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Sequência Didática através da Experimentação para o Estudo do Eletromagnetismo
Walter Prado de Carvalho Neto
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação pela Universidade Federal de Sergipe no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Prof. Dr.Petrúcio Barrozo da Silva Co-Orientador: Prof. Dr. Emerson Luis de Santa Helena
São Cristóvão, Julho de 2017.
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iii
Dedico este trabalho,
A minha esposa Michele, que esteve sempre do meu lado nas horas boas e ruins, que nunca desistiu de mim. Sua ajuda permitiu concluir este trabalho. Agradeço a Deus por fazer cruzar nossos caminhos, te amo!
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RESUMO
SEQUÊNCIA DIDÁTICA ATRAVÉS DA EXPERIMENTAÇÃO PARA O ESTUDO DO ELETROMAGNETISMO
Walter Prado de Carvalho Neto
Orientador: Prof. Dr. Petrúcio Barrozo da Silva
Co-Orientador: Prof. Dr. Emerson Luis de Santa Helena
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação pela Universidade Federal de Sergipe no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
A sequência aqui abordada consiste em aulas onde são trabalhados desde a história do magnetismo, disponível no produto, até o desenvolvimento de experimentos relacionados aos fenômenos eletromagnéticos presente em nosso cotidiano. A sequência didática foi elaborada buscando sempre estimular discussões e debates para se chegar as explicações dos fenômenos físicos utilizando experimentos e simuladores disponíveis no site phet colorado. Através dessa metodologia conseguimos obter um maior rendimento nas aulas, confirmado pelo ótimo rendimento dos alunos obtidos no pós-testes. Verificamos um aumento na participação dos alunos nas aulas, através da participação dos debates e do interesse em entender os fenômenos físicos envolvidos nos experimentos abortados em sala de aula. O material aqui elaborado foi aplicado em duas turmas de 3º Ano do Colégio Estadual João Alves Filho, em Aracaju-SE. A eficácia do material foi verificada através da aplicação de questionário antes e depois da abordagem dos experimentos, neste caso conseguimos observar uma melhora de mais 60% no número de questões acertadas pelos alunos;
Palavras-chave: Ensino de Física, Aprendizagem Significativa, Sequência Didática, Eletromagnetismo, Experimentação.
São Cristóvão, Julho de 2017.
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Sumário Capítulo 1 Introdução ................................................................................................... 01
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica ................................................................................. 02
2.1 A aprendizagem significativa ......................................................................... 02
2.2 Processos de estruturação dinâmica da cognição ........................................... 03
2.3 Formas e tipos de aprendizagem significativa ................................................ 04
2.4 Os Materiais Potencialmente Significativos ................................................... 06
Capítulo 3 Metodologia ............................................................................................... 07
3.1 Apresentação.................................................................................................. 07
3.2 Justificativa..................................................................................................... 09
3.3 Público alvo e Perfil da Turma....................................................................... 10
3.4 Número de Aulas............................................................................................ 10
3.5 Descrição das Aulas........................................................................................ 11
3.6 Métodos de Avaliação.................................................................................... 19 Capítulo 4 Resultados e Discussões........................................................................................ 20
Capítulo 5 Conclusão.............................................................................................................. 25
Referências Bibliográficas........................................................................................................... 26
Anexo I Pré-teste.................................................................................................................28
Anexo II Produto..................................................................................................... .............35
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Capítulo 1
Introdução
Nos últimos anos, o aumento da evasão e a queda no rendimento escolar dos
alunos da rede pública de ensino têm sido amplamente discutido no senário nacional. Um
dos grandes obstáculos enfrentados pelos alunos são as disciplinas de matemática e física.
Várias ações vêm sendo implementadas visando reduzir a evasão e motivar os alunos
nestas áreas. Dentre as ações desenvolvidas destacamos o Programa Nacional do Livro
Didático para o Ensino Médio (PNLEM), a revisão dos Parâmetros Curriculares
Nacionais (PCNs), a implementação do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) e a
implementação das olimpíadas de física e matemática em todo país. No entanto, a
aceitação de muitos destes projetos ainda é muito baixa por parte dos professores por
considerarem ineficazes ou por falta de detalhamento destas propostas, isto faz com que
os professores mantenham seus métodos tradicionais de ensino. É importante ressaltar
que usualmente a perda do interesse dos alunos pelos conteúdos de física e matemática
está associada ao uso da metodologia tradicional de ensino, onde o professor é visto como
o possuidor do conhecimento, sendo o conhecimento do aluno ignorado. Neste modelo é
exigido um comportamento passivo do aluno que não é muito aceito pela sociedade nos
dias atuais.
Seguindo o perfil descrito acima, a escola onde o produto será aplicado o produto
está ambientada nessa realidade. A escola escolhida para os estudos foi o Colégio
Estadual João Alves Filho. Esta escola, situada em Aracaju, possui ensino integral em
vigor desde março de 2017, com turmas de 1º Ano, com pretensão de ampliar o ensino
integral para todo o ensino médio até 2019. Possui Ideb de 2,6 e índices de reprovação de
68%, segundo dados retirados do programa de ação da escola e também disponíveis no
site do INEP.
Além de índices não satisfatórios, a escola apresenta uma reprovação alta, aliados
a uma grande quantidade de grandes projetos executados para toda escola, cerca de 10,
acabam ocupando semanas de aula para elaboração dos projetos, atrapalhando o
rendimento, em quantitativo de aulas. Aliados a esses problemas, é percebida em uma
breve análise da instituição, diversos alunos fora da sala de aula e constantes
desobediências aos coordenadores da escola.
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Como uma tentativa de envolver mais os alunos no processo ensino-aprendizagem
bem como reduzir o número de reprovações e a evasão dos alunos, é proposto aqui um
conjunto de materiais potencialmente significativos, seguindo a proposta de investigação
e da aprendizagem significativa criada por Ausubel. Nesta teoria, o fator que mais
interfere na aprendizagem do estudante é o que ele já sabe, o que para aprendizagem
significativa é chamada de subsunçor. O subsunçor é a ideia âncora que fará com que o
aluno aprenda os novos conhecimentos. Se o aluno não possuir os subsunçores, uma saída
é a utilização de materiais potencialmente significativos para construir as tais ideias
âncoras.
O produto que fundamenta esta proposta disponibiliza experimentos, simulados
ou reais, aliados a uma sequência didática baseada na abordagem de David Ausubel,
descrita mais adiante na metodologia, com orientações instruindo como o professor pode
construir e utilizar tais experimentos. A sequência didática através da experimentação
parte de uma breve introdução sobre a história do eletromagnetismo, passando por
experiências que podem gerar os conceitos necessários para a aprendizagem do conteúdo
relacionado ao eletromagnetismo e despertar a curiosidade dos alunos para aprenderem
sobre o tema.
Capítulo 2
Revisão Bibliográfica
2.1 A aprendizagem significativa
Aprendizagem significativa é aquela em que as informações devem ser
apresentadas de maneira não-literal e não-arbitrária, ou seja, as informações não devem
ser apresentadas ao pé da letra, devem levar em conta os conhecimentos e conceitos já
existentes na estrutura cognitiva do aprendiz além de serem planejados a fim de permitir
uma maior aprendizagem do aluno.
Para o criador teoria da aprendizagem significativa, David Ausubel (1918-2008)
para que o aluno de fato aprenda um novo conceito, deve existir um conhecimento
anterior ou ideia-âncora para dar significado ao que será aprendido. Em outras palavras,
para compreender algo novo deve-se ter os pré-requisitos necessários para que de fato
seja aprendido. A esses pré-requisitos são denominados de subsunçores.
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O aprendizado ocorre da seguinte forma: suponha que o aluno esteja estudando
como calcular a diagonal de um quadrado. Para que esse novo conhecimento seja
adquirido em seu sistema cognitivo, o aluno deve ter já estabelecido o subsunçor do
teorema de Pitágoras. Este subsunçor não precisa estar estável, basta que esteja presente
para que o novo aprendizado seja feito. Quanto mais o trabalho é feito em relação a um
subsunçor, de maneira não-literal e não-arbitrária, mais estável fica este subsunçor. Com
o passar do tempo, o aprendiz irá aprendendo novos conceitos em relação ao subsunçor
Teorema de Pitágoras o reordenando em relação à grandeza de cada conceito e
diferenciando esses conceitos para formar novos subsunçores e continuar o seu processor
cognitivo.
É importante ressaltar que esta teoria não garante que o conhecimento esteja
sempre presente. O esquecimento de certos conteúdos é previsto pela aprendizagem
significativa. Para ela, desde que exista os subsunçores necessários, o conteúdo poderá
ser retomado rapidamente. Caso isso não aconteça, subsunçores devem ser criados
inicialmente para que assim retorne o que deseja ser aprendido. O mecanismo utilizado
para Ausubel de criação de subsunçores necessários para novos conceitos é chamado de
organizadores prévios.
Para sintetizar a teoria da aprendizagem significativa, considere “a” um novo
conhecimento a ser adquirido e “A” o subsunçor referente a essa aprendizagem. Segundo
Moreira (2010), aprendizagem é feita da seguinte maneira:
a interage com A gerando um produto interacional a’A’ que é
dissociável em a’ + A’ durante a fase de retenção, mas que
progressivamente perde dissociabilidade até que se reduza
simplesmente a A’, o subsunçor é modificado em decorrência da
interação inicial. Houve, então, o esquecimento de a’, mas que,
na verdade, está obliterado em A’. (Moreira, M. A., 2012).
Este estudo não levará em consideração apenas a parte conceitual do conteúdo a
ser aprendido, o que o próprio Ausubel denominava de conceito significativo. Para esse
trabalho serão evidenciados tanto os conceitos voltados para o eletromagnetismo quanto
práticas investigativas experimentais.
2.2 Processos de estruturação dinâmica da cognição
Na estrutura cognitiva existem dois processos para relacionar e ordenar os
subsunçores: A diferenciação progressiva e a reconciliação integradora.
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A diferenciação progressiva é o processo mais comum de se adquirir
conhecimentos, porque é a partir dela que um novo aprendizado é somado ao subsunçor
e gradativamente a separação de conhecimentos é feita.
O constante uso de um mesmo subsunçor gera uma progressiva mudança, criando
novos significados a ele, tornando-o mais rico e cada vez mais diferenciado dos outros
subsunçores, cada vez mais único.
A reconciliação integradora também é um processo dinâmico que ocorre ao
mesmo tempo com a diferenciação progressiva. Trata-se de unir certos conceitos que
foram diferenciados pela diferenciação progressiva. Parece confuso diferenciar e
reconciliar ao mesmo tempo, mas são esses processos que garantem por exemplo, a
hierarquia do conhecimento de um dado subsunçor, do que é mais importante para o
menos importante, diferenciando e integrando novamente permitimos a reordenação do
conhecimento.
Tomemos um exemplo sugerido por Moreira (2010), sobre o conceito de força.
Quando entramos na escola, aprendemos o conceito de força relacionado ao esforço
físico, dar empurrão, puxar, segurar. Quando chegamos a disciplina de Física aprendemos
que existe uma força relacionada queda de corpos que dependem de sua massa – a força
gravitacional – aprendemos também que existe uma força relacionada as cargas elétricas
até chegarmos que existem quatro forças fundamentais: a gravitacional, a
eletromagnética, a forte e a fraca. Claro que existem outras forças como a elástica, a
centrípeta, a de atrito, porém estas são consequências das forças fundamentais. Através
do movimento de diferenciação progressiva e reconciliação integradora podemos definir
cada força dando a sua importância da mais fundamental a mais simples.
Entender esses processos para a aprendizagem significativa é de grande valor
porque é a partir deles que podemos pensar na organização dos conteúdos e dos princípios
programáticos do conteúdo da matéria de ensino.
2.3 Formas e tipos de aprendizagem significativa
Primeiramente devemos ter cuidado para separar os processos das formas de
aprendizagem significativas. Os processos são os caminhos pelo qual se ordenam e
evoluem os conhecimentos. As formas são as maneiras como aprendizagem significativa
pode ser feita de fato. Analogamente as formas, existem três formas e, consequentemente,
três tipos de aprendizagem significativa.
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A primeira forma é chamada de subordinação, nada mais é do que um conceito
para ser aprendido precisa de um subsunçor prévio, ou seja, um novo aprendizado
depende de um outro já aprendido. É uma forma já discutida neste capítulo.
A segunda forma é denominada de superordenada. Baseia-se no conceito intuitivo
onde envolve processos de abstração, indução, síntese do novo conhecimento. É um
importante mecanismo para a aquisição de conceitos.
A terceira forma ou combinatória, utiliza a interação de vários conhecimentos já
existentes na estrutura cognitiva que nem os subordina nem os superordena.
Analogamente as formas existem três tipos de aprendizagem significativa. A
representacional é o tipo de aprendizagem onde um símbolo passa a ter algum significado,
muito comum as crianças que associam palavras para representar um ou mais objetos. No
tipo representacional o uso do concreto é muito importante para dar significado ao que
foi aprendido.
