motor eltrico. Existe algo similar? O qu? Os dois se comportam da mesma maneira?

5. Qual a diferena entre o dnamo e o motor?

Encaminhando a ao

Encaminhe a discusso de modo a mostrar o funcionamento do dnamo, enfatizando os seus componentes, comparando-os com os do motor eltrico. importante que os estudan-tes percebam as semelhanas e as diferenas entre os dois equipamentos: ambos possuem m e espiras; no motor, a eletricidade trans-formada em movimento; no dnamo, o movi-mento transformado em eletricidade.

Atualmente, existem lanternas com um d-namo em seu interior para carregar as bate-rias, por meio de movimentos da mo. Na fal-ta do dnamo de bicicleta, a mesma atividade poder ser realizada com essa lanterna.

importante que voc possa fazer a dis-cusso pautada nas leis do eletromagnetismo,

principalmente na lei de Faraday, relacionando o nmero de espiras da bobina com a energia eltrica gerada. Para essa discusso, podero ser utilizados textos que se encontram em li-vros didticos ou uma das referncias dos Re-cursos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno.

A partir dessa discusso, voc pode extra-polar a explicao para outros tipos de gera-dores, como aqueles presentes em usinas de gerao de eletricidade (hidreltricas, termel-tricas e outras), mostrando que o princpio de funcionamento similar ao do dnamo.

No deixe de formalizar as questes res-pondidas pelos alunos. Isso far com que eles compreendam melhor o princpio de funcio-namento dos geradores e as semelhanas e di-ferenas em relao ao motor.

Jairo

Sou

za


34

Competncias e habilidades Indicadores de Aprendizagem

Situ

ao

de

Apr

endi

zage

m 4

Ler e interpretar procedimentos experimen-tais apresentados em guias de construo de um motor eltrico bastante simples.

Utilizar procedimentos e instrumentos ade-quados para realizar experimentos, elaborar hipteses e interpretar resultados em situa-es que envolvem a construo de um motor eltrico simples.

Identificar em dada situao-problema as in-formaes relevantes e as possveis estratgias para resolv-la em situao que envolve cons-truo de um motor eltrico simples.

Elaborar relatos de experimentos e questes relativas construo de motor eltrico.

Executar experimentos com procedimentos adequados na construo de um motor eltrico simples.

Identificar os elementos constituintes de um motor eltrico simples e os correspondentes fe-nmenos e interaes eletromagnticos.

Interpretar resultados no esperados e elaborar hipteses em situaes que envolvem funciona-mento de um motor eltrico simples.

Situ

ao

de

Apr

endi

zage

m 5

Ler e interpretar procedimentos experimen-tais apresentados em guia de estudo de um dnamo.

Utilizar procedimentos adequados para rea-lizar experimentos, elaborar hipteses e inter-pretar resultados em situaes de anlise de um gerador de eletricidade.

Identificar em dada situao-problema as in-formaes relevantes e as possveis estratgias para resolv-la em situao que envolve anli-se de um dnamo.

Elaborar relatos de experimentos e questes relativas ao estudo de um dnamo.

Executar experimentos com procedimentos ade-quados na anlise do funcionamento de um d-namo.

Identificar os elementos constituintes de um ge-rador simples e os correspondentes fenmenos e interaes eletromagnticos.

Interpretar resultados no esperados e elaborar hipteses em situaes que envolvem funciona-mento de um gerador simples.

Compreender a relao entre os nmeros de es-piras da bobina e a energia gerada, bem como a relao entre a velocidade de rotao e a inten-sidade da corrente eltrica.

importante que os estudantes no fiquem apenas nas discusses qualitativas. Para isso, proponha problemas e questes quantitati-vas relacionadas aos princpios, conceitos e leis envolvidos no uso de dnamos, geradores e transformadores. Utilize os livros didti-cos adotados em sua escola para localizar

questes que possam ser trabalhadas com a turma. Contudo, procure trabalhar questes que privilegiem o raciocnio e sejam contex-tualizadas, para que assim se tornem mais instigantes e com maior significado para os estudantes.

GRAdE dE AVALIAO


35


PROPOSTAS dE QUESTES PARA APlICAO EM AVAlIAO

1. dentre os aparelhos ou dispositivos eltri-cos abaixo, uma aplicao prtica do ele-tromagnetismo:

a) a lmpada;

b) o chuveiro;

c) a campainha;

d) a torradeira;

e) o ferro de passar.

A campainha funciona a partir da lei de

Ampre, quando uma corrente percorre o

solenoide com um objeto ferromagntico

que atrai uma lata, fazendo chocar-se com

a extremidade, causando o barulho da

campainha.

