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INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO
MÉDIO: UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA ABORDAR O EFEITO
FOTOELÉTRICO
JOCIVAL SANTOS SOUZA
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação da Universidade
Estadual de Santa Cruz (UESC) no Curso de
Mestrado Profissional em Ensino de Física
(MNPEF), como parte dos requisitos necessários
à obtenção do título de Mestre em Ensino de
Física.
Orientador: Prof. Dr.: Maxwell Roger da
Purificação Siqueira
Ilhéus – BA
2018
➢
FICHA CATALOGRÁFICA
S729 Souza, Jocival Santos. Inserção da física moderna e contemporânea no ensino médio: uma sequência de ensino para abor- dar o efeito fotoelétrico / Jocival Santos Souza. – Ilhéus, BA: UESC, 2018. 90f. : il. Orientador: Maxwell Roger da Purificação Siqueira. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de Santa Cruz. Programa de Pós-Graduação do Mestra- do Nacional Profissional em Ensino de Física. Inclui referências e apêndice.
1. Física (Ensino médio). 2. Física moderna. 3.
Fotoeletricidade. 4. Método de ensino. I. Título. CDD 530
Dedico esse trabalho a minha mãe Nalva,
pois ela foi a pessoa responsável para que
eu pudesse chegar até aqui.
AGRADECIMENTOS
É quase inacreditável que essa jornada tão árdua e ao mesmo tempo muito
gratificante chegou ao fim. No entanto, posso afirmar com toda veracidade que só
alcancei essa vitória porque pessoas muito especiais estiveram ao lado, não tenho como
pagar na forma de moeda mas, fica a minha eterna gratidão a todos que nunca me
desampararam.
Primeiro a gradeço a minha mãe, mulher guerreira que sempre acreditou em mim,
mesmo nos momentos de grandes dificuldades financeiras ela não me deixou aventurar a
vida em outros lugares, ela sempre dizia “você só sai daqui formado” e eu como filho
obediente assim fiz, formei, mas não precisei sair. Muito obrigado minha mãe, obrigado
a todos da minha família.
A Maxwell Siqueira, meu professor, meu orientador e acima de tudo meu amigo,
homem de respeito, responsável e um caráter invejável, no qual eu me espelho. Maxwell
muito obriga pela paciência, compreensão e acima de tudo obrigado meu amigo por
contribuir muito na minha formação.
A minha esposa Alana que, muitas vezes, teve que resolver as coisas em casa
enquanto eu buscava conquistar esse sonho.
A meus filhos Everton e Felipe, Cleiton meu sobrinho, minhas irmãs que sempre
me tratou com muito carinho.
A meus colegas de curso em especial David Freire e Wanderlei Lago. Esses foram
meus companheiros em todas idas e vindas UESC, sem sombra de dúvidas nossa parceria
tornou as viagens menos cansativas e mais proveitosas.
A Franklin Ramos, menino apaixonado pela Física, sempre recorria e ainda
recorro a ele quando tenho dúvidas.
A Ariskleber Santos, pessoa calma que nuca se chateou com minhas resenhas.
A Fábio Carvalho, por me tolerar todas as aulas lhe dando apelidos.
A Flavio Passinho, que sempre ficou no seu canto quietinho, mas sempre disposto.
A Thiago Carvalho, que é um grande amigo.
Ao professor Zolacir Trindade, por estar sempre disposto a nos ajudar.
A meu amigo Joaquin, mais conhecido como Cecei, que sempre me ajudou.
A UESC por ter me acolhe por todos esses anos.
A todos os professores do Programa de Pós-Graduação do Mestrado Nacional
Profissional em Ensino de Física, por terem contribuído com a minha formação.
À CAPES pelo apoio financeiro por meio da bolsa concedida.
Muito obrigado a todos.
RESUMO
INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO:
UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA ABORDAR O EFEITO FOTOELÉTRICO
JOCIVAL SANTOS SOUZA
Orientador: Dr. Maxwell Roger da P. Siqueira
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física
no Curso de Mestrado Profissional em Ensino de Física (MNPEF), como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
O presente trabalho é uma proposta de ensinar Física, que buscou contribuir para a
inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio. Para isso, foi
desenvolvido uma sequência didática sobre o efeito fotoelétrico, que pode ser
amplamente explorado nas aulas de Física devida sua forte presença em equipamentos
eletroeletrônicos que estão presentes diretamente no dia a dia dos estudantes. A sequência
foi construída a partir das etapas da Sequência de Ensino Investigativa (SEI), que tem
como objetivo a Alfabetização Científica dos estudantes. Na 1ª etapa houve a proposta da
situação problema, na 2ª etapa a resolução do problema pelos estudantes, na 3ª etapa
apresentação do que foi feito para resolver o problema, na 4ª etapa fez-se a sistematização
coletiva do conteúdo, na 5ª etapa os estudantes fizeram um relato individual sobre a
implementação SEI. A proposta foi implementada em uma turma da 3ª série do Ensino
Médio de uma escola da rede pública no sul da Bahia. A partir do relato individual e das
atividades desenvolvidas no decorrer da implementação da SEI, foi possível verificar o
entusiasmo, a participação e o aprendizado dos estudantes, por isso esse trabalho é
indicado a professores que desejam apresentar para os estudantes uma forma interativa e
agradável de aprender Física.
Palavras-chave: Ensino de Física, Física Moderna e Contemporânea, Efeito fotoelétrico,
Sequência de Ensino Investigativa.
Ilhéu-BA
2018
ABSTRACT
The present work is a proposal to teach Physics, which sought to contribute to the
insertion of Modern and Contemporary Physics in High School. To this end, a didactic
sequence was developed on the photoelectric effect, which can be extensively explored
in physics classes due to its strong presence in electrical and electronic equipment that
are present directly in students' daily life. The sequence was constructed from the stages
of the Investigative Teaching Sequence, which aims at the Scientific Literacy of students.
In the first stage there was the proposal of the problem situation, in the second stage the
resolution of the problem, in the 3rd stage presentation of what was done to solve the
problem, in the 4th step was the collective systematization of the content, in the 5th stage
they made a report about SEI implementation. The proposal was implemented in a 3rd
grade high school class of a public school in the south of Bahia. From the individual
report and the activities developed during the implementation, it was possible to verify
students' enthusiasm, participation and learning, so this work is indicated to teachers who
wish to present to students an interactive and pleasant way of learn physics.
Key-words: Physics teaching, Modern and Contemporary Physics, Phoelectric Efect,
Inquiry Teaching Sequence.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Velocidade do elétron em função da frequência, na frequência da cor vermelha
a velocidade do elétron é nula, para a frequência da cor verde a velocidade é menor que
a frequência de cor violeta ...............................................................................................22
Figura 2: Emissão de elétrons por incidência de fótons de uma fonte de baixa intensidade
(na esquerda), emissão de elétrons por incidência de fótons de uma fonte de alta
intensidade (na direita) ....................................................................................................24
Figura 3: Circuito contendo um sensor LDR para o acendimento automático de lâmpadas
.........................................................................................................................................24
Figura 4: Mostra esquematicamente o funcionamento de uma célula fotoemissiva .....25
Figura 5: representação das bandas de um semicondutor, BV é a banda de valência e BC
e a banda de condução de um semicondutor, E representa o nível de energia. ...............26
Figura 6: Silício dopado com Fósforo ...........................................................................27
Figura 7: Silício dopado com Boro ................................................................................27
Figura 8: Diagrama de uma célula solar, a seta superior indica o elétron excedente e a
seta inferior indica o buraco deixado pela ausência do elétron ......................................27
Figura 9: Componentes para a montagem de uma célula solar .....................................28
Figura 10: Satélite de telecomunicação equipado com células solar ............................29
Figura 11: Quite para a realização do experimento contendo um circuito e fontes
luminosas .........................................................................................................................41
Figura 12: Estudantes manipulando o circuito ..............................................................42
Figura 13: Estudantes tentando apagar a lâmpada sem o uso do interruptor ................43
Figura 14: Estudantes apagando a lâmpada com o uso de uma fonte luminosa ...........43
Figura 15: Estudantes apagando a lâmpada com o uso de mais de uma fonte luminosa
.........................................................................................................................................44
Figura 16: Estudantes sentados em semicírculo para discutir os meios que utilizaram na
resolução do problema ....................................................................................................45
Figura 17: Estudantes lendo o texto sobre o efeito fotoelétrico ....................................47
Figura 18: Applet utilizado na demonstração do efeito fotoelétrico .............................48
Figura 19: Projeção do applet na lousa. ........................................................................48
Figura 20: Estudantes eletrizando o eletroscópio .........................................................51
Figura 21: Resposta do estudante E5 para a questão 3 ..................................................56
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Função trabalho de alguns metais .................................................................23
Quadro 2: Quadro sintético do plano de ensino sobre efeito fotoelétrico. ......................34
Quadro 3: Respostas da primeira questão do questionário inicial. ..................................39
Quadro 4: Respostas da segunda questão do questionário inicial. ..................................39
Quadro 5: Respostas da terceira questão do questionário inicial. ...................................40
Quadro 6: Respostas da quarta questão do questionário inicial. .....................................40
Quadro 7: Respostas da quinta questão do questionário inicial. .....................................41
Quadro 8: Opiniões dos estudantes sobre o questionamento, como fizeram para dá certo?
.........................................................................................................................................45
Quadro 9: Opiniões dos estudantes sobre o questionamento, o porquê deu certo? .........46
Quadro 10: Respostas da primeira questão do texto Efeito fotelétrico. ..........................48
Quadro 11: Respostas da segunda questão do texto Efeito fotelétrico. ...........................49
Quadro 12: Respostas da terceira questão do texto Efeito fotelétrico. ............................49
Quadro 13: Respostas da quarta questão do texto Efeito fotelétrico. ..............................49
Quadro14: Respostas da quita questão do texto Efeito fotelétrico. .................................50
Quadro15: Respostas da sexta questão do texto Efeito fotelétrico. .................................50
Quadro 16: Respostas da primeira questão do texto O efeito fotelétrico no dia a dia.....52
Quadro 17: Respostas da segunda questão do texto O efeito fotelétrico no dia a dia. ....53
Quadro 18: Respostas da terceira questão do texto O efeito fotelétrico no dia a dia. .....53
Quadro 19: Resposta da primeira questão da Aplicação do conhecimento. ....................54
Quadro 20: Resposta da segunda questão da Aplicação do conhecimento .....................55
Quadro 21: Resposta da quarta questão da Aplicação do conhecimento. .......................56
Quadro 22: Relato livre sobre a implementação da SEI .................................................56
LISTA DE SIGLAS
FMC – Física Moderna e Contemporânea
LDR – Light Dependent Resistor (Resistor dependente de luz)
MD – Material Didático
SEI – Sequência de Ensino Investigativa
SUMÁRIO
1. Introdução ..................................................................................................................13
2. Considerações sobre o ensino de Física .................................................................15
2.1 Teoria de aprendizagem.............................................................................................18
3. O Efeito fotoelétrico...................................................................................................20
3.1 Aspectos históricos. ...................................................................................................20
3.2 Aspectos físicos. ........................................................................................................22
3.3 Aspectos tecnológicos. ..............................................................................................24
3.4 Aplicação no dia a dia ...............................................................................................29
4. Aspectos metodológicos .............................................................................................31
4.1 Sequência de Ensino Investigativa ...........................................................................31
4,2 Sujeitos (turma e perfil) .............................................................................................36
4.3 Teoria de aprendizagem.............................................................................................37
5. Discussão da implementação ....................................................................................38
6. Considerações finais .................................................................................................58
Referências Bibliográficas ...........................................................................................59
Apêndice A Produto Educacional ..................................................................................62
13
1. INTRODUÇÃO
É triste para um professor de Ciência, em particular de Física, quando ouve as
seguintes frases: “a Física é só para doidos”; “Física é a matéria mais difícil”; “só gosto
de Física porque o professor é doidão”; “Física é só fórmula” e, a mais intrigante, “Física
é só matemática”. Essas frases retratam de maneira simples e clara como os estudantes
percebem o ensino de Física desde sempre e explicam o declínio do rendimento e do
interesse dos estudantes por essa área. Em decorrência disso, surge a necessidade de
mudar o ensino de Física tanto no modo como é ensinada quanto no que é ensinado.