Já para o tipo de aprendizagem dita como conceitual, os conceitos são criados a
partir da abstração. Embora estejam ligados, para um aprendiz dar um conceito de algo,
como por exemplo, um gato, este não precisa algo que o remeta ao gato, apesar de ter
obtido a sua representação anteriormente, o indivíduo é capaz de definir o gato com as
características, hábitos e demais conceitos já existentes em sua estrutura cognitiva.
O último tipo de aprendizagem significativa funciona na junção da
representacional e da conceitual gerando novas ideias expressas na forma de uma
proposição. A aprendizagem proposicional pode ser do tipo subordinada, superordenada
ou combinatória de modo que todas as formas e tipos são classificações plenamente
compatíveis.
Para Ausubel (2006) se fossemos munidos de uma grande variedade de
dispositivos que gerassem a aprendizagem do aluno e isolarmos o mais significante, com
certeza o conhecimento prévio seria o mais importante. São os conhecimentos prévios
que fornecem a base da aprendizagem significativa e toda a sua estruturação, uma
organização que se assemelha com outras teorias de aprendizagem, porém se torna mais
consistente. É uma teoria educacional mais recente se comparamos aos métodos
tradicionais, mais estruturada e com o foco onde deve estar, na aprendizagem do aluno.
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2.4 Os Materiais Potencialmente Significativos
Segundo Moreira (2010), existem duas condições para a aprendizagem ser
significativa: A primeira seria o material utilizado ser potencialmente significativo; a
segunda é do aluno estar disposto a aprender.
O material potencialmente significativo podemos interpretar como um material
que foi planejado para desenvolver subsunçores adequados para que o aprendizado possa
ser realmente adquirido. Estes materiais podem ser de qualquer tipo, de exposições no
quadro até experimentações, investigações ou utilizações de simuladores, desde que
cumpra sua função de gerar ideias âncoras, diferenciar e integrar conceitos ou até mesmo
resgatar conteúdos esquecidos.
Os materiais potencialmente significativos, se utilizados da maneira correta,
podem gerar aprendizagens em qualquer idade ou até mesmo se o aluno nunca tenha tido
o contato com o tema abordado. Segundo Bruner (1965), o currículo na aprendizagem em
espiral é fundamentado em adaptar estratégias de ensinos em diferentes modos de
visualizar o mundo. Se transportarmos esta ideia para a aprendizagem significativa, se
fizermos de maneira não-literal e não-arbitrária, com organização correta e o uso
adequado dos materiais potencialmente significativos, podemos ensinar o mesmo
conceito em diferentes estágios cognitivos.
Ainda segundo Bruner (1965), é importante levar em conta o método da
descoberta, através da interiorização dos seus princípios e da tentativa de aplicação dos
seus métodos. Esta afirmação é uma clara alusão ao método científico e à investigação do
que se está observando. Para Bruner (1965), a curiosidade é uma caraterística observável
nas crianças e que facilmente torna-se uma característica que define a espécie humana.
Uma abordagem de possuir experimentos para uma investigação, seguindo os
rigores do método científico, gera conhecimentos concretos e aproxima o aluno para o
campo das ciências. “Julgamos que, logo de início, o aluno deve poder resolver
problemas, conjecturar, discutir da mesma maneira que se faz no campo científico da
disciplina” (Bruner 1965: 1014).
Para Vergnaud (1990), um conceito não se forma a partir de uma só situação, é
preciso que as atividades se diversifiquem para que possa permitir que o sujeito aplique
um dado conceito em diversas situações e faça a integração entre as partes e o todo. Com
a diversificação dos materiais potencialmente significativos para um mesmo conceito
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permitirá a integração das partes de um todo para Vergnaud e uma diferenciação
progressiva e uma reconciliação integradora para Ausubel.
Ainda segundo Vergnaud (1990), atividades didáticas que permitam uma visão
generalizante do conhecimento podem contribuir para uma melhor apropriação do
conhecimento. Além da generalização, é importante a construção e apropriação de todas
as propriedades de um ou de todos os aspectos de determinado conhecimento. Isto permite
uma progressão dos modelos pessoais encaminhando para os modelos científicos.
Segundo Vergnaud:
O saber se forma a partir de problemas para resolver, quer
dizer, de situações para dominar. [...] por “problema’ é preciso
entender, no sentido amplo que lhe atribui o psicólogo, toda
situação na qual é preciso descobrir relações, desenvolver
atividades de exploração, de hipótese e de verificação, para
produzir uma solução. (1990: 52).
Com base no que foi exposto, é possível afirmar a importância e o cuidado que se
deve tomar ao trabalhar materiais potencialmente significativos. A utilização desses
materiais em forma de experimentos para uma investigação aos moldes do método
científico, promovendo a curiosidade humana, característica, segundo Vergnaud, que
define a espécie humana, se diversificado, permitindo a integração dos conceitos,
contribuem para uma melhor apropriação da tarefa e desenvolvem seus modelos pessoais.
Contudo, segundo Ausubel (1978: 60) existem desvantagens na supervalorização
da experiência como processo de aprendizagem de conceitos, pois a aplicação da
investigação e do método científico não são suficientes para aprender ciências.
Capítulo 3
Metodologia
3.1 Apresentação
A sequência didática visa inserir um estudo sobre o eletromagnetismo. Iniciando
pela história, o aluno poderá visualizar como era entendido o magnetismo com o passar
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do tempo, incluindo crenças, desenvolvimentos científicos vinculados a esse assunto. A
partir daí, são propostos experimentos em ordem de descobertas científicas e de
generalizações que permitam entender conceitos básicos, como atração e repulsão
magnética. De um conceito mais simples de atração e repulsão, são propostas demais
situações em forma de experimentos que ampliam a ideia geral do magnetismo, não sendo
apenas atrair ou repelir ímãs.
A sequência didática foi ministrada em oito aulas sendo duas aulas para aplicação
de um pré e pós teste e duas para introduzir conceitos necessários para a construção do
conhecimento. Cada aula foi ministrada em espaços disponíveis da escola para melhor
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realização do trabalho. Abaixo encontra-se um quadro que mostra como foi organizado a
proposta de sequência didática.
ENCONTROS ASSUNTO LOCAL AULAS
Encontro 01 Aplicação do pré-teste Sala de Aula 01
Encontro 02 Conceitos Básicos sobre a
Eletricidade Sala de Multimídia 02
Encontro 03
A história do magnetismo
e Propriedades
Magnéticas
Sala de Multimídia 01
Encontro 04
Laboratório de Faraday
em Simulador:
Construindo o
conhecimento sobre o
eletromagnetismo.
Laboratório de Informática 01
Encontro 05
Práticas Experimentais:
Solenoide, Eletroímãs,
Geradores e
transformadores.
Laboratório de Física 02
Encontro 06 Aplicação do pós-teste Sala de Aula 01
Tabela 3.1- Quadro geral para proposta de sequência didática utilizada.
3.2 Justificativa
A sequência didática foi construída sempre buscando conhecimentos que os
alunos já possuíam como atração e repulsão, por exemplo, expor o próprio aluno em uma
outra situação que dependa desde conceito, crie uma discussão, analise os fatos e que seja
mostrada a conclusão sobre isto. A partir deste mecanismo, são sugeridas novas formas
de mostrar os mesmos eventos ou formas novas que envolvam o que se já se sabia
anteriormente à sequência ou que já foram aprendidos com essa sequência.
Mostrar simuladores e os próprios experimentos de forma adaptada para o real,
permite que constantemente sejam reforçados os conceitos, ou melhor dizendo, reforçam
os subsunçores, além de despertar a curiosidade dos alunos ao se deparar com diversas
situações que não são comuns em serem exploradas por eles. Contudo a sequência não
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trabalha apenas o investigativo experimental do aluno, também é trabalhado, através do
debate, a criação de subsunçores que serão necessários para o entendimento de novas
experiências. O aluno ao ver um ímã movendo-se passando por dentro de uma espira, não
consegue em uma rápida investigação perceber que a causa de geração da corrente elétrica
está associada a mudança das linhas do campo magnético ou o fluxo magnético. Para isso,
foi preciso a intervenção para que os alunos atentassem ao efeito, gerar o questionamento
do porquê ser assim, gerar um debate, ouvindo as propostas dos alunos, e assim formar o
subsunçor ligado ao efeito.
3.3 Público Alvo e Perfil da Turma
O produto como antes citado, foi trabalhado no Colégio Estadual João Alves
Filho, localizado em Aracaju, com o público alvo as turmas de 3º ano do ensino médio.
Duas turmas foram escolhidas, ambas cursando o terceiro ano do ensino médio pelo turno
da manhã. As turmas em sua maioria, são compostos por adolescente que cursam o ensino
regular pela manhã e curso preparatório para o ENEM pela tarde. Com isto, os alunos
estão acostumados a grande quantidade de aulas expositivas em quadro, com o professor
lecionando em forma de palestra com alunos copiando o que é exposto no quadro. Em
ambas as turmas é perceptível o cansaço e a falta de interesse em estar nas aulas, contudo
a turma “B” demonstrou estar mais disposta em tentar ideias novas e a participar mais das
aulas. Já a turma “A” possuía alunos com desempenhos melhores em notas, sendo mais
acostumados as aulas expositivas, mesmo cansados da maneira de que se é ensinada, não
reclamam do abuso da metodologia. Para ambas as turmas, os alunos não presenciam
práticas nem experimentos em sala de aula.
3.4 Número de Aulas
Toda a sequência de experimentação foi proposta em quatro aulas trabalhadas com
a introdução da história do magnetismo para inserir o aluno a realidade a ser estudada,
apresentação de experimentos para trabalhar com ímãs em diferentes arrumações, em
seguida trabalhar com o experimento do globo terrestre para visualização do campo
magnético. Mais adiante, são expostos os simuladores para apresentar subunçores e
detalhes que os alunos irão precisar para aprender os novos conceitos e por fim
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experimentações que possibilitarão investigar, reforçar e aprimorar os conceitos
aprendidos tendo sempre testes para a averiguação do que fora aprendido. As demais
aulas propostas no quadro 3.1 não foram consideradas como o produto em si, em especial
a aula de introdução aos conceitos sobre eletricidade, pois é esperado que na aplicação da
sequência já se teria trabalhado estes conceitos, fato que não havia ocorrido com ambas
as turmas no período de aplicação deste produto.
3.5 Descrição das Aulas
a) 1º Encontro
As atividades iniciaram-se com a aplicação de um pré-teste, afim de detectar
subsunçores básicos para estudo. O pré-teste foi composto por questões teóricas retiradas
de vestibulares realizados em todo Brasil, sempre buscando questões com perfil das
questões utilizadas no ENEM. As questões que envolvem aplicações de cálculos serão
discutidas mais na frente.
Objetivo: Detectar conhecimentos prévios dos alunos.
b) 2º Encontro
Após a aplicação do pré-teste, foram abordados conceitos mais gerais ligados à
eletrodinâmica, visto que os alunos não haviam praticado sobre os conceitos de corrente
elétrica, campo elétrico, tensão elétrica, entre outros conceitos. Para isto, foi elaborada
uma apostila que encontra-se em anexo ao produto. As aulas foram de caráter expositivo
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buscando a interação dos alunos, sempre relacionando o conteúdo da aula com aplicações
em seu dia a dia.
Objetivo: Criar ou aprimorar os subsunçores básicos relacionados com a eletricidade,
utilizando materiais potencialmente significativos, com intuito de se trabalhar os
conceitos ligados ao eletromagnetismo.
c) 3º Encontro
O início efetivo do produto se dá com uma apresentação sobre a história do
magnetismo, que encontra-se disponível no produto, 1abordando uma linha da evolução
nos conhecimentos sobre o tema.
Objetivo: Inserir o aluno no tema e visualizar se a evolução dos conceitos aprendidos
sobre o magnetismo para a ciência serão próximos da evolução de seus modelos pessoais,
além de observar os fenômenos magnéticos e criar ideias âncoras para o estudo.
Na segunda metade da mesma aula são postos em uma bancada experimentos
relacionados ao magnetismo e suas propriedades. Ao observar os experimentos, os alunos
são estimulados a procurar explicar e discutir os fenômenos observados.
No experimento com bússolas e imãs os alunos fizeram as arrumações variadas
com bússolas e ímãs, tendo assim que explicar com base na lei de atração e repulsão, o
porquê do comportamento e direcionamento que a bússola apresentou.
Em seguida os alunos utilizando o mesmo princípio de atração e repulsão
definiriam como seria a orientação do campo magnético terrestre na experiência com o
globo magnetizado.
Por fim foram mostradas as linhas do campo magnético em diferentes arrumações
de imãs para se verificar e explicar a partir da atração e repulsão, a razão daquele padrão
1 Simulador disponível no link
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/faraday
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das linhas do campo magnético. Com isso foi colocada a seguinte afirmação: “As linhas
do campo magnético saem do polo norte e entram pelo polo sul do ímã.”