2. Um fio metlico colocado entre os polos de um m em forma de ferradura, como mostra a figura. Ao fechar o circuito, uma

fora F dirigida para o centro do m esta-belece-se sobre o fio.

a) Qual a polaridade da pilha?

b) Se for mantida a mesma ligao e a posio do m sofrer um giro de 180o, qual o sentido da fora sobre o fio? Explique.

O sentido da fora dado pelo seno do

ngulo entre a corrente eltrica i e o campo magntico B. Como o sentido do campo

B do polo norte para o sul do m, o sentido

da corrente deve ser de A para B, para que a

fora seja para baixo.

Polaridade da pilha: A = polo positivo e B

= polo negativo. Se a polaridade do m for

invertida, o sentido da fora tambm inverte.

Na nova situao a fora para fora do

m.

3. Ao penetrar em uma regio, devido a pre-sena de um campo magntico B, uma partcula de massa m e carga eltrica q descreve uma trajetria circular de raio r com velocidade constante V, devido ao de uma fora magntica sobre ela. Nesse caso, a intensidade da fora magn-tica que age sobre a partcula depende de quais grandezas?

F = qvB; logo as grandezas relevantes para

a intensidade da fora magntica so o

mdulo da carga eltrica (q), o mdulo da

velocidade da partcula (v) e a intensidade

do campo magntico (B).

Lie A

. Kob

ayas

hi

Leituras de Fsica do Gref Eletromagnetismo. n. 18, p. 72. Disponvel em . Acesso em: 16 mar. 2009.


36

4. Enem 2007

Com o projeto de mochila ilustrado aci-ma, pretende-se aproveitar, na gerao de energia eltrica para acionar dispositivos eletrnicos portteis, parte da energia des-perdiada no ato de caminhar. As transfor-maes de energia envolvidas na produo de eletricidade enquanto uma pessoa ca-minha com essa mochila podem ser assim esquematizadas:

Mochila geradora de energia. ISTO, n. 1 864, set/2005, p. 69.

As energias I e II, representadas no esque-ma acima, podem ser identificadas, respec-tivamente, como

a) cintica e eltrica.

b) trmica e cintica.

c) trmica e eltrica.

d) sonora e trmica.

e) radiante e eltrica.

O sobe e desce faz a energia potencial ser

transformada em movimento, ou seja, em

energia cintica. Esse movimento faz girar o

gerador (lembrar da atividade do dnamo),

que transforma o movimento em energia

eltrica. Assim a primeira energia cintica e a segunda eltrica.

5. destaque as principais semelhanas e dife-renas entre os motores e os geradores de eletricidade, dando destaque para seus ele-mentos e suas funes.

O motor transforma energia eltrica em

movimento (energia mecnica). O gerador

transforma movimento (energia mecnica)

em energia eltrica. Ambos funcionam com

base em interaes eletromagnticas.

MOCHILA GERADORA DE ENERGIA

O sobe e desce dos quadris faz a mochila gerar eletricidade

Gerador

Molas

Compartimento de carga

A mochila tem estrutura rgida semelhante usada por alpinistas.

O compartimento de carga suspenso por molas colocadas na vertical.

Durante a caminhada, os quadris sobem e descem em mdia cinco centmetros. A energia produzida pelo vai e vem do compartimento de peso faz girar um motor conectado ao gerador de eletricidade

Ag

ncia

ISTO

Lie A

. Kob

ayas

hi


37


Grade de correo das questes

A questo 1 habilita o estudante a reconhe-cer as aplicaes dos conceitos referentes ao eletromagnetismo estudado at aqui, para que assim possa perceber suas aplicaes.

Apenas na campainha existe a transforma-o de eletricidade em movimento. Todos os outros eletrodomsticos transformam a ener-gia eltrica em trmica.

A questo 2 retoma um princpio funda-mental dos motores, a fora magntica sobre um fio com corrente eltrica.

A questo 3 permite ao estudante avaliar e conhecer as grandezas importantes quando uma carga eltrica est em movimento dentro de um campo magntico, fazendo aparecer uma fora de natureza magntica.

A questo 4 habilita o estudante a reconhe-cer os processos de transformao de energia, bem como os tipos de energia envolvidos na gerao da energia eltrica pela mochila.

A questo 5 permite ao estudante reconhe-cer as principais semelhanas e diferenas en-tre os motores e geradores eltricos.