Essa necessidade de mudança é defendida por vários estudiosos como Freire
(1996), Ostermann (2000), Sasseron (2008), Pietrocola (2005) e reforçada pelos
resultados de exames como o Programme for International Student Assessment (Pisa –
Programa Internacional para Avaliação dos Estudantes). Os anseios por parte dos
pesquisadores juntamente com os resultados negativos do PISA mostram que esse modelo
que se baseia no ensino de deduções, definições, equações e em experimentos cujos
resultados são previamente conhecidos tornou-se inadequado, pois os resultados têm sido
cada vez piores. Consequentemente, faz com que os estudantes se interessem pouco por
essa área do conhecimento. Mas quais mudanças são necessárias para melhorar ou até
mesmo reverter este quadro?
Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) defendem que é preciso rediscutir
qual Física ensinar para possibilitar uma melhor compreensão do mundo e uma formação
para a cidadania mais adequada. Sabe-se que, para tanto, não existem soluções simples
ou únicas, nem receitas prontas que garantam o sucesso (BRASIL, 2000). Se não há uma
receita pronta no entanto é permitido ao professor que saia de sua zona de conforto,
busque novas metodologias e novos conteúdos para serem abordados em sala de aula. O
próprio PCN sugere que o aprendizado de Física deve estimular os jovens a acompanhar
as notícias científicas, orientando-os para a identificação sobre o assunto que está sendo
tratado e promovendo meios para a interpretação de seus significados (BRASIL, parte III,
2000, p. 27). Mas daí surge a questão: como um sujeito que estuda uma Física baseada
em memorização de formulas e que remota o século XIX vai interpretar aspectos
científicos e tecnológicos do século XXI? Uma possível resposta é que os alunos não
associam o que é dado em sala com o seu cotidiano e toda tecnologia que os cercam, pelo
14
fato de que a ciência e a tecnologia a qual eles têm acesso está há alguns séculos a frente
dos conceitos que são ensinados nas escolas.
Portanto, com intuito de contribuir na modificação desse cenário, desenvolvemos
uma Sequência de Ensino Investigativa (SEI) que aborda o tópico de Física Moderna e
Contemporânea: o Efeito Fotoelétrico. A ideia de propor esse tema para construção da
SEI, surgiu de uma curiosidade levantada em uma conversa informal. No horário do
intervalo na escola, levantei a seguinte questão para alguns estudantes: quem acende e
apaga as luzes dos postes aqui na cidade? As respostas foram as mais variadas possíveis,
e nenhum estudante se referiu aos sensores fotoelétricos.
A SEI busca contribuir com as mudanças no ensino de Física tanto no modo como
é ensinada quanto no que é ensinado. Assim, temos como objetivo inserir o conteúdo de
Física Moderna e Contemporânea, especificamente o efeito fotoelétrico na Educação
Básica, buscando relacionar sua presença nas aplicações tecnológicas que fazem parte do
cotidiano dos estudantes e da sociedade de um modo geral.
Para alcançar os objetivos delineados anteriormente, descrevemos o estudo em
seis capítulos. O capítulo 2 traz a discussão pautada nos anseios por mudança no ensino
de Física por parte de vários autores, a metodologia a ser abordada e o que diz o PCN.
No capítulo 3 são abordados os aspectos físicos do efeito fotoelétrico, breve
contexto histórico, aplicações tecnológicas, além das aplicações no dia a dia.
O capítulo 4 versa sobre os aspectos metodológicos, destacando: a Sequência de
Ensino Investigativa, o perfil dos participantes e da turma e a relação com a Teoria da
aprendizagem utilizada na implementação deste trabalho.
O capítulo 5 trata da discussão da implementação. Já o capítulo 6 faz uma análise
reflexiva sobre todo o processo de desenvolvimento e implementação da SEI.
15
2. CONSIDERAÇÕES SOBRE O ENSINO DE FÍSICA
O aprendizado de Física deve estimular os jovens a acompanhar as notícias
científicas, orientando-os para a identificação sobre o assunto que está sendo tratado e
promovendo meios para a interpretação de seus significados (BRASIL, parte III, 2000, p.
27), mas na contra mão desse viés, o ensino de Física nas instituições de ensino público
é monótono e desestimulante, fundamentado na figura do professor com aulas
tradicionais baseadas em sua grande maioria em resolução de exercícios que não oferece
ao estudante a oportunidade para desenvolver uma investigação.
Na maioria das vezes, as aulas de Física têm se resumido às resoluções de
problemas matemáticos que, por si só, não permitem aos estudantes
estabelecerem relações entre os conceitos e os fenômenos envolvidos na
produção do conhecimento, nem desenvolver uma compreensão razoável desta
Ciência como construção humana (BATISTA, 2015).
Com o intuito de melhorar este quadro, Ostermann (2000), sugere a
implementação de conteúdos de FMC nas unidades escolares de ensino médio, uma vez
que esses conteúdos encontram-se continuamente presente no cotidiano dos estudantes.
É imprescindível que o estudante do ensino médio conheça os fundamentos da
tecnologia atual, já que ela atua diretamente em sua vida e pode definir seu
futuro profissional. É importante a introdução de conceitos básicos de FMC e,
em especial, fazer a ponte entre a física da sala de aula e a física do cotidiano
(OSTERMANN, 2000, p.26).
Além disso, a autora cita alguns argumentos a favor da inserção da FMC que são
indicadas por Barojas (1998 apud OSTERMANN, 2000, p.24), que na III Conferência
Interamericana sobre Educação em Física indicou que a introdução de tópicos modernos
e contemporâneos na escola média pode:
Despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como
um empreendimento humano e, portanto, mais próxima a eles; os estudantes
não têm contato com o excitante mundo da pesquisa atual em Física, pois não
veem nenhuma Física além de 1900. Esta situação é inaceitável em um século
no qual ideias revolucionárias mudaram a ciência totalmente; é do maior
interesse atrair jovens para a carreira científica. Serão eles os futuros
pesquisadores e professores de Física; é mais divertido para o professor ensinar
tópicos que são novos. O entusiasmo pelo ensino deriva do entusiasmo que se
tem em relação ao material didático utilizado e de mudanças estimulantes no
conteúdo do curso. É importante não desprezar os efeitos que o entusiasmo
tem sobre o bom ensino. (OSTERMANN, 2000, p.24).
Nesse sentido Torre (1998 apud OSTERMANN, 2000, p.25) enuncia várias
razões para justificar a necessidade de ensinar FMC na escola:
16
Conectar o estudante com sua própria história; protegê-lo do obscurantismo,
das pseudociências e das charlatanias pós-modernas; que o aluno possa
localizar corretamente o ser humano na escala temporal e espacial da natureza;
FMC possui múltiplas e evidentes consequências tecnológicas; por sua beleza,
pelo prazer do conhecimento, porque é uma parte inseparável da cultura,
porque o saber nos faz livres e valoriza a humanidade.
A necessidade da inserção da FMC na Educação Básica é apontada pela literatura
em ensino de Física, que antecede a década de 2000 como mostra Ostermann 2000.
A tendência de atualizar-se o currículo de Física justifica-se pela influência
crescente dos conteúdos contemporâneos para o entendimento do mundo
criado pelo homem atual, bem como a necessidade de formar um cidadão
consciente e participativo que atue nesse mesmo mundo (Ostermann, 2000,
p.24).
Dentre os conteúdos contemporâneo para o entendimento do mundo atual
Ostermann (2000) destaca os seguintes: efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de
conservação, radioatividade, forças fundamentais, dualidade onda-partícula, fissão e
fusão nuclear, origem do Universo, raios-X, metais e isolantes, semicondutores, laser,
supercondutores, partículas elementares, relatividade restrita, Big Bang, estrutura
molecular e fibras ópticas.
No entanto, é preciso ter cuidado ao sinalizar a inclusão desses novos conteúdos,
seja pelos desafios didáticos que implica, seja por encontrar professores despreparados,
textos escolares inconsistentes (MENEZES, 2000, p. 8).
Para Brockington e Pietrocola o cuidado com a inclusão de Física Moderna e
Contemporânea no Ensino Médio vai além de professores despreparados e textos
incoerentes.
Certamente, a cautela na abordagem de FMC no Ensino Médio não é difícil de
ser entendida. Os desafios são impostos não apenas pela complexidade
intrínseca destes tópicos, como também por uma insegurança inerente a
qualquer tentativa de mudança no domínio escolar. Acrescente-se a isso, o
sistema de ensino que, na maioria das vezes, dificulta, e até impede, qualquer
tipo de inovação. Grande parte dos professores está presa a um cenário
pedagógico sem muita flexibilidade, seja por prescrições de conteúdo, horários
restritos e especificidades de suas próprias disciplinas. Não é incomum o
professor sentir-se cerceado pelas condições que lhe são impostas na escola,
como a preocupação exacerbada com o cumprimento do programa ou a pressão
por resultados no vestibular. Isso sem levar em conta o tamanho das turmas e
a extensão dos currículos (BROCKINGTON; PIETROCOLA, 2005 p. 387-
388).
Por outro lado os autores Brockington e Pietrocola afirmam que o conhecimento
ensinado nas escolas estar em harmonia com o conhecimento produzido pela Ciência.
Em cada época, é necessário que o conhecimento científico escolar esteja
fundamentado no conhecimento produzido pelos cientistas, e que esse já tenha
sido aceito de uma forma consensual pela comunidade científica. A pesquisa
17
em Física induz a um Ensino de Física que deva, a princípio, ser sua própria
imagem e semelhança (BROCKINGTON; PIETROCOLA, 2005 p. 389).
Nessa mesma perspectiva (Valadares e Moreira, 1998. P 121), concordam que é
de extrema importância que o estudante do Ensino Médio conheça os fundamentos da
tecnologia atual, já que ela atua diretamente em sua vida e certamente definirá o seu futuro
profissional. Os autores ainda destacam a importância de se introduzir conceitos básicos
de Física Moderna e relacionamento da Física que é ensinada na sala de aula com a Física
do dia a dia. ´
Em nosso cotidiano deparamos cada vez mais com novos aparelhos eletrônicos
(por exemplo, o onipresente computador) e opto eletrônicos (CDs, displays de
cristal líquido, leitoras óticas, xerox, impressora laser, etc.), dispositivos
automáticos (portas e torneiras automáticas), sistema de controle (portão
eletrônico, controle remoto de televisão e videocassete), novos usos do laser
em medicina (em operações para eliminar defeitos da visão, tatuagens, pedras
nos rins e no tratamento de queimados, entre outros) e nas telecomunicações
(fibras óticas), além de aplicações em várias áreas industriais. Tudo isso e
muito mais está presente em casa, nas lojas, nos hospitais, supermercados,
carros, aeroportos e por que não, também nas próprias escolas. Jornais, rádios
e a TV estão constantemente anunciando novos avanços tecnológicos que logo
estarão sendo incorporados ao nosso dia-a-dia (VALADARES; MOREIRA,
1998. p. 121).