No final da aula foi feita a seguinte questão:
Questão 01: (UFPel-RS) O campo magnético de uma região do espaço tem o sentido
indicado pela seta representada ao lado. Uma bússola colocada nessa região se
posicionará:
d) 4º Encontro
Em nova aula, foi a vez da utilização do simulador denominado “laboratório de
Faraday” disponível no site do phet colorado1. O objetivo da inserção do simulador neste
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momento é fortalecer os subsunçores adquiridos na aula anterior e criar novos
subsunçores que ao final das aulas serão progressivamente diferenciados e integrados.
Objetivo: Expor os conceitos sobre a evolução do magnetismo através do simulador e
fazer que os alunos atentassem aos detalhes do simulador para gerar discussões e assim
criar subsunçores integrados e reconciliados.
Com utilização de um Datashow foram expostos todas as abas do simulador,
mostrando diversos efeitos no simulador encorajando os alunos a exporem possíveis
respostas para os fenômenos e organizado estas respostas para se chegar ao conceito.
Inicialmente é trabalhada a aba “ímã em barra” para que os alunos relembrem o
que foi discutido na aula anterior com os experimentos ligados ao campo magnético em
limalha de ferro.
Nas abas “solenoide” e eletroímãs” foram postos em debate quais seriam as
condições de se gerar corrente elétrica ou de corrente elétrica gerar campo magnético.
Nessas duas abas os recursos de aumento de intensidade do campo magnético, como
aumento na quantidade de espiras, áreas das espiras, utilização de corrente alternada e
contínua, como fazer uma corrente contínua gerar campo magnético e principalmente
atentar aos comportamentos da bússola e do campo magnético nessas simulações para
concluir que todos os fenômenos estão relacionados com a mudança no campo magnético
ou fluxo magnético.
Na aba “transformador” o que foi visto nas abas anteriores foi colocado em prática
pelos alunos. Foi perguntado aos alunos o por quê da substituição, analisar se a
substituição traria o mesmo efeito, explicar o fenômeno em forma de debate e respostas
orais.
Na Aba “gerador” foi exposto como é gerada a energia do tipo hidroelétrica.
Ligando os conteúdos de energia visto no primeiro ano do ensino médio aos conteúdos
aprendidos até o momento no terceiro ano.
Ao final da aula, uma nova questão foi feita:
Questão 02: Atendendo à solicitação do seu professor de Física, um estudante fez várias
leituras sobre o conceito de indução eletromagnética. Num dos livros consultados,
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introdução ilustrada à Física, encontrou uma abordagem interessante sobre o assunto, na
qual havia a seguinte tira:
Com base no diálogo travado entre os personagens, a respeito dos fenômenos observados
é possível afirmar corretamente que:
a) Trata-se da indução eletromagnética, ou seja, sempre que um fio for atravessado por
linhas de campo magnético, será gerado nele uma força eletromotriz.
b) Independentemente do sentido do movimento da barra imantada, o sentido da corrente
elétrica gerada terá o mesmo sentido.
c) A corrente elétrica gerada terá valor constante e diferente de zero, mesmo que a barra
imantada permaneça parada.
d) Todas as alternativas anteriores estão corretas.
e) 5º Encontro
Nas últimas aulas, os experimentos ligados aos conceitos presentes no simulador
foram expostos a observação dos alunos. A cada experimento, um grupo de alunos
observa o experimento, em seguida são convidados a explicar o que estão presenciando.
Discussões foram abertas na tentativa de explicar o fenômeno por parte dos alunos para
que chegassem a conclusões. Ao final, os conceitos foram reforçados e recolocados aos
alunos.
Objetivo: Reconciliar, reforçar e integrar os conceitos ligados nos encontros anteriores,
despertar a curiosidade dos alunos a se depararem com os experimentos reais
generalizando as formas de se apresentar os mesmos conceitos.
Foram colocados nas bancadas experimentos do solenoide, eletroímã, geradores e
transformadores. Cada experimento os alunos poderiam manipular os experimentos para
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obter resultados através de multímetros. Os experimentos possuem semelhanças com
aqueles vistos no simulador para mais fácil familiarização e aplicação dos conceitos já
aprendidos. Cada grupo de alunos, divididos em trios ou quartetos, deveriam explicar os
fenômenos e conceitos envolvidos nos experimentos.
Na mesma aula, com a apresentação de um dos experimentos ligados ao solenoide,
foram trabalhados os cálculos de como determinar o campo magnético. Para isto os alunos
tinham a disposição um multímetro que marcava a corrente elétrica que passava pelo
solenoide, um paquímetro para medir o diâmetro externo do solenoide, foi
disponibilizado o número de espiras de cada solenoide, calculadora simples para efetuar
os cálculos e por fim a equação para determinação do campo magnético descrita abaixo.
= 𝑵 ∙𝝁𝟎∙𝒊
𝟐∙𝑹 (3.1)
No término da segunda aula de experimentação, uma nova questão foi sugerida para
para que os alunos respondessem:
Questão 03: A Usina Hidroelétrica de Belo Monte terá potência instalada de 11.233,1
MW, com 4571 MW médios de energia assegurada. O projeto foi adaptado para operar
em regime a fio d´água com redução de 60% da área de inundação em comparação com
o projeto da década de 1990, configurando um reservatório total de 503 km2, dos quais
288 km2 (45%) correspondem ao próprio leito do rio Xingu. Comprova-se, assim, o
respeito ao meio ambiente e às comunidades indígenas, pois nenhuma terra indígena é
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atingida por obras ou pelo reservatório da usina e nenhuma aldeia terá de deixar suas
localidades atuais em razão do empreendimento.
(Fonte: Norte Energia S.A)
A respeito do funcionamento das hidroelétricas, podemos apontar alguns fatores
importantes durante o processo, desde a utilização da água até os princípios envolvidos
tanto na geração como na transmissão de energia. As afirmações seguintes se referem a
18
algumas etapas desde processo de geração e distribuição de energia. Verifique se elas
estão corretas:
I. A energia mecânica é transformada em energia elétrica através de um gerador a
partir de dispositivos que fazem uso de conceitos derivados da lei de indução de
Faraday.
II. Através das linhas de transmissão a energia elétrica é transmitida com baixos
valores de corrente, possibilitando a diminuição das perdas de energia por efeito
Joule.
III. Os transformadores podem aumentar ou diminuir a tensão fornecida a eles.
IV. Com a utilização dos transformadores, é possível aumentar ou diminuir o valor da
voltagem, fazendo passar uma corrente contínua em sua bobina primária.
Ao término de todas as aulas, as questões do pré-teste foram novamente passadas em um
pós-teste.
f) 6º Encontro
No último encontro, foi aplicado o pós-teste utilizando as mesmas questões
dispostas no pré-teste.
Objetivo: Observar e estimar a melhoria e o desenvolvimento dos subsunçores
aprendidos ou aprimorados.
Vale lembrar que o produto visa elaborar materiais potencialmente significativos
para obter subsunçores que permitam o aprendizado do eletromagnetismo. Então, a
sequência aqui abordada não é a única sequência possível, ficando ao professor que irá
utilizar o produto, a escolha de uma sequência didática que melhor encaixe ao seu perfil.
Aqui está descrita uma de suas possibilidades, pois o produto contém experimentos em
passo a passo tanto de sua montagem quando de sua execução, tanto de experimentos
reais ou simulados. Conta também com suporte para uma introdução a partir da história
com anexos que auxiliem na montagem e na sequência didática.
Em resumo, a sequência didática entra como metodologia para ser aplicado o
produto educacional, pensando sempre no que o aluno já conhece e o que se pretende
aprender com o que já sabe, aproximar o aluno pela curiosidade através da diversificação
de experimentos e de formas de expor os conteúdos, como propõe as ideias de Ausubel,
de Bruner e de Vergnaud. A proposta é de execução do produto aliado à metodologia em
19
forma de sequência didática, contudo, o produto como fora pensado permite que o
professor utilize outra sequência didática que se adeque melhor ao seu estilo de aula e de
perfil da turma.
3.6 Métodos de Avaliação
Os indicadores de aprendizado utilizados foram o pré-teste e o pós-teste e
questões em forma de desafios extraídos do próprio livro didático adotado pela escola.
O pré-teste e pós-teste são de grande relevância pois nos trazem uma visão geral
do que foi aprendido. Aplicando-se o mesmo questionário, temos uma segurança que o
nível de questionamento será o mesmo, levando uma conclusão se os subsunçores foram
adquiridos pela maioria dos alunos ao se observar a quantidade de questões corretas e é
claro que a análise da falta de subsunçores também é passível de análise.
Para as questões colocadas ao término das aulas, o intuito é perceber a presença
das metas estabelecidas para cada aula ou conjunto de aulas.
Para a primeira aula, fazer com que os alunos possam explicar como funciona o
campo magnético da Terra e que possam ter a habilidade de analisar a movimentação da
bússola em presença de um determinado campo magnético. Utilizou-se de experimentos
com bússolas e ímãs para observar a atração e repulsão magnética, imãs quebrados para
análise da inseparabilidade magnética, limanha de ferro para visualização das linhas do
campo magnético e o experimento do globo terrestre para que os alunos mostrassem como
se comporta o campo magnético terrestre.
Para a segunda aula o objetivo era verificar se os alunos adquiriram a ideia âncora
de que a mudança do campo magnético ou fluxo magnético é capaz de gerar corrente
elétrica contínua. Para isso, foi utilizado o simulador do phet colorado, “laboratório de
Faraday”, onde foram trabalhadas todas as abas contidas no simulador. Foram abordados
os conceitos do magnetismo através de um ímã, a movimentação de um imã por dentro
de um solenoide, o funcionamento do eletroímã, substituição de ímãs por eletroímã
mostrando a possibilidade de substituição e por último, a unificação dos conceitos para
se construir uma usina elétrica.
Para as duas últimas aulas, as metas eram determinar o campo magnético de pelo
menos um dos solenoides e conseguir entender o funcionamento de uma usina
hidroelétrica. Com os resultados dessas questões podemos verificar por um segundo
medidor a presença dos subsunçores julgados para a aprendizagem de conceitos do
eletromagnetismo importantes. Para este entendimento, foi necessário a utilização do
20
simulador para criar subsunçores que pudessem ancorar conhecimentos sobre o
funcionamento da hidroelétrica. Utilizou-se de diversos experimentos em bancadas, com
todos os experimentos duplicados, com os alunos interagindo com os experimentos e
estimulados a tentarem explicar com base no que aprenderam na aula anterior. Os alunos
estavam organizados em trios ou quartetos para que analisassem o experimento,
discutissem entre eles e chegassem a explicação do efeito para os demais colegas.
Capítulo 4
Resultados e Discussões
Foram analisados os resultados obtidos pelos alunos no pré e pós testes, levando
em consideração a quantidade de acertos e uma análise de acertos por questão. Em
seguida foram analisados os acertos das três perguntas em forma de desafios, expostas ao
término das aulas.
Avaliando o nível de acertos no pré-teste e no pós teste, percebe-se que a
quantidade de respostas corretas foi maior no pós-teste, como mostra a figura 4.1. Isso
sugere um aprendizado proveniente das aulas. É importante perceber que no pós teste,
ambas as turmas não apresentaram alunos sem acertar ao menos uma questão o que
reforça a ideia que subsunçores foram criados ou elaborados durante a execução do
projeto.
Figura 4.1-Nível de Acerto pré e pós testes da turma do 3º Ano A.
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Quantidade de questões corretas
Análise de Acerto Pré/Pós Teste 3ºA
pre-teste pos-teste
21
Figura 4.2-Nível de Acerto pré e pós testes da turma do 3º Ano B.
Ao analisar os resultados por questão temos resultados distintos. Percebe-se que a
turma “A” possui conhecimentos prévios diversificados, tendo o produto não surtindo
grandes efeitos mas apresentando melhorias. É destacável a “8ª questão” onde a mais
recorrente para essa turma, questão está relacionada com as linhas do campo magnético,
como mostra a figura 4.3. As questões que envolvem os conceitos relacionados as linhas
do campo magnético obtiveram destaque.
Para a turma “B”, percebe-se um aumento muito maior em relação a outra turma,
mostrando que o produto foi bastante eficaz para esta turma. Isto revela uma melhor
assimilação dos conceitos iniciais sendo nítida a influência das aulas. Os conceitos
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Quantidade de questões corretas
Análise de Acerto Pré/Pós Teste 3ºB
pre-teste pos-teste
22
relacionados a história do magnetismo e conceitos ligados ao campo magnético estão
mais acentuados.
Figura 4.3- Nível de acertos por questão no pré e pós teste para a turma do 3º Ano A.
Figura 4.4- Nível de acertos por questão no pré e pós teste para a turma do 3º Ano B.