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TEmA 3 PRoduo E ConSumo dE EnERGiA ElTRiCA

Vivemos um momento de incertezas sobre fontes e consumo de energia, com questes ambientais, sociais e econmicas. Estudar di-ferentes aspectos envolvidos nessa temtica, para poder compreend-los, posicionar-se e atuar na sociedade, quer em ambiente do-mstico ou social, de grande importncia na formao de qualquer pessoa. Isso envolve ser capaz de avaliar criticamente os modos de produo, transmisso e consumo de energia. O uso racional da energia deve ser meta de to-dos, visando a contribuir para a melhoria do meio ambiente e o desenvolvimento econmi-co sustentvel.

A produo de energia em grande escala no Brasil baseada principalmente em hidreltri-cas, cujo princpio de funcionamento pode ser entendido em termos fsicos. Para isso, neste tema vamos tratar de aspectos envolvidos na gerao, transmisso e no consumo de energia eltrica em grande escala. Para tornar o deba-te qualificvel, tratamos a relao entre pro-duo e consumo de energia com os ndices de desenvolvimento econmico e social.


Um dos grandes desafios da sociedade moderna a produo de energia. O sculo

XX foi o perodo de maior crescimento na produo energtica no Brasil e no mundo. Mas a que preo isso foi feito? Esse aumen-to significativo no veio sem consequncias e impactos negativos, quer ambientais quer sociais e econmicos, que podem comprome-ter o futuro da humanidade. Torna-se, assim, importante discutir a produo de energia em grande escala, dando nfase s diversas fon-tes de energia, sua transmisso e aos impac-tos que cada uma pode ter, especialmente no meio ambiente. Com esse objetivo, a Situao de Aprendizagem 6 ir discutir o princpio de funcionamento de usinas hidreltricas, trmi-cas, elicas, nucleares e outras, e seus impac-tos ambientais, de modo a possibilitar, ainda que em termos bsicos, algumas relaes de custo-benefcio dessas formas de gerao de energia. A Situao de Aprendizagem 7 ter como foco as linhas de transmisso de energia eltrica, buscando destacar as perdas no des-locamento, o papel dos transformadores e as caractersticas da eletricidade transmitida. J a Situao de Aprendizagem 8 buscar identi-ficar a evoluo da produo energtica e do seu consumo, relacionando-as com o ndice de desenvolvimento Humano (IdH), ou seja, questionar quanto a evoluo da produo de energia melhorou a qualidade de vida do ser humano.

SITUAO dE APRENdIzAGEM 6 COMPREENdENdO O FUNCIONAMENTO

dAS USINAS ELTRICAS

A Situao de Aprendizagem tem por obje-tivo apresentar os processos de transformao da energia potencial gravitacional em energia eltrica em uma usina hidreltrica. Baseados na mesma abordagem, outros tipos de usinas geradoras de energia eltrica so tratados.

A ideia discutir, inicialmente, os processos de transformao de energia envolvidos nas usinas, para, em seguida, propor um debate para avaliar as vantagens e as desvantagens associadas a cada forma de produo de ener-gia em grande escala.


39



da regio. Essa informao pode ser obtida na companhia eltrica da cidade. Se puder, obte-nha algumas fotos ou esquemas para poder utilizar na explicao de seu funcionamento. A grande maioria das cidades paulistas ali-mentada por usinas hidreltricas.4


Contedos e temas: transformao de energia; induo magntica.

Competncias e habilidades: reconhecer os diversos processos de produo de energia eltrica, identi-ficando neles a conservao da energia; consultar, analisar e interpretar textos e comunicaes sobre fontes e uso de energia eltrica; elaborar comunicaes orais e escritas para relatar as pesquisas sobre processos de produo de eletricidade e seus impactos ambientais e sociais; analisar, argumentar e se posicionar criticamente quanto produo e ao uso social da energia eltrica.

Estratgias: A partir da discusso do processo de produo de energia eltrica da usina hidreltrica, inicia-se um debate sobre as outras formas de produo e os respectivos impactos no meio ambiente, avaliando o custo-benefcio de cada processo.

Recursos: roteiro de atividade; pesquisa sobre usinas; simulaes virtuais; problemas.

Avaliao: deve ser realizada a partir da entrega dos relatrios de pesquisa, das respostas s ques-tes propostas, da resoluo de exerccios, do envolvimento e da participao no desenvolvimento da atividade.

4 Caso sua cidade seja abastecida por uma usina termeltrica, adapte a atividade de forma a focalizar a transfor-mao da energia contida no combustvel fssil (leo diesel, gs natural, biomassa etc.). A maior

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2009volume2 Cadernodoprofessor Fisica Ensinomedio 3aserie Caderno