Siqueira (2012) também está de acordo com a inserção de tópicos da Ciência
Moderna, pois segundo o autor, entre outras coisas a FMC é responsável pelos avanços
científicos e tecnológicos e até mesmo sociais.
Na perspectiva de contribuir com a inserção de tópicos da FMC e baseando-se na
lista de tópicos destacada por Ostermann (2000) e por estar presente seja de forma direta
ou direta no dia a dia de todos estudantes, o tópico de FMC, efeito fotoelétrico é escolhido
por vários pesquisadores para a realização de seus trabalhos.
Leal (2017) escolheu o efeito fotoelétrico para criar uma proposta temática
contextualizada sobre o tópico, para o ensino de física moderna e contemporânea na
educação básica. Segundo ele, a proposta facilita o aprendizado do aluno, pelo fato de
que o fenômeno efeito fotoelétrico está presente no cotidiano do estudante.
Este trabalho descreve uma proposta de material didático, que permite abordar
da Física Moderna e Contemporânea (FMC), o efeito fotoelétrico, na
perspectiva de facilitar o aprendizado do aluno uma vez, que esse material
didático (MD) pode ser utilizado de forma contextualizada, articulando-se esse
fenômeno com algumas aplicações tecnológicas vivenciadas pelos alunos no
seu cotidiano (LEAL, 2017. p. 7).
No mesmo viés, Silveira (2016) desenvolveu um kit experimental com arduino
para demonstrar qualitativamente o efeito fotoelétrico e as propriedade elétricas do
18
plasma aos estudantes do Ensino Média. Segundo o autor, todo material para montagem
do kit é de baixo custo e pode ser usado para outros fins.
O kit FOTODUINO foi concebido inicialmente para ser utilizado em
experimentos de análise qualitativa do efeito fotoelétrico e das propriedades
elétricas do plasma. Porém, outras aplicações também são possíveis embora
não tenham sido testadas neste projeto. O equipamento pode servir à
demonstrações envolvendo eletrostática, já que apresenta grande sensibilidade
às variações do campo, quando a fonte AT apresenta-se desligada (SILVEIRA,
2016. p. 40)
Com finalidade de despertar a curiosidade de estudantes da 3ª série do ensino
médio e ao mesmo tempo inserir a FMC no âmbito escolar, Batista 2016, elaborou uma
sequência didática para ensinar o efeito fotoelétrico e de acordo com o autor a escolha do
tópico efeito fotoelétrico se deu por ele ter possibilitado a abertura de um novo caminho
para uma nova Física
Quanto ao tema central, foi selecionado efeito fotoelétrico, porque foi ele que
abriu o caminho para uma nova Física a conhecida Física Quântica, portanto
entendemos como um marco na história da Ciência. Assim, essa proposta se
apresenta como possibilidade para trazer a FMC para o EM, por meio do
fenômeno sem dar ênfase aos modelos matemáticos (BATISTA, 2016. p. 4).
2.1 Teoria de aprendizagem
Teoria de aprendizagem é uma construção humana para interpretar
sistematicamente a área de conhecimento que chamamos aprendizagem (MOREIRA,
1999).
A definição de aprendizagem segundo Ausubel consiste na ampliação da estrutura
cognitiva por meio da incorporação de novas ideias a ela. Ainda de acordo com Ausubel
a aprendizagem pode ser significativa ou mecânica.
Já Piaget afirma que a aprendizagem é constituída internamente, depende do nível
de desenvolvimento do sujeito e se dá através da ação do sujeito com o meio. Para ele o
desenvolvimento cognitivo ocorre por meio da ação de cada um sobre o meio e é
estruturado internamente pelo sujeito e pelos processos de assimilação e acomodação.
Para Vygotsky, a relação entre o sujeito e o meio é mediada por produtos culturais,
não sendo assim uma relação direta com o mundo. Segundo ele o desenvolvimento
acontece primeiro nas relações sociais, depois no plano individual e é na relação com o
outro que se vai internalizar as formas culturas de perceber a realidade por meio da
19
linguagem e das significações. Para ele isso implica sempre a participação do outro na
realização de tarefas.
Este trabalho seguiu na linha do desenvolvimento e aprendizagem dos estudantes,
com a perspectiva de trabalho em grupo o fazer junto, o que Vygotsky caracteriza como
zona de desenvolvimento proximal, para que eles pudessem compartilhar entre-se tanto
o desenvolvimento quanto a aprendizagem. Com isso pode-se afirmar que esse trabalho
tem embasamento pedagógico na teoria da aprendizagem de Vygotsky.
20
3. O EFEITO FOTOELÉTRICO
3.1 Aspectos históricos.
O primeiro relato que se tem sobre transformação da energia luminosa 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, eletrodos
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 demonstrar experimentalmente as
equações de James Clerk Maxwell que indicam a existência de radiação eletromagnética,
que se difundiram através de dielétricos. Durante os experimentos ele pode constatar o
surgimento de corrente elétrica entre dois eletrodos devido a emissão de luz.
Por volta de 1888, Wilhelm Hallwachs observou, através de experimentos, que
uma placa de zinco, neutra e isolada, era carregada positivamente ao ser exposta a
radiação ultravioleta e de acordo com Bassalo (2000), era mais uma observação do que
mais tarde seria chamado de efeito fotoelétrico.
Outro colaborador no estudo sobre o efeito fotoelétrico foi o assistente de Hertz,
o físico de dupla nacionalidade, o hungaro-alemão Philipp Eduard Von Lenard que apesar
de não ter interesse em dar continuidade às pesquisas de Hertz, publicou duas leis para o
fenômeno.
1ª os elétrons emitidos têm velocidades iniciais finitas e independe da intensidade
da luz incidente, porém depende de sua frequência;
2ª o número total de elétrons emitidos é proporcional à intensidade da luz
incidente.
Apesar de o efeito fotoelétrico ter sido verificado por vários estudiosos, foi Albert
Einstein quem levou o Prêmio Nobel por desenvolver uma explicação matemática para o
fenômeno. No entanto, em sua primeira tentativa de explicar o efeito fotoelétrico, Einstein
postulou que a luz se comportava como partículas de energia (quanta de luz) e que essa
energia era distribuída de forma uniforme sobre o espaço no qual se propagava
(EINSTEIN, 1905). Devido a seu postulado Einstein teve dificuldades para explicar o
fenômeno, pois ia de encontro com a teoria clássica de Maxwell. Para reverter o quadro,
mesmo utilizando os resultados de Max Karl Ernst Ludwig Planck sobre radiação do
21
corpo negro, Einstein recorre a teoria clássica da distribuição de energia proposta por
Wien dada pela equação a seguir:
𝑓(ʋ𝑇) = 𝛼𝑒𝑥𝑝(−𝛽𝜈𝑇) (𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1)
Por fim, Einstein formula matematicamente o efeito fotoelétrico com a afirmação
de que um quantum de energia é dado pela expressão:
𝐸 = (𝑅
𝑁) 𝛽𝜈 (𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2)
onde 𝑅𝛽/𝑁 equivale a constante de Planck, sendo R a constante universal dos gases, N o
número de Avogadro e E a energia.
Partindo dos princípios clássicos da Termodinâmica e da Mecânica Estatística e
após realização de vários cálculos relacionados com a energia de um gás, Einstein chega
à seguinte equação:
𝜋𝐸 = 𝑅𝛽𝜈 − 𝑝 (𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 3)
onde β é constante de Wien.
Não muito satisfeito com a teoria e a equação proposta 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 de corpúsculos sob a
influência da luz seria dada pela equação 4 (contextualização do efeito fotoelétrico), na
qual aparecia a constante de Planck.
𝑚𝑣²
2= ℎ𝜈– 𝑝 (𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4)
para a qual ℎ𝜈 é a energia absorvida pelo elétron, 𝑝 é energia gasta na extração do elétron
conhecida como função trabalho e 1/2𝑚𝑣2 é a energia que o elétron sai da superfície.
No entanto, os resultados encontrados por Millikan serviram para corroborar a teoria de
Einstein.
22
3.2 Aspectos físicos
O efeito fotoelétrico é um fenômeno pelo qual elétrons são arrancados de
superfícies, geralmente metálicas, por meio da incidência de luz oriunda do Sol ou de
outras fontes luminosas.
A energia cinética dos elétrons arrancados é diretamente proporcional a
frequência do fóton incidente, não dependendo da sua intensidade.
Para que elétrons sejam arrancados de uma determinada superfície é necessário
que o fóton tenha uma frequência que forneça energia superior a função trabalho, pois a
retirada de elétrons está sujeita a intensidade da força que o liga ao material e a depender
da intensidade da referida força, os elétrons podem ser arrancados com energia cinética
próximo de zero ou com energia cinética máxima. Por tanto, a conservação da energia se
estabelece de acordo com a equação.
𝐸𝑐 𝑚𝑎𝑥 = 𝐸 – 𝜙
Ecmax é energia cinética máxima do elétron arrancado
E é a energia fornecida pelo fóton
ϕ é a energia absorvida pelo elétron (função trabalho)
De forma clássica, o elétron pode ser caracterizado como uma partícula ligada aos
átomos que compõe a matéria e pode ser retirado por meio de agentes externos como é o
caso dos fótons.
Figura 1: Velocidade do elétron em função da frequência, na frequência da cor vermelha a velocidade do
elétron é nula, para a frequência da cor verde a velocidade é menos que a frequência de cor violeta.
Fonte: http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/efeito-fotoeletrico (modificada)
23
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.
Para cada material existe uma frequência limite para que os elétrons sejam
arrancados e está frequência mínima está associada a função trabalho.
Quadro 1: 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
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.
A intensidade de um feixe luminoso de frequência superior a função trabalho
determina a quantidade de elétrons que são arrancados, ou seja, quanto maior for a
intensidade da fonte luminosa maior será a quantidade de elétrons arrancados, porém sem
interferir em sua energia cinética.
24
Figura 2: Emissão de elétrons por incidência de fótons de uma fonte de baixa intensidade (na esquerda);
emissão de elétrons por incidência de fótons de uma fonte de alta intensidade (na direita).
Fonte: http://fisicaevestibular.com.br/novo/fisica-moderna/efeito-fotoeletrico-2/.
3.3 Aspectos tecnológicos
Para transformar a energia luminosa em energia elétrica por meio do efeito
fotoelétrico é necessário a utilização de células fotoelétricas as quais se subdividem em
três tipos, que são: foto emissiva, foto voltaica e foto condutiva.
Figura 3: Circuito contendo um sensor LDR para o acendimento automático de lâmpadas
Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABvZgAA/trab-fisica-ii-intr-a-mecanica-quantica.