Durante as aulas, foi perceptível uma maior participação pela turma “A” porém
os melhores resultados estão para a turma “B”. Este fato pode estar associado a vários
0
5
10
15
20
25
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª
Ace
rto
s
Questão
Nível de Acertos por Questão 3ºA
Pré-teste pós-teste
0
5
10
15
20
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª
Ace
rto
s
Questão
Nível de Acertos por Questão 3ºB
Pré-teste pós-teste
23
vinculos como falta de atenção ao responder os testes, problemas na interpretação dos
conteúdos, não assimilação dos subsunçores de maneira adequada, entre outros.
Em uma análise por desafios, os resultados são próximos para ambas as turmas
dando o parecer na diferença nos testes estar relacionada a interpretação, ou até mesmo
concentração na resolução das questões.
Figura 4.5- Questão 1 retirada do livro de didático. Análise de erros e acertos de ambas as turmas.
Figura 4.6- Questão 2 retirada do livro de didático. Análise de erros e acertos de ambas as turmas.
Figura 4.7- Questão 3 retirada do livro de didático. Análise de erros e acertos da turma do 3º Ano A.
0
10
20
30
Item I Item II Item III Item IV
Desafio III 3ºA
Acertos Erros
24
Figura 4.8- Questão 3 retirada do livro de didático. Análise de erros e acertos da turma do 3º Ano B.
Fazendo uma média de acertos entre o pré e o pós testes, observa-se um aumento
na quantidade de respostas certas de 62,5% para a turma “A” e mais que o dobro para a
turma “B”.
Figura 4.9-Média de questões corretas por turma no pré e pós testes.
Quanto a atividade relaciona ao cálculo, os alunos de ambas as turmas tiveram
dificuldades na execução dos cálculos, devido principalmente no uso de potências de 10.
Sendo assim, a determinação do cálculo não foi efetuado de maneira satisfatória.
Tanto na exposição do simulador quanto na experimentação foi detectado um
interesse e uma participação maior dos alunos. Para Moreira (2010) uma maneira de
sabermos se o sujeito aprende é observar se este se dispõe a relacionar o que foi aprendido
com a estrutura cognitiva presente. Isso é percebido em diversas vezes ao longo das aulas
nas discussões sobre o funcionamento dos aparelhos que estão ao seu redor, entendendo
que o abordado nas aulas é aplicado em seu dia a dia.
Os níveis de aprendizagem não foram satisfatórios, se pensarmos em alguns
aspectos como os resultados apontados nas figuras 4.7 e 4.8, os resultados esperados
foram abaixo do que mostrado nas figuras 4.1, 4.2, 4.3 e 4.4, além da dificuldade em se
calcular a intensidade do campo magnético. Pode-se ser atribuído tais resultados como
por exemplo, problemas na metodologia aplicada, problemas pelos alunos não
0
10
20
30
Item I Item II Item III Item IV
Desafio III 3º B
Acertos Erros
25
apresentarem subsunçores adequados, como em interpretação de texto e habilidades
relacionadas ao cálculo.
O aspecto positivo a se destacar, foi a maior atenção aos alunos durante as aulas,
resultados maiores no pós-teste, apesar de não terem sido como esperados, uma
assiduidade dos alunos que são considerados muito faltosos, aliados a vontade de
participação das atividades.
A aprendizagem significativa de Ausubel trabalha essencialmente com estratégias
que busquem o que o aluno já sabe, potencializar o que já é sabido e desenvolver
constantemente sempre retomando o que já foi assimilado. Se trabalhado de maneira não
literal e não arbitrária é perceptível a aprendizagem de conceitos ali abordados. Contudo
deve-se ressaltar que a sequência utilizada na metodologia não é a única forma de
utilização do produto. O produto tem como objetivo mostrar ferramentas experimentais
com base na teoria da aprendizagem significativa, podendo assumir tanto um caráter mais
investigativo do que expositivo, moldando-se a necessidade do docente para seu trabalho
em sala de aula.
Capítulo 5
Conclusão
Com o propósito de auxiliar os professores na construção de sequências didáticas
para melhorar o desempenho dos alunos, o produto propôs uma metodologia através das
ideias da aprendizagem significativa de Ausubel. A finalidade da sequência é observar
subsunçores adequados, reforça-los e até mesmo construí-los para se obter os conceitos
relacionados ao eletromagnetismo.
De maneira geral é sim percebido que as aulas geram uma aprendizagem
significativa nos alunos. Os alunos da turma “A” apresentaram resultados diversificados
26
sem grande amostragem da influência do produto. Contudo, a turma “B” com nítida
ausência dos subsunçores, apresentou resultados satisfatórios.
O nível de curiosidade, de participação e de interesse por parte dos alunos é algo
constantemente detectável na maioria dos alunos nas turmas o que garante sim uma
aprendizagem significativa.
Recomenda-se um estudo utilizando uma nova metodologia das quais o produto
oferece para observar se haveria uma melhoria na aprendizagem dos alunos maior do que
apresentada aqui. Comparando resultados podemos detectar a influência da falta dos
subsunçores apontados aqui com os resultados obtidos. Um possível caminho a ser mais
explorado é o da investigação através da experimentação, pois os resultados analisados
acima mostram que os conteúdos ligados ao conceito de linhas do campo magnético
foram mais aprendidos sendo que este conceito fora trabalhado em um caráter
experimental investigativo.
Para finalizar exponho aqui uma frase de um dos alunos que participaram na
aplicação do produto:
“Mesmo se a gente errou a questão, a gente conseguia seguir uma lógica, que antes não
conseguia por conta das aulas.”
(Caio Vinícius, aluno do 3º Ano A)
A tentativa de melhoria na qualidade de ensino é árdua, porém se os conteúdos
curriculares são trabalhados de maneira séria e planejada os resultados gradativamente
apareceram. Apresentar ao professor um produto que facilita suas preparações de aula e
apresente recursos novos a baixos custos, pois é importante termos a compreensão na
escassez de recursos, é de extremo valor ainda por cima verificado o seu nível de atuação.
Referências Bibliográficas
AUSUBEL, D. P., Aquisição e Retenção de Conhecimentos: Uma Perspectiva Cognitiva,
Lisboa, Editora Paralelo, 2000.
CARVALHO, G.D.J., AGUIAR, O. J., Os campos Conceituais de Vergnaud como
Ferramenta para o Planejamento Didático, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v.25,
n.2, p. 207-227, Agosto, 2008.
27
MARQUES, R., A pedagogia de Jerome Bruner, História e Filosofia da Educação.
Disponível em
http://www.uma.pt/liliana/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=
214&Itemid=26.
MOREIRA, M.A., O que é afinal aprendizagem significativa?, Aprendizagem
Significativa: a teoria e textos complementares, M.A. Moreira, São Paulo, Editora
Livraria da Física, 2012, p. 13-55.
28
Anexo I
Pré-teste
Questão 01 (UERJ 2015 – Adaptada) O princípio físico do funcionamento de alternadores e
transformadores, comprovável de modo experimental, refere-se à produção de corrente
elétrica por meio da variação de um campo magnético aplicado a um circuito elétrico.
Esse princípio se fundamenta na denominada lei de:
a) Newton
b) Ampére
c) Faraday
d) Coulomb
e) Joule
Questão 02 (Unifeso 2012) Com o auxílio de uma agulha imantada, explora-se o campo magnético
criado por um ímã em fora de barra. Estando ambos apoiados sobre uma mesa horizontal,
coloca-se a agulha próxima de uma das extremidades do ímã e ela, ao entrar em repouso,
fica orientada como ilustra a figura a seguir:
Desloca-se a agulha imantada para outra posição, mais próxima da região central da barra.
Assinale a alternativa que indica como a agulha ficará orientada, ao entrar em equilíbrio.
a)
b)
c)
d)
e)
Questão 03
29
(Fatec 2010) uma criança brincando com um ímã, por descuido, deixa cair, e ele se rompe
em duas partes. Ao tentar consertá-lo, unindo-as no local da ruptura, ela percebe que os
dois pedaços não se encaixam devido à ação magnética.
Pensando nisso, se o ímã tivesse o formato e as polaridades da figura a seguir, é válido
afirmar que o ímã poderia ter se rompido
a) Na direção do plano α.
b) Na direção do plano β.
c) Na direção do plano π.
d) Na direção de qualquer plano.
e) Apenas na direção do plano β.
Questão 04 (UFU 2015) três carrinhos são colocados em um trilho, porém, não se encostam, porque,
na extremidade de cada um deles, conforme mostra o esquema abaixo, é acoplado um ímã
de tal forma que um de seus polos fica exposto para fora do carrinho (polaridade externa).
Considerando que as polaridades externas dos ímãs (N – norte e S – sul) nos carrinhos
são representadas por números, conforme o esquema a seguir, assinale a alternativa que
represente a ordem correta em que os carrinhos foram organizados no trilho, de tal forma
que nenhum deles encoste no outro:
a) 1 – 2 – 4 – 3 – 6 – 5.
b) 6 – 5 – 4 – 3 – 1 – 2.
c) 3 – 4 – 6 – 5 – 2 – 1.
d) 2 – 1 – 6 – 5 – 3 – 4.
e) 2 – 5 – 4 – 3 – 6 – 1.
30
Questão 05
(G1 CPS 2014) Uma das hipóteses, ainda não comprovada, sobre os modos como se
orientam os animais migratórios durante suas longas viagens é a de que esses animais se
guiam pelo campo magnético terrestre. Segundo essa hipótese, para que ocorra essa
orientação, esses animais devem possuir, no corpo, uma espécie de ímã que, como na
bússola, indica os polos magnéticos da Terra.
De acordo com a Física, se houvesse esse ímã que pudesse se movimentar como a
agulha de uma bússola, orientando uma ave que migrasse para o hemisfério sul do planeta,
local em que se encontra o polo norte magnético da Terra, esse ímã deveria
a) Possuir apenas um polo, o sul.
b) Possuir apenas um polo, o norte.
c) Apontar seu polo sul para o destino.
d) Apontar seu polo norte para o destino.
e) Orientar-se seguindo a linha do Equador.
Questão 06 (UNIFOR CE) Um ímã que gera um campo magnético muito maior que o terrestre,
quando aproximado de uma bússola, orienta a agulha conforme está indicado na figura.
Em presença de dois ímãs idênticos ao primeiro, a agulha deve assumir a posição indicada
no esquema:
a)
b)
c)
31
d)
e)
Questão 07 (ENEM 2011) O manual de funcionamento de um captador de guitarra elétrica apresenta
o seguinte texto:
Esse captador comum consiste de uma bobina, fios condutores enrolados em torno de um
ímã permanente. O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos polos
magnéticos na corda da guitarra, que está próxima a ele. Assim, quando a corda é tocada,
as oscilações produzem variações, com o mesmo padrão, no fluxo magnético que
atravessa a bobina. Isso induz uma corrente elétrica na bobina, que é transmitida até o
amplificador, e daí, para o alto-falante.
Um guitarrista trocou as cordas originais de sua guitarra, que eram feitas de aço, por
outras feitas de náilon. Com o uso dessas cordas, o amplificador ligado ao instrumento
não emitia mais som, porque a corda de náilon
a) Sola a passagem de corrente elétrica da bobina para o alto-falante.
b) Varia seu comprimento mais intensamente do que ocorre com o aço.
c) Apresenta uma magnetização desprezível sob a ação do ímã permanente.
d) Induz correntes elétricas na bobina mais intensas que a capacidade do captador.
e) Oscila com uma frequência menor do que a que pode ser percebida pelo captador.
Questão 08 (FUVEST 2008) Um objeto de ferro, de pequena espessura e em forma de cruz, está
magnetizado e apresenta dois polos Norte (N) e dois polos Sul (S). Quando esse objeto é
colocado horizontalmente sobre uma mesa plana, as linhas que melhor representam, no
plano da mesa, o campo magnético por ele criado, são as indicadas em:
32
a)
b)
c)
d)
e)
Questão 09
(UFPR 2015) Michael Faraday foi um cientista inglês que viveu no século XIX. Através
de suas descobertas foram estabelecidas as bases do eletromagnetismo, relacionando
fenômenos da eletricidade, eletroquímica e magnetismo. Suas invenções permitiram o
desenvolvimento do gerador elétrico, e foi graças a seus esforços que a eletricidade
tornou-se uma tecnologia de uso prático. Em sua homenagem uma das quatro leis do
eletromagnetismo leva seu nome e pode ser expressa como: ε = ΔΦ/Δt onde ε é a força
eletromotriz induzida em um circuito, Φ é o fluxo magnético através desse circuito e t é
o tempo. Considere a figura ao lado, que representa um ímã próximo a um anel condutor
e um observador na posição O.
33
O ímã pode se deslocar ao longo do eixo do anel e a distância entre o polo norte e o centro
do anel é d. Tendo em vista essas informações, identifique as seguintes afirmativas como
verdadeiras (V) ou falsas (F):
( ) Mantendo-se a distância d constante se observará o surgimento de uma corrente
induzida no anel no sentido horário.