25
A célula fotocondutiva ou fotorresistiva é um aparato tecnológico produzido a
partir de semicondutores (silício e selênio) que faz a resistência do material do qual ela é
constituída variar com a incidência de luz. Um dos dispositivos que utiliza esse tipo de
célula é o LDR (Light Dependent Resistor, em português Resistor Dependente de Luz).
Esses dispositivos são usados em larga escalas no controle da luminosidade urbana.
O LDR funciona como um interruptor, na presença da luz. Elétrons encontram-se
livres em sua camada mais externa e como existe uma diferença de potencial (ddp), esses
elétrons passam a fazer parte da corrente elétrica do circuito. De acordo com a primeira
lei de Ohm, isso proporciona uma redução na resistência do LDR fazendo com que a
corrente elétrica atravesse a bobina transformando em um eletroímã, daí a chave (figura
3) é então retirada da posição 1 para a posição 2 impedindo que a corrente elétrica
percorra o circuito no qual a lâmpada está inserida evitando seu acendimento.
Figura 4: Mostra esquematicamente o funcionamento de uma célula fotoemissiva.
Fonte: http://palavrasestrelas.blogspot.com.br/ (modificado).
Já a célula fotoemissiva é constituída geralmente de ouro ou prata, o que torna seu
custo elevado e as torna raras no mercado. Esses dispositivos quando exposto à luz emite
um feixe de elétrons proveniente do eletrodo negativo que são acelerados por uma ddp e
armazenam-se no eletrodo positivo. Também conhecidas como fototubo, esse dispositivo
26
é encapsulado a vácuo. Dentre sua utilização pode-se destacar na medicina em fototerapia
e em medidas precisas de emissão e absorção de luz (medidas fotométricas).
As células fotovoltaicas, são formadas por materiais semicondutores assim como
as células fotoemissivas, pois os elementos químicos dos quais são constituídos esses
materiais têm a propriedade de formar bandas de Energia.
Figura 5: Representação das bandas de um semicondutor: BV é a banda de valência e BC e a banda de
condução de um semicondutor, E representa o nível de energia.
Fonte:http://www.infoescola.com/fisica/semicondutores
Quando o elétron ganha energia ele sai da banda de valência e vai para a banda de
condução. No caso das células fotovoltaicas a energia necessária para mover o elétron de
uma banda a outra vem dos fótons originários da radiação solar. Por outro lado, os
semicondutores apresentam baixa condução em condições normais. Para que essa
condução seja ampliada, o material é submetido ao processo de dopagem. Esse processo
consiste em adicionar outros elementos na composição do semicondutor fazendo com que
o material apresente duas camadas, sendo uma constituída de elementos com o número
maior de elétrons na camada de valência do que o número de elétrons da camada de
valência do semicondutor (camada doadora tipo N) e a outra é formada por elementos
com menor número de elétrons na camada de valência em relação ao número de elétrons
da camada de valência do semicondutor (camada tipo P). Existem vários semicondutores
para a fabricação de células solares, porém como exemplo tem-se a célula de silício, pelo
fato desse tipo de célula ser a mais utilizada atualmente (ROSA, 2014).
27
Figura 6: Silício dopado com Fósforo Figura 7: Silício dopado com Boro
Segundo Castro (2002), o boro é o dopante geralmente usado para criar a camada
tipo P, pois ele tem apenas três elétrons na sua última camada enquanto o silício tem
quatro, isso faz com um elétron do silício fique desemparelhado, a falta desse elétron gera
o efeito de uma carga positiva, por isso o nome tipo P (figura 7).
Figura 8: Diagrama de uma célula solar, a seta superior indica o elétron excedente e a seta inferior indica
o buraco deixado pela ausência do elétron.
Fonte: www.profelectro.info/celula-solar-fotovoltaica.
Para criar a camada tipo N, o fósforo seria o elemento indicado, pois ele tem cinco
elétrons na camada de valência e ao ligar-se ao silício ficaria um elétron livre, ganhando
Fonte: www.profelectro.info/celula-solar-fotovoltaica Fonte: www.profelectro.info/celula-solar-fotovoltaica
28
liberdade de movimento, a sobra desse elétron gera o efeito de uma carga negativa, por
isso o nome tipo N (figura 6).
Figura 9: Componentes para a montagem de uma célula solar
Fonte:https://pt.depositphotos.com/vector-images/c%C3%A9lulas-fotovoltaicas.html?qview=140911368
(modificada)
As células fotovoltaicas têm a propriedade de converter diretamente a energia
luminosa em energia elétrica e por isso são usada para abastecer residências, comércios e
até mesmo as industriais. Sua propriedade também permite que as células sejam
instaladas em qualquer lugar, pois não precisa de fiação como as redes de transmissão
tradicionais o que proporciona levar a energia elétricas para lugares remotos e longe dos
centros urbanos como rodovias, localidades isoladas, embarcações, automóveis, aviões e
em satélites.
29
Fonte: http://defesaeseguranca.com.br/mercado-tendencias-para-o-mercado-de-sa te lites -e-
telecomunicacoes-na-america-latina/.
3.4 Aplicação no dia a dia
Por desempenhar funções diferentes devido a cada tipo de célula fotoelétrica o
efeito fotoelétrico tem vasta aplicação no dia a dia, dentre elas pode-se destacar: os
controles remotos que proporcionam comodidade de manuseio de equipamentos a longa
distância, em relógios, calculadoras e brinquedos reduzindo os custos com a substituição
de pilhas e baterias, nas residências e postes de iluminação proporcionando o uso de
energia limpa e mais barata, além de controlar os desperdícios.
Nos televisores e cinemas é responsável pela formação da imagem e codificação
do som. Nas rodovias controla o limite de velocidade através dos radares e permite que o
motorista tenha melhor visibilidade favorecendo a diminuição do números de acidentes e
mortes no trânsito. Nos elevadores e metrôs o efeito fotoelétrico atua como dispositivo
de segurança evitando o fechamento das portas caso haja algo ou alguém entre elas. Além
disso, permite o abre e fecha das portas automáticas encontradas principalmente em lojas
de shopping e cinemas.
Temos outra aplicação do efeito fotoelétrico no dia a dia que, apesar de não estar
próximo das pessoas, contribui para atividades diárias, especialmente nas
Figura 10: Satélite de telecomunicação equipado com células solar.
30
telecomunicações. Esse é o caso dos satélites, pois se não fosse o efeito fotoelétrico se
tornaria quase que impossível mantê-los por muito tempo em órbita, prejudicando ou até
mesmo inviabilizando o funcionamento de equipamentos como os sistemas de
localização global (GPS), televisores, o envio de informações via internet e os aparelhos
celulares.
31
4. ASPECTOS METODOLÓGICOS
4.1 Sequência de Ensino Investigativa
A metodologia desenvolvida nesse trabalho é de natureza investigativa que
abrangerá alunos do ensino média. Essa modalidade metodológica é defendida por vários
autores entre eles destacamos Paulo Feire que afirma “Não há ensino sem pesquisa e
pesquisa sem ensino”. Paulo Freire em seu trabalho Pedagogia da Autonomia, defende
uma forma de ensino investigativo que desperte a curiosidade e reforça o pensamento
crítico do aluno.
Faz parte das condições em que aprender criticamente é possível a
pressuposição por parte dos educandos de que o educador já teve ou continua
tendo experiência da produção de certos saberes e que estes não podem a eles,
os educandos, ser simplesmente transferidos. Pelo contrário, nas condições de
verdadeira aprendizagem os educandos vão se transformando em reais sujeitos
da construção e da reconstrução do saber ensinando, ao lado do educador,
igualmente sujeito do processo (FREIRE, 1996, p14).
Desta forma no primeiro momento desse trabalho foi feito um levantamento da
literatura que aborda a Física Moderna e Contemporânea e sua aplicação no cotidiano
como: livros didáticos, artigos científicos, periódicos, revistas, sites, vídeos, etc. Nesse
mesmo período ocorreu a classificação dos materiais instrucionais que abordam o Efeito
Fotoelétrico os quais foram: um applet, dois experimentos, livro didático, reportagens em
jornais e revistas além da construção de dois textos, o primeiro texto traz contextualização
histórica e o funcionamento do efeito fotoelétrico, já o segundo texto trata da presença do
efeito fotoelétrico no dia a dia de todos nós. Após a construção dos textos, houve a
construção de uma Sequência de Ensino Investigativa sobre o Efeito Fotoelétrico, pautada
nas cinco etapas propostas por (CARVALHO, 2013).
1º A proposta do problema,
2º A resolução do problema,
3º Os alunos apresentam o que fizeram,
4º Procura explicação causal e/ou de sistematização,
5º Escrita individual do relatório.
32
1ª etapa
Etapa de distribuição do material experimental e a proposta do problema pelo
professor.
Nesta etapa, (CARVALHO, 2013), recomenda que a turma seja dividida em
pequenos grupos, se faça a distribuição do material, proponha o problema e confira se
todos os grupos entenderam o problema a ser resolvido. Ela salienta ainda que deve-se
ter cuidado para não dar a solução nem mostrar como manipular o material para obtê-la,
pois se, de alguma forma a resposta for indicada pelo professor, haverá o risco de abolir
toda possibilidade do estudante pensar.
Nesta etapa a classe foi dividida em grupos de no máximo quatro alunos, cada
grupo recebeu um circuito pronto com um LDR e fontes luminosas de cores diferentes e
tiveram um tempo para manusear e se familiarizar com o circuito e as fontes de luz.
Passando do primeiro contato com os materiais, o professor pediu aos alunos para acender
e apagar a lâmpada do circuito com a ajuda de um interruptor. Feito isto, o professor
propôs a seguinte situação problema; é possível acender e apagar a lâmpada sem o uso
do interruptor? Nessa etapa o aluno se deparou com uma situação experimental
investigativa em que ele é responsável pela resolução e é conceituada por Piaget de
desequilibração, que segundo Piaget o aluno se encontra em uma ação manipulativa.
2ª etapa
Etapa de resolução do problema pelos alunos
Para Carvalho (2013), o importante aqui não é o conceito que se quer ensinar, mas
as ações manipulativas que dão condições aos estudantes de levantar hipóteses para
resolver o problema. A autora ainda afirma que é a partir das hipóteses dos estudantes
que, quando testadas experimentalmente, derem certo que eles terão a oportunidade de
construir o conhecimento. Além disso, as hipóteses que, quando testadas, não deram certo
também são muito importantes nessa construção, pois é a partir do erro que os estudantes
têm confiança no que é certo, eliminando as variáveis que não interferem na resolução do
problema. Ainda nesta etapa a autora afirma que os alunos precisam errar, eles devem
testar as coisas que pensam e verificar que não funcionam e, nesse momento o papel do
professor é só verificar se os grupos entenderam o problema proposto.
Aqui os alunos permaneceram em seus respectivos grupos de forma que cada
membro pode interagir e manusear o circuito para que pudessem construir e testar
33
hipóteses que viessem a solucionar o problema proposto, que foi acender e apagar a
lâmpada do circuito sem o uso do interruptor.
Nesta etapa da SEI Carvalho (2013) destaca a importância do erro, pois segundo
a autora o erro é importante para separar as variáveis que interferem daquelas que não
interferem na resolução do problema. Além disso, segundo Piaget o aluno passa da ação
manipulativa para a ação intelectual, adquirindo então a equilibração ao passo que
constrói o conhecimento.