( ) Durante a aproximação do ímã à espira, observa-se o surgimento de uma corrente
induzida no anel no sentido horário
( ) Durante o afastamento do ímã em relação à espira, observa-se o surgimento de uma
corrente induzida no anel no sentido horário.
( ) Girando-se o anel em torno do eixo z, observa-se o surgimento de uma corrente
induzida.
a) F – F – V – V
b) F – V – F – V
c) V – V – F – F
d) V – F – V – F
e) F – F – V – F
Questão 10 (FUVEST) Raios cósmicos são partículas de grande velocidade, provenientes do espaço,
que atingem a Terra de todas as direções. Sua origem é, atualmente, objeto de estudo. A
Terra possui um campo magnético semelhante ao criado por um ímã em barra cilíndrica,
cujo eixo coincide com o eixo magnético da Terra. Uma partícula cósmica P com carga
elétrica positiva, quando ainda longe da Terra, aproxima-se percorrendo uma reta que
coincide com o eixo magnético da Terra como mostra a figura.
Desprezando a atração gravitacional, podemos afirmar que a partícula, ao se aproximar
da Terra:
a) Aumenta sua velocidade e não se desvia de sua trajetória retilínea.
b) Diminui sua velocidade e não se desvia de sua trajetória retilínea.
c) Tem sua trajetória desviada para leste.
34
d) Tem sua trajetória desviada para oeste.
e) Não altera sua velocidade nem se desvia de sua trajetória retilínea.
Sequência Didática
através da
Experimentação para o
Estudo do
Eletromagnetismo
Professor Dr. Petrúcio Barrozo da Silva
Professor Walter Prado de Carvalho Neto
Apoio:
Nota ao Professor,
Olá colega professor, tudo bem? Estou fazendo esta carta inicial para
facilitar o entendimento deste trabalho e ajudar a explorar melhor suas
potencialidades.
Sugiro que antes de analisar o produto em si, observe a dissertação em
especial, a seção metodologia. É nela onde encontramos descrito como foi
explorado o produto, separado por encontros e aulas.
O produto em si é dividido em história do magnetismo, para que o aluno possa
ficar ambientado com o tema. Em seguida, temos a apresentação da principal
propriedade em que a sequência didática presente na dissertação se pauta:
propriedade da atração e repulsão de polos.
Na segunda parte do produto, temos a apresentação dos simuladores e
experimentos sobre o eletromagnetismo. Nos simuladores, o professor
encontrará sugestões, questões e sequências de como explorar cada aba de
simulador ou simulador de forma detalhada. Na seção de experimentos,
teremos como montar e trabalhar cada experimento de forma separada, erros
que podemos encontrar e possíveis soluções para os problemas.
Todos os itens desde produto estão em ordem de acordo com a sequência
didática.
Por fim, na seção de anexos, o professor encontrará materiais de apoio
para melhorar ou apresentar seus experimentos.
Espero caro professor que goste do produto, foi feito para somar as aulas, com
muito cuidado e pesquisa. Foi feito para se adequar aos seus métodos, utilize-
o à vontade.
Grande Abraço Professor,
Walter Prado de C. Neto.
Sumário
Uma breve história sobre o Magnetismo, 02
Propriedades Magnéticas, 04
Simuladores, 05
Simulador: Laboratório de Faraday, 05
Primeira aba: ímã em barra 06
Segunda aba: solenoide, 07
Terceira aba: eletroímã, 07
Quarta aba: Transformador, 09
Quinta aba: Gerador, 09
Simulador: A regra da mão direita, 09
Experiências, 11
Ímãs com bússola, 11
Como fazer limalha de ferro em pó, 12
Visualizando as linhas do campo magnético, 12
Globo Magnetizado, 13
Como construir um solenoide, 14
Solenoide, 15
Eletroímã, 17
Como calcular o campo magnético produzido pelo eletroímã?, 17
Mini gerador de Tesla, 19
Transformador, 20
Gerador de energia elétrica, 21
ANEXO I: Conceitos básicos sobre a eletricidade, 24
ANEXO II: Tabela AWG, 31
ANEXO III: Configurar celular android para gerar tela no computador, 32
Referências Bibliográficas, 35
2
Uma Breve História sobre o Magnetismo
Nossa Jornada com o magnetismo
começa na Grécia antiga por volta do século
VII com um minério escuro que
“magicamente” atraia o ferro. Esse estranho
minério fora encontrado na província de
Magnésia, daí o nome do magnetismo. Hoje
sabemos que o minério se trata da magnetita
ou minério de ferro, cuja capacidade de
atração atiçou a curiosidade na tentativa de
desvendar seus mistérios. Várias utilizações
foram dadas à magnetita como por exemplo,
na cura de doenças, incluindo doenças do
coração. Na Idade Média, utilizada para
aumentar a elegância, o charme além de estabelecer a alegria conjugal dos
casais. Além das utilizações, surgiram histórias de marinheiros que
afirmavam o naufrágio de barcos por conta de montanhas de magnetita que
arrancavam os pregos do casco. Dentre as histórias e utilizações, uma foi de
grande importância para o homem nas grandes navegações: A invenção da
bússola. Construída, não da forma que conhecemos, pelos chineses no século
I A.c. e levado para a Europa na Idade Média.
Entre os séculos XIII e XIV, Flávio Gióia, um marinheiro da província
de Amalfi na Itália, reuniu um simples metal imantando a já conhecida rosa
dos ventos, construindo uma versão mais próxima da bússola que conhecemos
hoje. Diferentemente da bússola chinesa que apontava para o Sul, a bússola
de Flávio apontava para o Norte.
Figura 1- A magnetita. Uma rocha
descoberta na cidade de Magnésia na
Grécia antiga com poderes 'mágicos".
Figura 2- A Esquerda: a Bússola chinesa conhecida como Si Nan. A
base representa a Terra, a circunferência representa o céu, a concha
representava a constelação de Ursa Maior e o cabo apontava para o
Sul. A Direita: Bússola do século XVI utilizada nas grandes
navegações. Feita pela junção de uma agulha imantada e a rosa do
ventos. Ao contrário da bússola chinesa, esta bússola apontava para o
norte geográfico da Terra.
3
Em 1600, o físico e médico inglês Willian
Gilbert publica o seu livro De Magnete,
Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete
Tellure ou Os ímãs, os corpos magnéticos e o
grande ímã Terrestre. As primeiras observações
mostram que um ferro quente e malhado gera
propriedades magnéticas. Gilbert também percebe
que se colocarmos uma agulha imantada
flutuando em um copo com água, a agulha irá se
inclinar e apontará para a Terra que segundo
Gilbert a Terra teria uma “alma magnética”. Com
suas observações, Gilbert enunciou propriedades
fundamentais e foi o primeiro a propor que a Terra
era um grande ímã. Seu modelo foi batizado de
Terrella. Um experimento onde uma pequena
esfera magnetizada é usada para representar a
Terra, que 300 anos mais tarde foi desenvolvida
pelo norueguês Kristian Birkeland ao fazer
investigações sobre a aurora.
Em 1785, o físico francês
Charles-Augustin de Coulomb,
através das leis de atração e repulsão
de polos inversos, percebeu que cargas
elétricas em repouso possuíam
características comuns também aos
polos magnéticos.
As grandes mudanças do
magnetismo vieram em 1819, com o
professor dinamarquês Hans
Christian Oersted que conseguiu
provar experimentalmente relações
entre a eletricidade, particularmente
da corrente elétrica, e o magnetismo.
Anos mais tarde os cientistas
Joseph Henry e Michael Faraday, de
maneira independente, descobrem a
indução eletromagnética, efeito no
qual o magnetismo, por conta da
mudança de fluxo magnético é capaz
de gerar tensão elétrica e assim
corrente elétrica.
Com o surgimento das expressões matemáticas elaboradas pelo
britânico James Clerk Maxwell, as leis da eletricidade e do magnetismo foram
unificadas, passando o magnetismo a ser considerado uma manifestação de
cargas elétricas em movimento.
Figura 3- Livro De Magnete,
Magneticisque Corporibus, et de
Magno Magnete Tellure ou Os
ímãs, os corpos magnéticos e o
grande ímã Terrestre de William
Gilbert.
Você Sabia?
A Aurora Boreal é o resultado da colisão de partículas de vento solar com o campo magnético da Terra, fenômeno visto nos céus do norte do planeta Terra. A região mais comum onde mais ocorre a Aurora Boreal é na Laponia, com cerca de 200 dias por ano. Os asiáticos acreditam que pessoas que conseguem ver uma Aurora Boreal vivem felizes para sempre e têm mais fertilidade. Fonte: http://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/aurora-boreal.html
4
A partir de então, tornam-se possível a invenção de diversos
instrumentos como o motor elétrico, cartões magnéticos, geração de energia
através das usinas hidroelétricas, ondas eletromagnéticas de rádio e tv,
aparelhos celulares entre outros.
Propriedades Magnéticas
Agora vamos conhecer algumas das propriedades magnéticas
fundamentais vistas nos ímãs. A melhor maneira de conhecermos tais
propriedades é usando um ímã. Então pegue dois imãs e veja o que acontece
quando colocarmos um lado e depois o outro lado de um dos imãs. Consegue
sentir a atração e a repulsão desses imãs? Pois aí está a primeira propriedade
importante para o magnetismo. Polos opostos (extremidades de um imã)
atraem-se. Polos de mesmo sinal repelem-se.
No magnetismo existe a seguinte convenção: a parte positiva do ímã é
conhecida como Norte e o polo negativo como Sul.
Figura 4 - Atração e Repulsão dos ímãs. Polos iguais se repelem; polos contrários se atraem.
Pergunta
Como vamos saber qual é o polo Norte e Sul de um ímã? Pense numa maneira,
descreva abaixo, e coloque de canetinha os Símbolos “N” para Norte e “S” para
Sul nos ímãs que você está trabalhando.
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______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
A segunda propriedade também é muito simples de analisar. Pegue um
ímã e divida-o ao meio. Você irá observar que não surgiu dois pedaços, um
sendo Norte e outro Sul. Na verdade o que surgem são dois novos ímãs. Se
continuar a dividir o ímã, novos imãs menores irão surgir. Isso nos remete a
seguinte ideia: Na natureza não existem monopolos magnéticos (até agora não
foram encontrados), ou seja, não existe na natureza um polo Norte ou Sul
Separados. Sempre encontraremos sistemas com dipolos (polos Norte e Sul)
os materiais magnéticos. Essa Propriedade é conhecida como
inseparabilidade magnética.
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Figura 5 - Propriedade da Inseparabilidade Magnética. Um ímã dividido formará sempre dois novos
ímãs.
Agora pensemos na Terra. Sabemos que a bússola sempre aponta
sempre para o polo Norte da Terra. O que isso significa? Se você pensou que
o motivo é que no polo Norte da Terra deve ser o polo Sul magnético da mesma,
você está certíssimo. Em consequência, o polo Sul da Terra é o polo Norte
magnético da mesma. Os polos da Terra chamaremos de geográficos para não
os confundir com seus polos magnéticos.
Simuladores
Nessa seção iremos mostrar os procedimentos de utilização de um simulado
disponível no site phet colorado denominado "laboratório de Faraday”. O
simulador contem 5 abas para serem trabalhadas que serão detalhadamente
mostrados procedimentos para o uso do simulador, além de questões para
gerar debates e recolher conceitos essenciais ao magnetismo. Por fim será
mostrado outros simuladores disponíveis para android.
Simulador: Laboratório de Faraday
Objetivo: Mostrar de forma investigativa os passos necessários para
entender os conceitos do eletromagnetismo estudado por Faraday.
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Figura 6- Tela do simulador "gerador" que será usado para observar fenômenos eletromagnéticos.
Primeira aba: Ímã em Barra
Procedimentos:
1) Abra a primeira aba intitulada ímã em barra. Movimente livremente a barra
do imã e observe a bússola. Repare que a bússola alinha-se de acordo com a
barra sempre com o polo oposto. Esse efeito também é reparado se
movimentarmos a bússola em relação a barra. Experimente.
2) Clique no botão “Inverter polaridade” e observe a bússola.
3) Afaste o imã para uma extremidade e deixe a bússola na extremidade oposta.
Observe as linhas de campo magnético (representada por pequenos ímãs ao
fundo do experimento).
4) Na barra de intensidade aumente a intensidade do campo e observe as linhas.
Modifique à vontade a intensidade do campo magnético e observe sempre as
linhas do campo magnético. Se preferir ande com o ímã para que sua
observação fique mais clara.
5) Ponha o ímã novamente na extremidade oposta e clique no quadrado “mostrar
medidor de campo” e arraste o alvo medidor do ímã até a bússola e observe os
valores. O quadrado “B” representa o campo magnético resultante. Os
quadrados “Bx” e “By”, representam o campo magnéticos nos eixos x e y. com
base nessa experimentação registre o que foi observado. Enuncie então a
segunda informação adquirida sobre o campo.
6) Vamos verificar se podemos visualizar o formato da interação entre as linhas
de campo. Para isso, coloque o ímã no centro, clique no quadrado “Ver dentro
do ímã” e desabilite os quadrados “Mostrar bússola” e “Mostrar medidor de
campo”. Observe agora as linhas saindo de um polo e indo em direção ao outro.
Clique em “inverter polaridade” e observe novamente.
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7) Finalizando as análises nesta aba, clique novamente no quadrado “Mostrar
medidor de campo” e arraste o alvo lentamente de um polo do ímã para o outro
extremo. Após faça o caminho inverso.
Pergunta: Reflita e responda: Existe uma relação entre a distância e as linhas
do campo magnético? Caso exista justifique sua resposta.
Segunda Aba: Solenoide
Procedimentos:
1) Arraste a lâmpada acoplada ao solenoide para o centro e no quadro
“Solenoide”, no quadrado “espiras” coloque apenas uma espira. Passe
lentamente sem parar o ímã de um lado a outro da tela.
2) Repita mesma operação modificando o quadrado “espiras” para duas e três
espiras.
3) Mantenha agora o ímã no centro e arraste a lâmpada com o solenoide de uma
extremidade a outra.
4) Volte a colocar o solenoide no centro. Mantendo qualquer quantidade de
espiras. Passe o ímã de um lado a outro da tela sempre parando por poucos
segundos e observe a lâmpada. Repita os mesmos procedimentos anteriores,
porém aumente a velocidade em que arrasta o ímã.
5) Varie a intensidade do campo magnético na régua de intensidade ou digite no
quadrado alguns valores. Repita os passos anteriores.
6) No quadro solenoide, modifique o indicador para o voltímetro, repita os passos
já mencionados e observe a movimentação do ponteiro do voltímetro.
7) Em seguida clique em “Inverter polaridade” e refaça os passos anteriores.
Registre o que foi observado.
Pergunta: O que é necessário para o surgimento de uma corrente elétrica em um
solenoide?
Pergunta: Indique os fatores que podem aumentar a intensidade da corrente induzida.
Terceira Aba: Eletroímã
Procedimentos:
1) Arraste o solenoide com a pilha de um lado para outro ou a bússola e observe
a movimentação da agulha da bússola.
2) Coloque o eletroímã numa extremidade e a bússola na extremidade oposta.
No quadrado “espiras” modifique as espiras, começando por uma, até chegar
ao valor máximo de quatro. Em seguida, clique no quadro “Mostrar medidor
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de campo”, arraste o alvo do eletroímã para a bússola sempre variando a
quantidade de espiras.
3) Coloque o alvo do medidor no centro das espiras. Varie a quantidade de
espiras e verifique o valor do campo magnético resultante. Se prestar
bastante atenção, existe um botão dentro da pilha.
Figura 7- Simulador aba do eletroímã. Observe o botão na pilha para variar a voltagem.
4) Modifique os valores de voltagem da pilha mantendo o medidor de campo fixo
no solenoide. Clique no botão “Reiniciar tudo?”. Na parte superior troque a
fonte DC para a fonte AC. Fonte DC significa que a corrente possui um valor
constante. Fonte AC significa que a corrente varia seus valores de máximo
passando pelo zero, até o mínimo, retornando ao seu ciclo. Duas grandezas
são importantes para uma fonte AC, a sua intensidade e a frequência em que
a corrente irá alternar o seu valor.
5) Após modificar a fonte de corrente, aperte o botão “play” e observe o que
acontece com as linhas de indução e a bússola.
6) Aperte o botão “pause” e em seguida aperte o botão a direita de passo a passo
e analise o fenômeno. No eixo “x” do gráfico de corrente alternada encontra-
se um botão para variar a frequência da corrente. Varie a frequência,
mantendo a intensidade fixa. Afaste a fonte AC da bússola colocando-o na
extremidade oposta. Mantenha o valor de frequência próxima da metade e
fixe-a neste valor.
7) Varie a intensidade de corrente e observe o que modificou. Fique variando os
valores de frequência.
Pergunta: Existem semelhanças neste experimento com o eletroímã e o
experimento com ímã em barra? Demonstre os fatores que apontam a sua
resposta.
Pergunta: Explique qual é a relação entre a frequência e a intensidade da
corrente no surgimento de corrente induzida.
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Quarta Aba: Transformador
Perceba que na quarta aba iremos repetir o experimento da segunda aba. Na
verdade a quarta aba mostra a união do que foi aprendido na segunda e
terceira abas. Se preferir faça os testes já descritos nas abas anteriores para
constatar os mesmos resultados.
Procedimentos:
Vamos trabalhar com um novo conceito que pode ser observado aqui.
1) Troque a fonte de corrente para AC e varie a frequência e a intensidade de
corrente.
2) Coloque intensidades pequena, média e máxima para a corrente elétrica,
mantendo estas intensidades invariáveis e varie a frequência da fonte.
3) Mantenha a frequências invariáveis em valores de pequena, média e máxima
frequência e varie a intensidade da corrente da fonte.
Quinta Aba: Gerador
Na última aba teremos uma aplicação prática de tudo que foi analisado até
agora.
Procedimentos:
1) Clique no quadrado “Mostrar campo”. Abra a torneira variando o botão que consta dentro
do desenho. Varie a quantidade de espiras e o fluxo de água. Nesta aba poderemos
enxergar melhor uma grandeza presente nos outros experimentos, porém pouco
perceptível sua influência.
2) Clique no botão “Reiniciar tudo?”, coloque um valor intermediário de fluxo de água. As
rotações por minuto mostrada no centro da roda irão mostrar valores mais intermediários.
No quadro “solenoide” troque o indicador pelo de tensão e no quadro “ímã em barra”
deixe um valor de médio a pequeno de “intensidade”.
3) Aperte o botão “play” e modifique a área da espira, numa chave mais abaixo da
simulação. Se preferir utilize o botão de passo a passo para melhor observar.
4) Para finalizar, clique no botão “Reiniciar tudo?”. Sem ligar na torneira, varie o botão de
“intensidade” da esquerda para a direita, faça essa ação cada vez mais rapidamente.
Simulador: A regra da Mão direita
Objetivo: Mostrar a aplicação da regra da mão direita em um condutor reto.
Este simulador está disponível no applet ‘física na escola”, disponível para Android.
O uso é destacado apenas para Android por ser uma ferramenta facilmente inserida
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no computador, logo podendo ser reproduzida em projetores. O método de
transferência está disponível no anexo III.
Procedimentos:
1) Abra o applet, na parte número X, aperte o botão play em verde para abrir a
simulação. Aparecerá a seguinte tela:
Figura 8- Visão inicial do simulador da regra da mão direita.
2) No botão localizado na parte inferior a esquerda, inverta o sentido da corrente
elétrica. A mão será modificada mostrado que o polegar indica o sentido da
corrente elétrica. Perceba que a unhas da mão estão pintadas. Vermelha para
a corrente elétrica e azul para as linhas do campo magnético.
Figura 9- Visão do applet. Mostrando a mudança do sentido da corrente elétrica.
3) Movimente a manivela localizada no centro do applet para verificar a
orientação das linhas de campo magnético através da bússola.
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4) Com base nisso, enuncie a regra da mão direita: “seu polegar representa o
sentido do campo e o giro dos seus demais dedos representam a distribuição
das linhas do campo magnético”.
5) Varie as imagens vistas no applet clicando no botão azul no canto superior
esquerdo. Com as demais imagens, reforce a regra da mão direita.
6) Na Seção experimentos deste trabalho, peça para os alunos mostrarem a
regra da mão direita para o solenoide.
Experiências
Nesta parte do trabalho veremos experimentos reais e procedimentos de como
adquirir materiais para os experimentos além de procedimentos para
aproveitar ao máximo a experiência.
Experiência: Imãs com Bússola
Objetivo: Mostrar a interação do imãs com a bússola dispondo as bússolas e
imãs em posições e formas diferentes.
Materiais Necessários: Imãs e bússolas.
No experimento relacionado foram utilizados 4 ímãs em barra de duas cores
vermelho e azul e 4 bússolas. Cuidado ao armazenar as bússolas e o ímãs, se
deixá-los próximos, a agulha magnética da bússola irá magnetizar a partir
das linhas dos campos dos imãs próximos, perdendo a real direção e deixando
o experimento com resultados errados, sendo necessária a troca das bússolas.
O ideal é guardar as bússolas em outro local longe dos ímãs e de aparelhos
elétricos.
A aquisição dos ímãs são importantes pois estes irão acompanhar em vários
outros experimentos diminuindo os custos para os próximos. Os ímãs foram
adquiridos pela internet através do site “imashop”, por não ter encontrado em
minha região.
Procedimentos:
1) Ponha um dos imãs no centro e bússolas ao redor do ímã em forma de cruz.
Veja para onde as agulhas apontam.
2) Gire o ímã de modo que a polaridade inverta. Observe o comportamento das
agulhas.
3) Tente fazer um esboço de como seriam as linhas do campo magnético a partir
das observações do itens “1” e “2”.
4) Com os imãs, forme figuras diferentes como triângulo, quadrado, cruz e
observe percorra com as bússolas ao redor para tentar visualizar o resultado
da unificação das linhas do campo magnético.
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Como Fazer Limalha de Ferro em pó
Figura 10 – Como fazer limalha de ferro em pó. Fonte:
http://www.abq.org.br/cbq/2013/trabalhos/13/1836-13631.html. Acessado em 05/12/2016 às
16h04.
Materiais Necessários: Uma bacia de preferência velha; palha de aço; isqueiro;
luvas.
Procedimentos:
1) Coloque a palha de aço na bacia e abra o rolos de palha de aço para que possa
queimar mais facilmente. Procure usar luvas para não machucar os dedos.
2) Com o isqueiro, queime a palha de aço. Precisará queimar várias vezes para
que se tenha o melhor resultado, mesmo que palha esteja escura. Procure
fazer este processo em um local aberto pois o cheiro é forte e desagradável.
3) Esfregue a palha de aço para deixar cair o pó na bacia. Separe os pedaços
grandes e tente esfregar e queimar novamente para que caia mais pó.
4) Existe um outra maneira de adquirir a limalha de ferro usando uma Lima
chata para lixar metais e pregos. O processo é apenas ir lixando os pregos
para liberar o pó de limalha de ferro. A depender da lima podemos ter o
mesmo resultado, porém mais trabalhoso.
Experiência: Visualizando Linhas do Campo Magnético
Figura 7- Linhas do campo Magnético. Linhas de campo formadas por um ímã colocado em cima de
um recipiente transparente com limalha de ferro.
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Objetivo: Observar o comportamento das linhas do campo magnético em diferentes
arranjos e prever seu comportamento em arranjos não vistos.
Materiais Necessários: Dois Imãs; Limalha de ferro em pó; Recipiente para
analisar as linhas; Saleiro; Palitos de picolé.
Em testes foram utilizados como recipiente uma folha de papel tipo cartão dobrado
ao meio e palitos de picolé, que serviram como bases de sustentação do papel. Outra
sugestão seja utilizar qualquer recipiente disponível que possua bordas e não seja
funda, como tampas de potes de sorvete. Utilize um saco plástico em volta do imã
para puxar a limalha de ferro após o experimento e devolver ao recipiente onde está
guardado.
Procedimentos:
1) Com o ímã em baixo do recipiente, coloque gradativamente a limalha de ferro
com o auxílio do saleiro e observe a formação das linhas de campo magnético.
2) Coloque os dois ímãs com os polos Norte e Sul próximos. Para melhor
visualização coloque palitos de picolé entre os imãs e evitar a atração dos
mesmos. Observe como foi organizada as linhas de indução.
3) Disponha os ímãs os dois polos Norte próximos e em seguida os dois polos Sul.
Utilize os palitos de picolé para deixar os ímãs alinhados e não deixá-los
escapar. Uma sugestão é aproveitar as próprias caixas dos ímãs e adicionar
pedras ou areia ou qualquer material que deixe a caixa mais pesada para
segurar os palitos. Observe as linhas do campo.
4) Se possível a cada visualização tire uma foto e discuta em sala sobre os
resultados obtidos.
Experiência: Globo Magnetizado
Figura 8- Experimento globo magnetizado. À esquerda bússola com sul magnético apontado para o
sul geográfico da Terra. À direita o norte magnético da bússola aponta para o norte geográfico.
Objetivo: Levar o aluno a deduzir como seriam as linhas de campo magnético
terrestre.
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Materiais Necessários: Imã em barra; Imãs de Neodímio de 5 mm; Globo
Terrestre; Duas bússolas.
A quantidade de imãs que serão utilizados depende do diâmetro do globo.