3ª etapa
Etapa da sistematização dos conhecimentos elaborados nos grupos
Para esse momento é recomendado por Carvalho (2013) que os grupos sejam
desfeitos todo o material seja recolhido e que a sala seja organizada em círculo para
melhor visualização dos estudantes. Aqui o professor tem papel fundamental, ele deve
proporcionar espaço e tempo para a sistematização coletiva do conhecimento. Através de
perguntas “Como vocês conseguiram resolver o problema” o professor busca a interação
dos estudantes levando-os a tomar consciência de suas ações. Para a autora essa é a etapa
da passagem da ação manipulativa para a ação intelectual, levando-os ao início do
desenvolvimento de atitudes científicas. Ao fim do relato de todos os estudantes sobre o
que fizeram, o professor deve fazer as seguintes perguntas “Por que vocês acham que deu
certo?” “Como vocês explicam o porquê de ter dado certo?” De acordo com a autora, ao
buscar uma justificativa para o fenômeno, argumentação científica ou mesmo uma
explicação causal, leva a procura de palavras para explicar o fenômeno e, nesse momento
é que pode haver a possibilidade de ampliação do vocabulário dos estudantes com termos
científicos.
Neste momento os alunos já solucionaram o problema, os grupos foram
desfeitos e a classe foi reorganizada de forma a compor um semicírculo para que todos
tivessem a mesma visão do colega e do professor e com isso facilitar o diálogo entre a
turma. No entanto, para que toda atenção seja voltada às discussões referentes ao tema, o
material de análise foi recolhido. Após isso o professor levantou as seguintes questões:
vocês resolveram o problema? Quais os meios que vocês utilizaram para chegar a uma
solução? Como e porque fizeram dessa forma?
34
O intuito dos questionamentos é buscar a participação dos alunos de forma que
eles percebam a importância de suas ações na resolução do problema, isso caracteriza a
passagem da ação manipulativa à ação intelectual.
4ª Etapa
Etapa que procura explicação causal e/ou de sistematização
Tendo em vista que todos os alunos já tenham exposto sua contribuição para se
chegar a resolução do problema, o professor fez o seguinte questionamento: como vocês
explicam o porquê de ter chegado a uma conclusão correta? Com essa pergunta é esperado
que os alunos busquem uma justificativa, uma explicação causal ou argumento científico
para o fenômeno observado. Segundo Carvalho (2013) é nessa etapa que há a
possibilidade de ampliação do vocabulário dos alunos em relação a ciência.
5ª Etapa
Etapa do escrever e desenhar
Carvalho (2013) classifica esta etapa como sistematização individual do
conhecimento. Para ela é necessário um período para uma aprendizagem individual e para
isso o professor deve pedir para que os estudantes escrevam e desenhem sobre o que
aprenderam na aula, pois segundo a autora a escrita apresenta-se como instrumento de
aprendizagem que realça a construção pessoal do conhecimento.
Nessa etapa os alunos, individualmente expuseram de forma escrita todo
conhecimento adquirido durante as discussões em seus respectivos grupos e com toda
classe. Esse momento segundo a autora, realça a construção pessoal do conhecimento.
Quadro 2: Quadro sintético do plano de ensino sobre efeito fotoelétrico.
ETAPAS MOMENTOS COMENTÁRIOS AULA
1. Proposta do
problema
Atividade 1 - Os alunos
responderão ao questionário 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
35
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. 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 o 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 de
forma que as carteiras fiquem
enfileiradas.
Por que do eletroscópio
descarregar na presença da
luz solar?
6
36
Atividade 4 - Eletroscópio
6. Aplicação de
conhecimento.
Atividade 5 – Leitura do texto
que aborda as 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
4.2 Sujeitos
A Sequência de Ensino Investigativa foi implementada no período de 11 a 20 de
setembro de 2017 no Colégio Estadual Governador Cesar Borges, que no dia primeiro de
janeiro de 2018 passou a ser chamado de Colégio Estadual de Algodão, localizado no
distrito de Algodão no município de Ibirataia na Bahia. O colégio é de pequeno porte,
funciona apenas nos turnos vespertino e noturno, sendo que em cada turno tem apenas
uma turma de cada série do ensino médio.
A implementação ocorreu na 3ª série do ensino médio do turno vespertino. A
turma era composta de 11 estudantes com idade entre 16 e 19 anos, dos 11 componentes
da turma 9 eram do sexo feminino e 2 do sexo masculino, dentre as mulheres duas eram
mães, uma das crianças tinha 1,5 anos e a outra 2,5 anos, ambas tiveram presentes em
todas as aulas da implementação da SEI e isso fez com que toda turma desviasse a atenção
em muitos momentos dos estudos.
37
4.3 Teoria de aprendizagem
Teoria de aprendizagem é uma construção humana para interpretar
sistematicamente a área de conhecimento que chamamos aprendizagem (MOREIRA,
1999).
A definição de aprendizagem segundo Ausubel consiste na ampliação da estrutura
cognitiva por meio da incorporação de novas ideias a ela. Ainda de acordo com Ausubel
a aprendizagem pode ser significativa ou mecânica.
Já Piaget afirma que a aprendizagem é constituída internamente, depende do nível
de desenvolvimento do sujeito e se dá através da ação do sujeito com o meio. Para ele o
desenvolvimento cognitivo ocorre por meio da ação de cada um sobre o meio e é
estruturado internamente pelo sujeito e pelos processos de assimilação e acomodação.
Para Vygotsky, a relação entre o sujeito e o meio é mediada por produtos culturais,
não sendo assim uma relação direta com o mundo. Segundo ele o desenvolvimento
acontece primeiro nas relações sociais, depois no plano individual e é na relação com o
outro que se vai internalizar as formas culturas de perceber a realidade por meio da
linguagem e das significações. Para ele isso implica sempre a participação do outro na
realização de tarefas.
Este trabalho seguiu na linha do desenvolvimento e aprendizagem dos estudantes,
com a perspectiva de trabalho em grupo o fazer junto, o que Vygotsky caracteriza como
zona de desenvolvimento proximal, para que eles pudessem compartilhar tanto o
desenvolvimento quanto a aprendizagem. Com isso pode-se afirmar que esse trabalho
tem embasamento pedagógico na teoria da aprendizagem de Vygotsky.
38
5. DISCUSSÃO DA IMPLEMENTAÇÃO
Na Implementação da Sequência de Ensino Investigativa que aconteceu em uma
turma da 3ª série do Ensino Médio no Colégio Estadual Governador Cesar Borges, teve
como aparato experimental, circuitos elétricos, cujo os itens foram: fio, interruptor,
tomada macho, lâmpada, LDR e uma base de madeira. Esse aparato experimental se fez
necessário para os estudantes resolverem a situação problema proposta a eles, que foi
acender e apagar a lâmpada do circuito sem o uso do interruptor.
As atividades da SEI foram desenvolvidas nos dia 11,13,14,18 e 20 de Setembro
de 2017, e distribuídas em 10 aulas com 50 minutos de duração cada, as quais foram
elaboradas de acordo com as cinco etapas propostas por (CARVALHO, 2013)
.
Descrição da 1ª e 2ª aula
A implementação da Sequência de Ensino Investigativa (SEI) estava programada
para ser concluída em oito aulas de 50 minutos divididas em quatro blocos, No primeiro
bloco o professor fez uma apresentação da nova proposta de ensino, o tempo previsto
para a conclusão da SEI e o cumprimento das duas primeiras etapas; segundo e o terceiro
bloco estavam previstos para a realização da terceira, quarta e quinta etapas e o último
bloco estava destinado à aplicação do conhecimento, mas com a participação e interesse
da turma pelo novo método e pelo assunto abordado fez-se necessário o uso de mais um
bloco de aulas. A implementação teve início no dia 11 de setembro e finalizou no dia 20
do mesmo mês. A realização do trabalho nesse período só foi possível porque o professor
substituiu as aulas de Química pelas de Física nas duas semanas da implementação da
SEI, porém vale ressaltar que os alunos não tiveram nenhum prejuízo em relação a
disciplina de Química, pois todas as aulas foram repostas após o fim da realização da
sequência de ensino
Assim que o questionário (Apêndice A) foi entregue uma aluna perguntou se
poderia consultar as anotações do caderno para responder as questões; ela foi advertida
de que não poderia e, além disso, no caderno não tinha nada relacionado com as questões
a serem respondidas.
Alguns alunos tentaram interagir, mas foram advertidos pelo professor, que
solicitou ainda que a atividade fosse realizada individualmente, pois a opinião de cada
um era de extrema importância. Após isso todos os alunos passaram a responder o
39
questionário com suas próprias palavras. Eles levaram em média meia hora para
responder todas as cinco questões e ao término todos entregaram sem nenhuma
insatisfação aparente.
Quadro 3: Respostas da primeira questão do questionário inicial.
1º) Você já deve ter visto ou ouvido falar em algo que utiliza energia solar, seja uma casa, uma
carro, um satélite ou até mesmo um simples relógio. Para que tudo isso funcione são usadas células
solares que quando associadas em série e, ou paralelo formam os painéis solares. Com suas palavras
explique como a luz solar é convertida em energia elétrica.
Estudantes Respostas
E6 Ao absorver o calor produzido pelo sol transformado isso em energia elétrica.
E7 Sim, o sol transmite calor etc.
E8 O sol possui partículas muito quente, capaz de produzir energia em determinado metal,
produzindo equipamentos onde são capazes de receber partícula solares, concretizando
o metal e recebendo determinada temperatura para o seu recarregamento.
De acordo com as respostas dadas para a primeira pergunta pelos estudantes E6,
E7 e E8 é possível perceber que eles sabem que uma energia pode ser transformada em
outra. Nesse caso eles associam o calor como sendo a energia que será convertida em
energia elétrica por meio das placas solares. Contudo, nenhum dos estudantes relacionou
a transformação da energia dos fótons em energia cinética dos elétrons e quatro dos
participantes deixaram a questão em branco.
Quadro 4: Respostas da segunda questão do questionário inicial.
2º) Na indústria já 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.
Estudantes Respostas
E2 Não sei como eles funcionam.
E3
O corpo humano possui uma certa quantidade de calor, assim, ao passar com as mãos
junto aos sensores desligam.
E5 Esses sensores funcionam através de um detector de algo que não seja para passar na
máquina como o corpo humano.
E10 Não respondeu
É possível notar através das respostas que os estudantes não tem o conhecimento
sobre o funcionamento automático das máquinas o que nos leva a concluir que eles não
sabem da existência do efeito fotoelétrico.
40
Quadro 5: Respostas da terceira questão do questionário inicial.
3º) Ao anoitecer, percebemos que as luzes dos postes acendem “sozinhas”. Você sabe como isso
acontece? Explique esse fato.
Estudantes Respostas
E2
Isso acontece através de sensores que automaticamente ao dar a noite fazem com que
as luzes acendem ou são programados para se acenderem todos os dias numa mesma
hora
E4 Olivan de algodão
E6 Isso pode acontecer por meio de sensores detectam a falta de radiação solar ou sensores
que estão ligados ao horário.
E7 Olivan que acede os postes.
As respostas dadas a esta questão reforçam a conclusão da questão anterior, pois
elas mostram a divergência entre os conhecimentos relacionados ao senso comum e
científico. Através destas respostas os estudantes mostraram que não tem conhecimento
sobre o efeito fotoelétrico apesar de citar os sensores como responsáveis pelo
acendimento automático das lâmpadas dos postes. Entretanto, muitos dos estudantes
acreditavam que um morador era o responsável por acender e apagar a luz da localidade.
Quadro 6: Respostas da quarta questão do questionário inicial.
4º) se por acaso ocorrer um eclipse solar e sua cidade ficar escura, as lâmpadas acederiam mesmo
sendo dia? Justifique sua resposta.
Estudante Respostas
E5 Não a não ser que as lâmpadas sejam ligadas com o auxílio de uma pessoa
E6 Se as lâmpadas estiverem a sensores que detectam radiações solares, as lâmpadas
acenderiam, porque no eclipse o sol não produz radiação.
E7 Não sei como explicar.
E8 Ao meu ver não, pois elas são programadas pelo horário e não pela intensidade de luz.
A resposta de E6 está coerente com a questão anterior, já E5 não, pois esqueceu
do sensor que falou na resposta anterior, o estudante E8 tem a concepção que o
acendimento das lâmpadas é programado, mas até então todos não demonstraram nenhum
saber sobre a influência da radiação eletromagnética no auxílio do funcionamento
automático das coisas.
41
Quadro 7: Respostas da quinta questão do questionário inicial.
5º) Você já ouviu falar sobre efeito fotoelétrico? Explique com suas palavras o que pensa sobre ele.
Estudantes Alunos
E1 Não respondeu
E2 Não
E6 Não.
E7 Não sei como explicar.
Ao responder as questões do questionário inicial os estudantes deixaram evidente
que não tem conhecimento sobre o conteúdo que será trabalhado na SEI que é o tópico
efeito fotoelétrico, pois em nenhuma das respostas teve sequer uma menção ao assunto
que será estudado. Isso reforça a necessidade da inserção de tópicos de FMC nas escolas
de Ensino Médio.
Terminado o questionário, a sala foi dividida em três grupos sendo que dois
grupos tinham três componentes e um tinha quatro, totalizando dez estudantes, porém a
turma é composta por onze; a falta do 11º se deu por causa das chuvas que caíram em sua
região, pois como o mesmo mora na zona rural o transporte escolar não tem acesso a tal
localidade quando chove. Com os grupos organizados, foi dado a cada grupo um circuito
contendo uma lâmpada incandescente, um relé fotoelétrico e um interruptor, além disso
eles também receberam caneta laser de cores verde, vermelho e violeta e um celular com
luz de flash.
Figura 11: Quite para a realização do experimento contendo um circuito e fontes luminosas.
Após cada grupo ter recebido os materiais o professor pediu para que eles
acendessem e apagassem a lâmpada usando o interruptor e assim o fizeram, após isso foi
42
solicitado que fizessem o mesmo, porém sem o auxílio do interruptor, com isso iniciou-
se a segunda etapa da SEI. Nesse momento, cada grupo reagiu de um jeito, um membro
de um dos grupos retirou o circuito da tomada e disse “já desliguei”, em outro grupo
tiraram o relé fotoelétrico e também desligou.
Figura 12: Estudantes manipulando o circuito.
Em virtude dos métodos utilizados para apagar ou acender a lâmpada não estarem
relacionados com o efeito fotoelétrico o professor refez sua fala e disse: vocês devem
desligar e acender a lâmpada do circuito sem tocá-lo. Houve um certo espanto, até que
um estudante pegou o laser e começou a apontar para a lâmpada enquanto os outros se
puseram a pensar em como iria fazer.
43
Figura 13: Estudantes tentando apagar a lâmpada sem o uso do interruptor.
Depois de muitas tentativas eles começaram a apontar o laser para a janelinha do
relé. Porém o mesmo não desligou de imediato e isso fez com que os alunos apontassem
o laser novamente para a lâmpada o que não deu resultado algum. Até que eles passaram
Figura 14: Estudantes apagando a lâmpada com o uso de uma fonte luminosa.
a apontar as fontes luminosas direto na janelinha do relé por um período maior, até que
uma lâmpada apagou e todos do grupo comemoraram. O que chamou à atenção dos outros
grupos, que passaram a manter o laser por mais tempo voltado para o relé, com isso todos
os grupos conseguiram apagar e acender a lâmpada sem o uso do interruptor.
A partir daí os grupos passaram a usar as fontes luminosas de diferentes cores e
verificar qual era a cor que apagava a lâmpada mais rápido. Um dos grupos afirmou que
44
o violeta apagava em 3 segundos já o vermelho levou 32 segundos, perceberam também
que quando o laser de cor verde ficava fraco demorava mais de apagar a lâmpada.
Aproveitando o entusiasmo e a curiosidade da turma o professor apagou as
lâmpadas da sala e pediu para que os alunos repetissem o que tinham feito, mas eles foram
além do esperado e passaram a apontar mais de uma fonte de uma só vez para o relé
fotoelétrico e após a realização do experimento com as lâmpadas da sala apagada, eles
afirmaram que com a luz da sala desligada o tempo para apagar a lâmpada do circuito era
maior e quando juntava mais de uma fonte o tempo para desligar reduzia.
Figura 15: Estudantes apagando a lâmpada com o uso de mais de uma fonte luminosa.
Em meio aos experimentos uma aluna colocou a mão na frente do laser que incidia
na janelinha do relé fotoelétrico e a lâmpada logo apagou, espantada exclamou: é assim
que funciona os sensores, quando a gente passa na frente à luz apaga!
Como a aula foi geminada, tendo entre uma e outra um intervalo, até o fim da
primeira aula nenhum grupo tinha acendido ou apagado a lâmpada. Quando chegou a
hora de sair para o intervalo os alunos disseram que queriam permanecer na sala, pois
estavam curiosos e queriam descobrir logo como deveriam fazer para concluir o
experimento, mas o professor pediu que todos saíssem e que poderiam voltar na metade
do intervalo. Antes que a sirene tocasse já estavam na sala mexendo nos circuitos; a
curiosidade foi tamanha que um grupo desmontou toda a parte do relé. Por fim, todos os
alunos conseguiram concluir a segunda etapa da SEI, de forma interativa e prazerosa.
Descrição da aula 3 e 4
Iniciou-se a terceira etapa da Sequência de Ensino Investigativa. Nesta aula os
grupos foram desfeitos e a sala foi organizada em semicírculo para que todos pudessem
ver uns aos outros incluindo o professor. Nesse momento, os estudantes apresentaram a
solução encontrada para a situação problema proposta em sala.
45
Figura 16: Estudantes sentados em semicírculo para discutir os meios que utilizaram na resolução do
problema
No início das discussões os alunos se mostraram tímidos e para instigar a
participação deles o professor fez as seguintes perguntas: como fizeram para alcançar o
objetivo? Por que acham que deu certo? A partir desses questionamento eles começaram
a dar suas opiniões.
Quadro 8: Opiniões dos estudantes sobre o questionamento, como fizeram para dá certo?
E
Estudantes Opiniões
E4 Retirou e conectou o relé fotoelétrico, mas já sabia que tinha que usar o laser, mas
não o fez logo para o grupo “quebrar” a cabeça.
E5 Primeiro retirou e colocou o sensor, depois usou o laser e o celular.
E6 Desmontou e montou o circuito, usou as fontes de luz.
E7 Usou o laser e o celular e ficou apontando para o sensor
E8 Usou lazer.
Em suas opiniões os estudantes relataram os momentos da 3ª etapa. Os argumentos
dados por eles para resolver o problema mostra que eles antes de agir de forma correta,
analisaram o aparato experimental a ponto de desmontar, para compreender seu
funcionamento, só após isso que passaram a utilizar as fontes de luz para resolver o
problema, essa atitude é defendida por Carvalho (2013), ao destacar a importância do
erro. Nessas etapas o estudante é responsável pela resolução de uma situação problema
e é conceituada por Piaget de desequilibração que, segundo o próprio pensador, o
estudante se encontra em uma ação manipulativa. Ainda segundo Piaget o estudante passa
da ação manipulativa para a ação intelectual, adquirindo então a equilibração ao passo
que constrói o conhecimento.
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Quadro 9: Opiniões dos estudantes sobre o questionamento, o porquê deu certo?
Estudantes Opiniões
E4 Deu certo por causa do raio de luz.
E5 Deu certo por causa do calor do laser que deve funcionar igual a luz do Sol.
E6 Deu certo por causa da intensidade da energia transmitida pela luz.
E7 Não sei porque deu certo.
E8 Deu certo por causa da intensidade da luz
Estas respostas mostram que após a resolução do problema os estudantes
associaram as fontes luminosas com a luz do sol e concluíram que é por causa do calor
que a lâmpada apaga. Eles continuaram com a ideia inicial de que o calor fornecido pela
luz se transforma em energia elétrica, ou seja, até agora nenhuma informação nova foi
acrescentada a sua bagagem cognitiva
Quando relatam para toda a turma o que fizeram para dar certo e porquê que deu
certo, os estudantes estão passando pela 4ª etapa, classificada por Carvalho (2013) de
etapa da sistematização dos conhecimentos elaborado nos grupos. Segundo a autora a
interação dos estudantes leva-os a tomar consciência de suas ações e eles passam da ação
manipulativa para a ação intelectual, levando-os ao início do desenvolvimento de atitudes
científicas, além de possibilitar a ampliação do vocabulário com termos científicos.
Chega-se ao fim da quarta etapa e os estudantes continuam entusiasmados e muito
curiosos, pois mesmo resolvendo o problema não conseguiram chegar a uma conclusão
científica do porquê a lâmpada apaga na presença da luz e acende em sua ausência.
Para se chegar uma explicação para o fenômeno e sanar a curiosidade dos
estudante foi necessário o aprofundamento do conhecimento sobre o conteúdo, para isso
a sala foi organizada em fila e eles receberam um texto impresso (Apêndice A), onde foi
abordado
47
Figura 17: Estudantes lendo o texto sobre o efeito fotoelétrico.
o tema efeito fotoelétrico, cujo o objetivo foi: conhecer os aspectos históricos,
compreender o funcionamento do fenômeno e a Física em questão. Com o texto vieram
seis questões para serem respondidas ao fim da leitura. No entanto, para realizar o estudo
do texto foi necessário todo o tempo da quarta aula o que fez adiar a resolução das
questões para a quinta aula que aconteceu cinco dias depois, isso porque as aulas eram
segunda e quarta. Durante os cinco dias que ficaram em casa eles tiveram a tarefa de fazer
uma relação escrita das aplicações do efeito fotoelétrico e relatar durante a aula.
Descrição da aula 5 e 6
Após os cinco dias sem aulas de Física os alunos retornaram à escola. A aula
começou com a pergunta: quem fez a atividade proposta em casa? Surpreendentemente,
ninguém havia feito. Todavia isso não prejudicou o planejamento destinado a essas aulas.
Como eles não tinham a atividade para relatar, o professor iniciou uma discussão sobre o
tema.