Normalmente os globos possuem um furo onde está apoiada sua base ou podem ser
divididos em duas metades. No caso do globo utilizado como mostra a figura abaixo,
existe um furo no eixo da base. Com isso basta unir os ímãs formando uma barra
única e colocando de uma ponta a outra do globo com o Sul voltado para o polo Norte
do globo e por fim tapar a saída com fita isolante. Se o Globo for partido ao meio, uma
sugestão é prender um ímã em barra a um palito de picolé, posicionando seu polo Sul
para o polo Norte.
Figura 9-Globo terrestre pequeno com abertura no fundo de seu eixo. Nessa abertura colocamos os
ímãs e prendemos com fita isolante preta.
Procedimentos:
1) Com as duas bússolas, uma de frente para a outra, posicione um imã entre
elas e observe seu comportamento. Nesta etapa vale a pena lembrar o
princípio de atração e repulsão proposto por Coulomb para corpos magnéticos.
2) Inverta a polaridade do ímã e observe o resultado com a bússola.
3) Aproxime a bússola no polo Norte da Terra e observe o resultado da bússola.
Em seguida aproxime junto ao polo sul da Terra e observe o resultado da
bússola.
4) Peça para que os alunos expliquem como deve estar orientado o campo
magnético terrestre em relação ao espaço geográfico.
Como Construir um Solenoide
Materiais Necessários: Fio de cobre esmaltado; Objeto cilíndrico no diâmetro
desejado; fita adesiva.
Fios de cobre podem ser facilmente adquiridos em aparelhos eletrônicos antigos como
liquidificadores, ventiladores entre outros. Apenas considere a espessura do fio pois
a resistência pode crescer muito a depender do tamanho da espira necessitando a
utilização de uma voltagem mais baixa ou ainda fita de vedação para canos conhecida
popularmente como “fita veda rosca”. A fita de vedação consegue resistir bem ao
calor. Caso não possua um cilindro adequado para confecção, utilize papelão no
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diâmetro desejado, dê algumas voltas para que fique mais rígido e prenda tudo com
fira adesiva. Existem casas de eletrônica ou casas especializadas na venda de fios de
cobre padrão AWG. No Anexo II está uma tabela para ter referência de qual fio
utilizar.
Procedimentos
1) Pegue um pedaço de fio de cobre esmaltado e deixe-o apontado para fora. Este
será uma das ligações da espira.
2) Determine a quantidade de espiras você deseja construir. A partir daí, dê
voltas sempre apertando o fio e deixando-os o mais junto possível. Se precisar
use fita adesiva para prender as pontas e não perder a amarração.
3) Após feita todas as voltas, retire com cuidado para não desfazer as espiras do
cilindro.
4) Passe fita nas laterais das espiras a fim de uni-las.
5) Caso precise fazer uma quantidade em que o cilindro não comporte, faça
espiras em blocos, de forma que existem várias espiras em um único fio.
Importante sempre deixar um espaço entre um espira e outra para fazer a
confecção das outras espiras. Este processo é mais simples e evita a de espiras
uma em cima da outra que são mais complexas a serem feitas.
6) Para sintetizar o item “5” vamos tomar como exemplo a confecção de uma
espira de 300 voltas. Podemos fazer construindo 10 espiras com 30 voltas
cada, unidas pelo mesmo fio.
Experiência: Solenoide
Figura 10- Experimento eletroímã. A movimentação de um ímã faz surgir uma tensão contínua no
solenoide. Solenoide de 212 espiras.
Objetivo: Mostrar que a movimentação de um ímã gera corrente elétrica e tensão
elétrica.
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Material Necessário: Solenoide; multímetro; ímã; isopor; duas conexões para pilha
9 volts; abraçadeira; Dois plugues banana vermelho e preto; dois pedaços de fio de
cobre de 2,5 mm com capa nas cores vermelho e preto; palito de churrasco.
Procedimentos:
1) Para montagem, escolha um tamanho para ser a base do isopor. A base
utilizada foi de 23 x 15,5 cm. Para a aparência ficar melhor forre o isopor com
papel. O papel utilizado foi o couchê pois aceita tinta óleo em spray.
2) Posicione o solenoide na posição desejada. Com o palito de churrasco, faça
furos nos lados do solenoide para que possa passar os fios de cobre do
solenoide por baixo. Prenda os fios em baixo com fita adesiva.
3) Faça furos na frente e no fundo do solenoide para aplicar as abraçadeiras.
Caso o solenoide seja grande ou pesado, faça mais furos para acomodar mais
abraçadeiras.
4) Uma os fios do solenoide com os polos da conexão da pilha 9 Volts. De
preferência solde os fios da conexão como solenoide ou se preferir utilize fita
adesiva.
5) Prenda os fios em baixo do isopor utilizando fita adesiva ou cola quente.
Prenda o conector na lateral do isopor com fita adesiva ou cola quente.
Figura 11- Encaixando a conexão para pilha de 9 volts ao solenoide na lateral da base e
prendendo com fita dupla face.
6) Solde dois pedaços dos fios vermelho e preto com os plugues banana. Na outra
ponta, una os fios a segunda conexão da pilha de 9 Volts. Solde os fios para
melhor fixação e condução.
7) Encaixe as conexões e ligue os plugues bananas no multímetro. Ajuste o
multímetro para tensão contínua, no caso do experimento de referência foi
utilizada a escala de 200 mV.
8) Movimente o ímã por dentro do solenoide e observe o multímetro.
9) Deixe o ímã parado dentro do solenoide e observe o multímetro. Discuta com
o grupo possíveis explicações das observações feitas.
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Experiência: Eletroímã
Figura 12- Solenoide formado por 30 espiras preso em uma base de isopor coberta com papel couchê
pintado de preto.
Objetivo: Mostrar resultado semelhante ao da experiência realizada por Oersted
com o surgimento de campos magnéticos na passagem de corrente elétrica.
Materiais Necessários: Fio de cobre esmaltado; pilha de 9 Volts; conector para
pilha de 9 Volts; isopor; abraçadeira de Nylon; bússola; palito de churrasco; Fita
Adesiva ou cola quente;
Procedimentos:
1) Se você já Construiu o experimento solenoide, a base de construção é a
mesma. Caso não tenha construído, retorne ao Experimento Solenoide e veja
sua construção até o item “5”.
2) Encaixe a pilha de 9 Volts e aproxime a bússola no solenoide. Com o auxílio
da bússola tente mostrar as linhas de campo magnético que surgiram no
eletroímã.
3) Coloque o ímã em frente ao eletroímã e desencaixe a pilha de 9 Volts e
aproxime seu polos de maneira a inverter os polos da pilha. Observe o que
acontece com a bússola.
Como Calcular o Campo Magnético Produzido pelo Eletroímã?
Objetivo: Calcular o campo magnético gerado pelo solenoide em um
eletroímã.
Este método de cálculo é resultado aproximado do valor do campo magnético
gerado pelos solenoides. Os valores das resistências são extraídos na tabela
AWG localizada no anexo II.
Sabemos que um fio esmaltado com inúmeras voltas acaba se tornando um
resistor muito forte devido basicamente a sua espessura e o comprimento total
do fio. Para este caso, o resistor é ôhmico, logo obedece a lei de Ohm. Com os
valores da tabela e a lei de ohm, é possível achar a corrente elétrica recebida.
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Utilizando a lei de Biot-Savart para o solenoide, além de saber a quantidade
de voltas dadas no fio, é possível determinar seu campo.
Materiais Utilizados: Paquímetro
Procedimentos:
1) Determine o diâmetro do solenoide com o auxílio do paquímetro. Com o
diâmetro e sabendo a quantidade de voltas dadas, podemos determinar a
comprimento total do fio a partir da expressão
𝐿 = 𝑁 ∙ 𝜋 ∙ 𝐷 (I)
Onde “L” é o comprimento do fio; “N” é o número de voltas dadas e “D”
é o diâmetro do solenoide. 2) Consulte a tabela descrita no Anexo III. Observe que a resistência está
descrita a cada quilômetro, ou seja, a cada 1000 m. Para saber a resistência
basta calcular o comprimento encontrado na expressão “I” em metros,
multiplicar pela resistência descrita na tabela e dividir por 1000. Esta
expressão é um resultado da regra de três e vamos definir como:
𝑅 =𝐿∙𝑟
1000 (II)
Onde “R” é a resistência do solenoide; “r” é a resistência encontrada na tabela
AWG.
3) Possuindo a resistência, vamos determinar a corrente elétrica pela lei de ohm.
Se ajustarmos a lei de ohm para obtermos a corrente, teremos a seguinte
expressão:
𝑖 =𝑈
𝑅 (III)
Onde “i” é a corrente elétrica em ampere; “U” é a tensão elétrica em volts e
“R” é a resistência elétrica em ohms.
4) Calculada a corrente, finalizamos os cálculos com a lei de Biot-Savart para
solenoide, definida como:
= 𝑁 ∙ 𝜇0 ∙𝑖
𝐿 (IV)
Onde “B” é o campo magnético em Tesla; “𝜇0” é a permeabilidade
magnética no vácuo cujo valor é 4𝜋 ∙ 10−7 𝑇∙𝑚
𝐴; “i” é a corrente elétrica
em ampere e “L” é o comprimento do fio calculado na expressão (I),
definido em metros.
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Experimento: Mini Gerador de Tesla
Objetivo: Mostrar o funcionamento das ondas eletromagnéticas e das
lâmpadas fluorescentes. Construir um gerador de corrente alternada.
Materiais Necessários: 8 a 10 cm de cano de PVC de 20 mm; fio de cobre
esmaltado AWG 26 a 28; resistor de 2,2 K ohms de 2 watts de potência; fio
encapado de 2,5 mm; transistor 2N2222; conexão de pilha de 9 Volts; pilha de
9 Volts; cola quente; fita isolante; fita adesiva; isopor; papel alumínio; bola de
isopor; lâmpada fluorescente; Pasta Térmica para computadores.
Neste experimento é preciso fazer muitas soldas para manter tudo
funcionando corretamente. Lembre-se de não utilizar solda demais para não
ter uma condutividade boa.
Procedimentos:
1) Enrole o fio de cobre esmaltado no cano PVC. Use a fita adesiva para prender
a ponta e deixe fio de sobra para fazer as conexões. Ao terminar de enrolar,
prenda o final com fita adesiva e deixe uma sobra no fio. Passe fita isolante
ao redor do fio nas extremidades para garantir que o fio não saia do lugar.
2) Passe cola quente na base do cano e cole na sua base de isopor.
3) Com a “barriga” do transistor para baixo, solde o resistor na ponta do meio do
transistor.
4) Remova o esmalte do fio de cobre e solde a ponta da bobina no resistor.
5) Abra as outras duas pernas do transistor fazendo um ângulo de 90º. Com o fio
encapado solte uma ponta na perna direita do transistor, dê duas voltas ao
redor da bobina e solde a outra ponta no outro lado do resistor.
6) Solde a parte positiva da conexão da pilha no resistor do mesmo lado qu está
soldado o fio encapado.
7) Solde o lado esquerdo do transistor no polo negativo da pilha.
8) Aplique cola quente em diversas posições dos fios para que fique apoio na base
de isopor.
9) Remova o verniz da outra ponta da bobina e passe solda afim de dar maior
condutividade nessa ponta.
10) Enrole papel alumínio na bola de isopor e cole com cola quente na base da
bobina. Use cola quente e fita adesiva para fixar a ponta da bobina na bola
com papel alumínio.
11) Passe pasta térmica ao redor da parte preta do transistor. Esse transistor irá
aquecer muito então é importante tomar bastante cuidado e não passar muita
pasta térmica. A pasta servirá para não queimar o transistor e diminuir o
aquecimento do mesmo.
12) Ligue a pilha e aproxime lâmpada fluorescente. Observe o fenômeno.
13) Explicando: Ao ligar o gerador são produzidas ondas eletromagnéticas que
excitam os elétrons do vapor de mercúrio a baixa pressão presente na
lâmpada fluorescente. Por ser de baixa pressão, os elétrons são “expelidos”
batendo nas paredes da lâmpada. Nessas paredes encontra-se um pó branco
feito de fósforo que absorve esses elétrons liberando luz.
20
Experimento: Transformador
Figura 13- Experimento para gerar uma tensão alternada através do ritmo de ligar/desliga de um
interruptor. Colocando outro solenoide ao lado, podemos visualizar a geração de tensão contínua como
um transformador qualquer.
Objetivo: Mostrar o funcionamento de um transformador a partir de corrente
alternada ou criando uma oscilação manual.
Material Necessário: Dois solenoides, um com 300 espiras e outro com 30
espiras; isopor, duas conexões de pilha 9 volts; pilha de 9 volts; interruptor
para lâmpada; cola quente ou fita adesiva; abraçadeiras de nylon; multímetro
Procedimentos:
1) O processo utilizado na montagem é o mesmo para as experiências do
solenoide e do eletroímã, com a ressalva de prender os solenoides um de frente
ao outro, bem próximos. Pode-se aproveitar a experiência tanto do eletroímã
quando do solenoide para a montagem deste experimento.