Para melhor compreensão dos estudantes, foi usado uma simulação (Apêndice A)
que mostra como ocorre a emissão de elétrons de uma superfície condutora, a relação
entre energia cinética dos elétrons e a frequência de cada cor e a relação entre a quantidade
de elétrons ejetados e a intensidade da luz, além de abordar a equação da energia de um
fóton (𝐸 = ℎ𝑓– 𝜑), dando ênfase à função trabalho.
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Durante essa discussão os alunos participaram bastante, buscando compreender a
diferença entre o efeito produzido com a variação da frequência e da intensidade. Após a
discussão, todos os alunos afirmaram ter compreendido o mecanismo de funcionamento
do efeito fotoelétrico e para comprovar isso eles responderam as questões anexadas ao
texto.
Quadro 10: Respostas da primeira questão do texto Efeito fotelétrico.
1º) A frequência da luz violeta é cerca de duas vezes maior do que a da luz vermelha. Como a
energia de um fóton da luz violeta se compara com a energia de um fóton de luz vermelha?
Estudante Respostas
E5 Que a energia da luz violeta é duas vezes maior que a energia da luz vermelha.
E6 A energia da luz violeta é maior que a da luz vermelha, já que ao aumentarmos a
frequência aumentamos também a energia
E10 A frequência da luz violeta é maior que a vermelha, maior a frequência, maior a será a
velocidade e a energia cinética
Figura 18: Applet utilizada na
demonstração do efeito fotoelétrico.
Figura 19: Projeção do applet na
lousa.
49
Quadro 11: Respostas da segunda questão do texto Efeito fotelétrico.
2º) Falamos em fóton de luz vermelha e em fóton de luz verde. Podemos falar em fóton de luz
branca? Explique a razão em caso positivo ou negativo.
Estudante Respostas
E8 Não existe fóton de luz branca, porque branco é a junção de todas as cores.
E4 Não se pode falar em fóton de luz branca pois cada raio possui um feixe de luz, e para
poder ter a luz branca teria que ter a junção das luzes ultravioleta, infravermelho, rádio,
micro-ondas, formaria uma radiação perigosa.
Quadro 12: Respostas da terceira questão do texto Efeito fotelétrico.
3º) Queimaduras solares produzem danos às células da pele, Por que a radiação ultravioleta é capaz
de produzir tais danos, enquanto a radiação visível ainda que muito intensa, não é capaz?
Estudante Respostas
E5 Por que a radiação ultravioleta possui maior frequência, ou seja maior energia.
E6 Por que a luz ultravioleta possui maior frequência, ou seja, tem mais energia do que a
radiação visível que só possui alta intensidade.
E10 Devido a sua frequência. Quanto maior a frequência, maior será sua energia.
Ao analisar essas respostas é possível perceber que os estudantes já não associam
mais o calor como sendo responsável pela energia de um feixe de luz e, sim, à frequência
de cada cor, além de distingui a luz monocromática da luz branca.
Quadro 13: Respostas da quarta questão do texto Efeito fotelétrico.
4º) No efeito fotoelétrico, é a intensidade ou a frequência que determina a energia cinética dos
elétrons ejetados? E quanto ao número dos elétrons ejetados?
Estudante Resposta
E1 A frequência, pois a intensidade da luz não interfere no nível de energia com que os
elétrons são ejetados. A energia cinética de cada elétron fica a cargo da frequência da
onda luminosa (onda eletromagnética) que incide sobre o metal.
E3 A energia cinética é determina pela frequência e o número de elétrons é determinado
pela intensidade.
E5 No efeito foto elétrico é a frequência que determina a energia cinética dos elétrons. E a
intensidade que determina o número dos elétrons ejetados.
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Com a resposta dada a questão de número quatro do texto Efeito fotoelétrico é
possível verificar que os estudantes já conseguem distinguir que a frequência da luz é a
determinante para a energia e a intensidade para número de elétrons ejetados.
Quadro 14: Respostas da quita questão do texto Efeito fotelétrico.
5º) Por que um feixe de luz vermelha muito brilhante não transfere mais energia a um elétron
ejetado do que tênue feixe de luz ultravioleta?
Estudantes Respostas
E3 Por que a luz de coloração vermelha possui baixa frequência, enquanto a luz
ultravioleta tem maior frequência.
E4 Pois a luz vermelha possui menos energia, ou seja, possui menor frequência que a
ultravioleta.
E5 Por que a luz vermelha é baixa frequência, enquanto a luz ultravioleta é de alta
frequência.
E8 Porque a luz vermelha possui baixa frequência.
Aqui é possível verificar que todos conseguiram compreender que a frequência
está relacionada com a energia enquanto a intensidade está relacionada com a quantidade
de elétrons ejetados. Isto ratifica as respostas da questão anterior e mostra que as aulas
estão contribuindo com o aprendizado dos estudantes.
Quadro 15: Respostas da sexta questão do texto Efeito fotelétrico.
6º) A intensidade de um feixe de luz depende fundamentalmente da frequência dos fótons ou do
número deles?
Estudantes Respostas
E3 Da frequência, pois o número dos fótons não interfere na intensidade.
E4 A intensidade de um feixe de luz depende do número de fótons
E5 A intensidade de um feixe de luz depende fundamentalmente da frequência dos fótons
E9 A sua frequência, porque a maior frequência é igual sua intensidade
De acordo com as respostas, os estudantes E5, E3, E9 e E7 não estão coerentes
com o que foi discutido durantes as aulas e apresentado nos texto. Isso mostra que eles
precisam rever os conceitos de frequência e intensidade luminosa, ou não compreenderão
a questão.
51
Figura 20: Estudantes eletrizando o eletroscópio
Finalizada a resolução das questões do texto, o professor propôs uma outra
situação problema, que é explicar o porquê que o eletroscópio descarrega na presença da
luz solar. Para isso a sala foi novamente dividida em três grupos com os componentes
anteriores; cada grupo recebeu um eletroscópio e bexigas. Para carregar o eletroscópio os
alunos, primeiro, eletrizaram as bexigas pelo processo de eletrização por atrito, eles
atritaram a bexiga nos cabelos e na própria camiseta e, logo em seguida, encostavam a
bexiga no eletroscópio, carregando-o pelo processo de eletrização por contato, porém essa
eletrização se deu por um meio muito simples o que faz transferir pouca quantidade de
carga para a bexiga e, consequentemente, para o eletroscópio. Com o eletroscópio
carregado com poucos elétrons a radiação da luz emitida pela lâmpada da sala, apesar da
baixa intensidade, é dotada de todas as frequências, por isso retira os elétrons da superfície
do alumínio contribuindo, assim, para o descarregamento mais rápido. Para manter o
eletroscópio carregado por um período mais longo foi necessário reduzir a iluminação da
sala, e para isso foram apagadas todas as lâmpadas. As janelas, que são de vidro, foram
forradas com papel metro no início das primeiras aulas.
Assim que eles carregaram o eletroscópio foram até a janela, onde havia
incidência de raios solares, colocaram o eletroscópio que descarregou rapidamente. Nesse
momento, o professor perguntou qual o motivo do descarregamento e eles chegaram a
conclusão que é por conta do efeito fotoelétrico que retira os elétrons da superfície do
papel alumínio ocasionando assim o descarregamento do eletroscópio.
52
Descrição das aulas 7 e 8
Nessas duas aulas o estudante E7 se fez ausente. Nessa foi abordado as aplicações
do efeito fotoelétrico no dia a dia. Para isso cada aluno recebeu um texto impresso
(Apêndice A) que tratou da aplicação do efeito fotoelétrico nas mais diversas situações
como na indústria, atuando em dispositivos de segurança e eletro eletrônico, no comércio,
oferecendo comodidade, nas residências, propiciando o aproveitamento da energia solar;
e nas rodovias, dando mais segurança a motoristas e pedestre, além de atuar na redução
do número de acidentes e mortes no transito.
A aula começou com a leitura do texto, e logo após a leitura, o professor discutiu
sobre o assunto abordando a geração de energia elétrica por meio de células fotovoltaicas.
Também, nessa aula, foi usado o vídeo (La televisión – el rayos catódicos1) para mostrar
o mecanismo de formação de imagem em televisores de tubo com o efeito fotoelétrico.
Ao final, os estudantes foram solicitados a responderem três questões.
Quadro 16: Respostas da primeira questão do texto O efeito fotelétrico no dia a dia.
1º) você conhece algum dispositivo que acredita que utilize o mesmo efeito para funcionar?
Estudantes Respostas
E8 Controle remoto, alarmes, elevadores, portas (mais frequentes em shoppings; entre
outros
E6 Porta de shopping, elevador, sensor de segurança de lojas, sensores colocados em
roupas que ao se afastarem apitam
E9 Sim. Biometria, secador de mão público, rádio, televisão.
E4 As portas do elevador que impede que ela fecha quando alguém passa, sistema de
segurança com laser
E3 Sim, como por exemplo os controles remotos das TVs
E5 Sim, Portas de shopping, televisão, alarmes, sensor que libera gel ao colocar a mão,
sensor para secar a mão entre outros
E2 Monitores de LCD e plasma, painéis solares, nas lâmpadas dos postes públicos entre
outras coisas
Aqui eles já começam a associar a aplicação do efeito fotoelétrico em
equipamentos que não foram citados em sala ou nos texto, como sensor que libera gel,
sensor para secar as mãos e controle remoto para TV
1 https://www.youtube.com/watch? V=n OGJyNotosg.
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Quadro 17: Respostas da segunda questão do texto O efeito fotelétrico no dia a dia.
2º) Em quais situações do seu dia a dia o efeito fotoelétrico está presente
Estudante Respostas
E2 Está presente no uso de controle remotos, secadores de mão de alguns locais, nos
celulares, nas TVs, e etc.
E3 Com o uso de diversos aparelhos eletrônicos.
E8 Em elevadores, alarmes, secadores para mãos, luzes de postes, entre outros
E9 Controle remoto, lâmpada a luz solar, lanterna carregada com a luz solar.
E10 No sistema de iluminação pública, por meio dos quais as lâmpadas acendem e apagam,
no funcionamento das portas de banco shoppings, sistemas de alarme e etc
. Neste eles já começam a perceber o efeito fotoelétrico no seu dia a dia quando
citam controle remoto, lanternas, elevadores, TV, lâmpadas dos postes e portas
automáticas nos shoppings, além de falarem dos secadores de mão em banheiros públicos
algo que não estava no texto nem foi exemplificado em sala.
Quadro 18: Respostas da terceira questão do texto O efeito fotelétrico no dia a dia.
3º) Faça uma relação dos equipamentos eletroeletrônicos que acredita funcionar com o auxílio do
efeito fotoelétrico?
Estudante Relação de equipamentos
E4 Controle remoto, televisão, câmeras de celular, relógios, brinquedos e etc.
E5 Televisão, alarmes, lâmpadas de postes e micro-ondas.
E6 Postes de luz, sensores ligados a liberação de sabão ou água em banheiros públicos.
E6 Postes de luz, sensores ligados a liberação de sabão ou água em banheiros públicos.
E9 Calculadoras, relógios, controle remoto, entre outros como por exemplo a luz da câmera
do celular.
E10 Telefones celulares, filmadoras, brinquedos eletrônicos e etc.
É notável que eles perceberam onde se utiliza o efeito foto elétrico, apesar de citar
equipamentos que não funcionam com o auxílio do efeito fotoelétrico como, micro-ondas,
luz da câmera do celular.
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Descrição das aulas 9 e 10
Estas foram as duas últimas aulas, esse momento foi dedicado a aplicação do
conhecimento no qual os alunos resolveram uma atividade que tinha questões abordadas
nas aulas iniciais, além de um relato individual das impressões sobre as aulas referente
ao efeito fotoelétrico. Destacaram tudo que é importante, principalmente aspectos
positivos e negativos. Esse relato não teve critério de avaliação, mas teve importância
para a compreensão da estrutura da Sequência Didática que foi trabalhada em sala de
aula.
Quadro 19: Resposta da primeira questão da Aplicação do conhecimento.
Questão 1: 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.
Estudantes Respostas
E1 Sim, a luz uma grande quantidade de frequência, maior velocidade de escape dos
elétrons consequentemente maior energia cinética.
E3 Não, pois, foi explicado que a luz apagava de acordo com a intensidade do laser, ou
melhor, da frequência.
E4 Sim, a incidência da luz transmite um certo calor para a luz apagar.
E5 Não; por que o que fez a luz apagar foi a frequência da luz do laser que proporcionou
a retirada dos elétrons do sensor.
E6 A luz apaga devido a retirada de elétrons pela luz emitida pelo laser que, dependendo
da cor, possui uma frequência necessária para tal retirada
E10 Não, pois a luz do laser não emitia nenhum calor para o sensor, o que acontece na
verdade é a retirada de elétrons da superfície do material que fazia com que a luz
apagava
Este quadro mostra que os estudantes não têm mais a ideia que a lâmpada apaga
devido ao calor do laser, com exceção E1 e E4 que ainda ficaram com a ideia inicial,
necessitando assim rever os conceitos referente ao funcionamento do fenômeno. O
estudante E7 não compareceu nesta última etapa da implementação da SEI.
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Quadro 20: Resposta da segunda questão da Aplicação do conhecimento.
Questão 2: Explique como as luzes dos postes da iluminação pública são apagadas.
Estudantes Explicações
E1 A partir dos sensores fotoelétricos.
E3 De acordo com a iluminação fornecida pelo sol, por exemplo, quando anoitece as luzes
acendem e amanhece elas apagam-se.
E5 Através da luz do sol, pois quando vai chegada a noite o sol vai embora ai o sensor
detecta e acende a luz
E8 Nos postes de iluminação há um sensor no qual liga e desliga dependendo da
intensidade de luz
E10 São apagadas devido ao efeito fotoelétrico, quando a luz do sol incide na superfície do
sensor faz com que elétrons sejam ejetados.
Com estas explicações pode-se notar que não há mais a ideia de que alguém
desliga as lâmpadas ou que elas são programadas para ligar e desligar em horário
predeterminado. Isso mostra que houve um acréscimo de conhecimento na bagagem
cognitiva dos estudantes durantes as aulas.
Questão 3: 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 iluminá-lo com luz
que tenha fótons com, no mínimo, essa energia, o que corresponde a luz ultravioleta de
1,1x1015 Hz, pois:
𝐸 = ℎ𝑓 → f = 𝐸
ℎ =
4,58𝑒𝑉
4,1𝑥10−15𝑒𝑉` = 1,1𝑥1015𝐻𝑧.
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;
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Figura 21: Resposta do estudante E5 para a questão 3
Essa questão teve apenas uma resposta diferente e um não definiu a cor, dos 9 que
fizeram, 7 encontraram as cores vermelha e verde e um encontrou além do verde e do
vermelho, a cor amarela escura. De acordo com espectro eletromagnético encontrado no
texto1 e utilizado como parâmetro, as respostas dos estudantes que falaram que as
frequências estavam relacionadas com as cores verde e vermelha estão corretas.
Quadro 21: Resposta da quarta questão da Aplicação do conhecimento.
Questão 4: Explique o motivo pelo qual o eletroscópio descarrega rapidamente quando exposto a luz
solar.
Estudante Respostas
E6 Pois a luz solar retira os elétrons da superfície do alumínio.
E8 Por conta da intensidade de luz
E10 O eletroscópio descarrega devido ao efeito fotoelétrico.
Aqui apesar das respostas não estarem bem detalhadas, todos os estudantes
associaram o descarregamento do eletroscópio ao efeito fotoelétrico. Logo, pode-se
concluir que a SEI contribuiu significativamente para a discussão do efeito fotoelétrico,
pois a grande maioria dos estudantes conseguiram absorver os novos conhecimentos que
lhes foram passados durante as 10 aulas sobre o efeito fotoelétrico.
Quadro 22: Relato livre sobre a implementação da SEI.
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!
Estudante Relato
57
E1 Gostaria muito que continuasse essas aulas, pois nós nos aprofundamos mais sobre o
assunto em discussão.
E2 Gostei muito de todas as aulas, pois todos os assuntos expostos foi de fácil compreensão,
podemos aprender diversas coisas, diferente das outras aulas que os assuntos são mais
complexos e muito difícil de compreender
E3 O método de aula aplicada foi bem melhor em comparação com as aulas anteriores, pois
ao praticar e fazer determinados experimentos a aula torna-se atrativa e temos melhor
compreensão dos assuntos. Desse modo de aula só cabe ressaltar pontos positivos e espero
que esse modo de aula seja repassado adiante nas próximas aulas e nas demais aulas em
outras turmas
E5 Foi muito interessante, pois nos proporcionou vários conhecimentos. Eu prefiro esse tipo
de aula, pois é muito legal e construtiva, porque eu particularmente entendi, participei
mais que nas outras aulas.
E6 Aulas com esse tipo de material e com o tempo estipulado nos permite entender melhor
esse assunto, que se fosse dado de outro jeito não seria entendido como foi
E8 Foi uma experiência interessante e importante para o conhecimento do efeito fotoelétrico.
Com aulas dinâmicas, nas quais eu prefiro e espero que continuem esse modo de ensino.
E9 Aulas desse tipo é melhor pro aprendizado e deveria ser investida mais.
E10 Ao finalizar o trabalho passamos a compreender o porquê das luzes das vias públicas
acenderem e aparem por si só todos os dias devido ao efeito fotoelétrico, essas aulas foram
bastante importantes e interessantes, bem melhor que todas as outras anteriores. Seria
ótimo continuar com as aulas semelhantes a essas todo o restante do ano.
Os relatos mostram que a estrutura e o modo como foi implementada a Sequência
de Ensino Investigativa teve efeito positivo no que diz respeito ao aprendizado,
participação e envolvimento de cada estudante. É certo que por ser a primeira vez que se
trabalha com essa metodologia fica algumas lacunas, as quais serão preenchidas em
outras ocasiões, além disso fica evidente a grande necessidade de se usar novas
metodologias para ensinar ciências.
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6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O fato de os estudantes da 3ª série do ensino médio, não saberem como uma
simples lâmpada de um poste de iluminação pública acende e apaga sozinha, deixou claro
a falta do conhecimento do efeito fotoelétrico. Isso mostrou o quão necessário era
inserção da FMC no currículo da turma e a elaborar um material que abordasse o tema de
forma atrativa, prazerosa e que envolvesse a participação de todos.
A Sequência de Ensino Investigativa pautada nas cinco etapas propostas por
Carvalho (2013), permitiu a elaboração de um trabalho no qual os estudantes foram
protagonistas, deu a eles a oportunidade de manipular, descobrir e explicar o fenômeno,
além de desenvolver no estudante a habilidade do trabalho em grupo,
O trabalho em grupo onde todos podiam tanto levantar hipóteses como solucioná-
las, proporcionou entre os estudantes um melhor aprendizado. Além disso, todas as aulas
trataram de um tema que estava no cotidiano deles, mas não sabiam o que era, sem falar
que em momento algum houve a necessidade de decorar fórmulas ou desenvolver grandes
cálculos, pois o efeito fotoelétrico foi um tema que proporcionou uma viagem na história
da ciência e dotado de muita teoria e a matemática necessária.
Por tanto, percebemos que a proposta da forma como foi estruturada permitiu uma
maior participação dos estudantes, motivando-os na discussão do tema, possibilitando o
estudo do efeito fotoelétrico. Assim, contribuindo para a inserção da Física Moderna e
Contemporânea na Educação Básica.
59
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ENTENDA COMO A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA AJUDA A GARANTIR
A SEGURANÇA EM ESTRADAS E RODOVIAS. Disponível em: http://www.ocaene
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ranca-em-estradas-e-rodovias/. Acesso em 03 setembro. 2017.
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VALADARES, E. C.; MOREIRA, A. M. Ensinando Física Moderna no segundo grau:
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VIEIRA, C. L. Einstein: O Reformulador do Universo. São Paulo: Odysseus, 2003. p.
70-76
62
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA
Jocival Santos Souza
INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO
MÉDIO: UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA ABORDAR O EFEITO
FOTOELÉTRICO
Produto educacional
Ilhéus – BA
2018
➢
63
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
64
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
Descrição: aula por aula.
65
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
Mom
ento
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
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
66
“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.
67
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.
68
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.
69
Estudantes resolvendo a situação problema.
Tema: Física Moderna e Contemporânea.
Objetivo: Encontrar uma explicação causal ou argumento científica para o problema.
Conteúdo Físico: Efeito Fotoelétrico.
Recursos Instrucionais:
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
70
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
Recursos Instrucionais:
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
71
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.
72
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
73
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
74
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.
75
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
(Equação 1)
(Equação 2)
76
Onde:
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
Níquel 5,01
77
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
78
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.
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79
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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.
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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.
80
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
Tema da aula – Física Moderna e Contemporânea.
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
81
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:
82
Aulas 7 e 8
Tema da aula – Física Moderna e Contemporânea.
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
83
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.
84
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
85
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.
86
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.
Aplicação do conhecimento
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.
87
HEWITT, Paul G. Física Conceitual. Tradução de Trieste Freire Ricci e Maria Helena
Gravina. 9ª.ed. Bookman, 2002. p. 530-541.
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.
ROCHA, José Fernando M. (Org). et al. Origens e Evolução das Ideias da Física.
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Médio: Desenvolvimento de Uma Sequência Didática Sobre o Efeito Fotoelétrico. 2015.
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Disponível em: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/4873/1/CT_ COFIS
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VIEIRA, Cássio Leite. Einstein: o Reformulador do Universo. São Paulo: Odysseus,
2003. p. 70-76
Aulas 9 e 10
Tema: Física Moderna e Contemporânea.
Objetivo: Aplicar o conhecimento.
Conteúdo Físico: Efeito fotoelétrico.
Recursos Instrucionais:
Questionário;
Folha de papel ofício;
Motivação: Relato individual.
Momentos:
88
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
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.
Aplicação do conhecimento
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:
𝐸 = ℎ𝑓 → f = 𝐸
ℎ =
4,58 𝑒𝑉
4,1𝑥10−15 𝑒�̀� = 1,1𝑥1015 𝐻𝑧.
89
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.
90
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!
![ANTICORPOS - MEUS SOLDADINHOS, MEUS PROTETORES · 2020. 8. 10. · anticorpos - meus soldadinhos, meus protedores, por joão josé da costa [ 2] anticorpos - meus soldadinhos, meus](https://img.document.onl/doc/110x75/607bc6fd4f65ba4ee03efbb8/anticorpos-meus-soldadinhos-meus-protetores-2020-8-10-anticorpos-meus.jpg)