2) Para o transformador utilizando corrente alternada, conecte uma ponta do
solenoide de 300 espiras no globo do gerador de Tesla e outra ponta na parte
negativa da pilha de 9 Volts. Se precisar use fita adesiva para prender os
polos.
3) Conecte o solenoide de 30 espiras no multímetro. Observe a geração de tensão
elétrica neste solenoide.
4) A partir deste item iremos gerar a tensão alternada manualmente. Em
primeiro lugar temos que confeccionar uma extensão com interruptor para
acoplarmos na base já construída.
5) Com o interruptor da lâmpada, conecte as duas conexões de pilha 9 volts, um
em cada lado. Note que ao encaixar uma conexão em outra, os polos se
invertem, tendo o polo negativo se encaixando com o polo positivo. Com a
inversão dos polos, dispositivos como transistores que são polarizados não
irão funcionar, além de inverter a passagem de corrente elétrica. Para
solucionar o problema, conecte o lado positivo com o lado negativo na
campainha, o que fará este lado virar o fase. Agora conecte o lado negativo ao
lado positivo interruptor para este se tornar o neutro.
21
6) Em uma das conexões encaixe a pilha de 9 volts e no outro lado será encaixado
na conexão localizada na base do isopor.
7) Para criar uma tensão alternada e observar o transformador funcionando,
utilize um metrônomo para dar ritmo ao aperto da campainha e assim termos
uma frequência controlada. No experimento teste, foi utilizado um applet
para android chamado “Metronome Beats”. Configure o applet apertando em
“beats per bar” para duas batidas apenas. Assim no primeiro som devemos
apertar o interruptor e na segunda batida, devemos soltar.
8) Configure as “BPM” ou batidas por minuto na rolagem no centro do applet.
Como são batidas por minuto, devemos dividir por 60 para obtermos uma
frequência em hertz.
9) Da mesma forma que utilizada em tensão alternada, o conector criado deve ir
no solenoide de 300 espiras e o outro deve estar conectado a um multímetro.
Observe o resultado encontrado.
Experimento: Gerador de Energia Elétrica
Figura 14- Gerador de energia elétrica.
Objetivo: Mostrar o funcionamento básico das usinas geradoras de energia.
Materiais Necessários: Tampa de garrafa pet; colheres plásticas; barra rosqueada
3/16; três porcas 3/16; pasta de solda; ferro de solda; solda de estenho; ímã;
abraçadeiras; Secador de cabelos ou água corrente; canos PVC de 20 mm; isopor; cola
quente; solenoide; multímetro; serrinha; tesoura.
Procedimentos:
1) Faça cortes com a serrinha, procurando sempre ficar na mesma distância, na
lateral da tampa. Servirá como encaixe das colheres.
2) Corte no tamanho desejado as colheres e encaixe nos cortes da tampa. A
altura utilizada para as colheres foi de 1,5 cm. Ao cortar com a tesoura as
colheres, note que ela irá quebrar nas laterais, isso não é um problema pois
auxilia na remoção dessas laterais e ajuda a encaixa melhor na tampa.
22
3) Procure alinhar todas as colheres antes de colar e verifique se existe alguma
sobra da colher que ficou próxima do centro, se existir remova a colher e corte
um pedaço. Passe cola quente ao redor e dê um ponto na parte de baixo.
Figura 15-Hélice feita de colheres de plástico e tampa de garrafa pet. Visão frontal e traseira da
hélice.
4) Com o Ferro de solda quente, faça um furo no centro da tampa para passar a
barra rosqueada.
5) Agora vamos montar a base. Com a base de isopor veja a melhor posição dos
canos, qual será a altura desejada para os canos e qual o tamanho da barra
que ficará encaixada.
6) Com o ferro de solda quente, faça furos nos canos de PVC de uma ponta a
outra. No cano da frente prefira fazer um buraco maior ou até mesmo um
corte em forma de “U” para não ter problemas ao alinhar a barra. Corte os
canos no tamanho desejado. No cano que ficará no fundo, faça mais dois furos
em sua base para passarmos abraçadeiras nelas.
7) Apoie o cano do fundo na base e fure o isopor dos dois lados para passarmos
as abraçadeiras. Prenda o cano.
Figura 16- Colocação das abraçadeiras no isopor e reforçando a fixação do cano com cola quente.
8) Passe cola quente nos dois canos. Encaixe a barra rosqueada no canos.
Encaixe uma rosca na parte de trás do cano do fundo.
23
Figura 17- Fixação da barra de rosca na cano traseiro. Colocar solda na parte da frente do cano e
colocar uma porca na parte final do cano.
9) A frente do cano do fundo, passe pasta para solda e aplique uma solda de
modo que essa solda não permita a passagem do cano. Lembre-se de deixar
uma folga para a barra girar ou folgue mais a porca.
10) Na ponta onde ficará a hélice, coloque uma porca para limitar onde a hélice
ficará. Encaixe a hélice e coloque a segunda porca de maneira não sobre
nenhum pedaço da barra para o lado de fora. Se preciso, regule a porca de
trás da hélice para ter um melhor resultado.
11) Encaixe o ímã na porca. O ímã utilizado neste experimento foi um bloco de
neodímio de 30mm x 30 mm x 15mm de força aproximada de 34,5 Kg. Se
necessário aplique cola quente na borda da porca e prenda o ímã novamente.
Lembre-se que quanto mais forte for o ímã, maior será a tensão gerada.
12) Ligue o secador de cabelos para as pás da hélice e aproxime um solenoide com
suas pontas ligadas no multímetro. Observe no multímetro os resultados
obtidos.
24
Anexo I
Conceitos Básicos Sobre a Eletricidade
Neste capítulo em especial, vamos introduzir conceitos iniciais e necessários
para se entender as leis e teorias a respeito do magnetismo. Tentarei estar
sempre conversando com você para que a leitura fique mais fácil e
compreensiva. Faça uma leitura antes da aula pois permitirá uma melhor
compreensão do assunto. E não esqueça de tirar suas dúvidas, ok? Vamos
começar!
Vamos Entender o que é Um Campo Elétrico
Vamos começar pela teoria de atração e repulsão
das cargas elétricas. Essa teoria você já está
careca de saber, mas vamos relembrar. Sabemos
que cargas elétricas com mesmo sinal de carga
naturalmente se repelem; cargas elétricas com
sinais contrários naturalmente irão se atrair.
Lembra da história os opostos se atraem? Taí a
origem. O mesmo ocorre entre ímãs. Brincando
com ímãs você já percebeu que mesmo a uma
certa distância um acaba percebendo a
existência do outro? Pois é eis que surge uma
força que puxa um outro ímã ou metal para um
ímã em sua mão. Essa percepção que ocorre em
ímãs e cargas elétricas faz surgir uma força
aplicada a distância.
No nosso dia a dia não é comum visualizarmos
uma força sendo gerada em outro corpo a
distância, gerando uma movimentação do corpo.
Sempre que queremos pegar um celular temos que entrar em contato para
que possamos aplicar a força de trazer o celular conosco. Mas a força não surge
do nada, alguém tem que criar uma força para que objetos possam se mover.
Esse criador de força a distância damos ao nome de campo elétrico.
Para um campo elétrico, com
mudança da distância, do sentido e de sua direção o campo elétrico modifica
as características.
Figura 18- A atração é muito
comum em nossas vidas como
o caso de relacionamentos
amorosos. Quando um
percebeu o outro? Imagem
retirada do site
http://my.fakingnews.firstpo
st.com/india/god-introduces-
law-of-attraction-to-help-
people-in-love-5924 no dia
02/05/2017 às 9h19.
Figura 19-A força elétrica gerada entre corpos de mesma carga e de cargas opostas. Essa força surge
com a presença de um campo elétrico. Imagem retirada do site http://www.eletronpi.com.br/ce-020-
campo-eletrico.aspx em 02/05/2017 às 9h12.
25
Vamos resumir? Campo elétrico é um campo vetorial, gerado por uma carga
elétrica fazendo surgir uma força do tipo elétrica, a distância, atuando em
outras cargas elétricas chamadas cargas de prova.
Agora você pode pensar... uma carga elétrica que gera um campo elétrico, pode
gerar força em si própria? A resposta é não. Uma força para promover uma
movimentação deve ser aplicada em outro corpo, ou você já conseguiu joga-se
para cima pegando pelo cinto e se auto arremessando?
Matematicamente podemos definir campo elétrico como:
EqF
q
FE
Onde a unidade do campo elétrico no sistema internacional é Newtons por
Coulomb (N/C).
Figura 20- Linhas do campo elétrico mostram as regiões onde o campo elétrico atua. Onde existe maior
concentração de linhas, o campo elétrico é maior. Imagem retirada do site
http://ensinoadistancia.pro.br/ead/Eletromagnetismo/LinhasDeForca/LinhasDeForca.html em
02/05/2017 às 23h05.
Por conta das propriedades vetoriais desta equação, se a carga for positiva, o
campo tem o mesmo sentido que a força aplicada. Porém se a carga for
negativa, o campo terá sentido contrário a força aplicada.
(Campo elétrico = força por unidade de carga)
A força elétrica sobre um corpo carregado é exercida pelo campo elétrico
produzido por outros corpos carregados.
26
Figura 21-Campo elétrico vetorial. Se a carga de prova "q" for positiva, a força tem o mesmo sentido
que o campo. Se a carga "q" for negativa, a força tem sentido contrário ao campo.
Trabalho de uma Força Elétrica e Potencial elétrico
Já aconteceu com você, do carro em
que se encontra ficar atolado? Que
tristeza hein? A maneira mais
simples de resolver esse problema é o
uso da velha força bruta! Saiba que a
aplicação da(s) forças aplicadas no
carro promovendo um deslocamento
do veículo é o que chamamos na
Física de trabalho de uma força.
Agora pensemos nas nossas queridas
cargas elétricas. Sabemos que cargas elétricas são capazes de gerar campos
elétricos e que qualquer carga que esteja na região de atuação desse campo,
terá ação de uma força elétrica de atração ou repulsão de acordo com os sinais
das cargas. Muito bem! E se essa força ou conjunto de forças elétricas forem
responsáveis pela movimentação ou melhor pelo deslocamento dessas cargas?
Teremos um trabalho realizado nesta carga por uma força elétrica! Até aí tudo
tranquilo?
Vamos retornar ao exemplo do carro atolado. Para que possamos aplicar a
força no carro atolado precisamos ter energia não é isso? Para desempenhar
qualquer atividade temos que ter energia que extraímos na queima dos
alimentos. Assim para que se aplique uma força para promover o
deslocamento do um objeto, temos que ter energia, que para as cargas
elétricas denominamos energia potencial elétrica.
Energia potencial é definida como a energia armazenada ou acumulada. A
energia potencial está diretamente associada a posição, com o passar da
posição.
Então, a energia potencial elétrica promove um pontapé inicial para a
movimentação de cargas elétricas, mas se houver uma diferença de potenciais.
Mas o que é um potencial? Calma! Potencial nada mais é do que uma grandeza
que mostra a relação da energia potencial elétrica por unidade de carga.
Assim, cada região a depender da distância, possuirá cargas que apresentam
valores iguais de potencial elétrico. Essas regiões são conhecidas como
superfícies equipotenciais.
Figura 22- Trabalho realizado por um grupo de
amigos. A Soma vetorial de todas as forças (força
resultante) gera um deslocamento do carro.
Imagem adaptada e retirada do site
http://profantoniocarneiro.webnode.com.br/fis
ica/ em 02/05/2017 às 23h08.
27
Figura 23- regiões onde o potencial é o mesmo denominamos superfícies equipotenciais. Potencial é a
energia potencial por valor de carga. Imagem retirada do site
http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/05/cursos-do-blog-eletricidade.html em
0205/2017 às 23h16.
Para você entender melhor vamos pensar no seguinte. Imagine que exista
dinheiro que você está administrando, para ser divido em seu grupo de
amigos. Os amigos mais próximos irão receber um valor maior; os mais
afastados um valor menor. Além do distanciamento que afeta o recebimento
de dinheiro, o dinheiro será definido pelo tempo de relacionamento com você.
Com base nessa ideia, podemos dizer que a energia potencial é o dinheiro a
ser divido no grupo de amigos (dinheiro acumulado naquela região). Quanto
mais afastado estão as cargas, menor será a energia potencial (quanto mais
afastado está seu amigo menor será o dinheiro recebido). O potencial seria o
valor correspondente ao valor do dinheiro dividido pelos anos de amizade
(para as cargas seria a energia potencial dividida pelo valor da carga). Assim
pessoas que estão no mesmo grupo de amigos e que possuem os mesmos anos
de amizade possuem o mesmo potencial. Então estas pessoas estão em
superfícies equipotenciais.
Figura 24- Imagem que resume a analogia entre os elementos da energia potencial e potencial elétrico.
28
Corrente Elétrica
Corrente elétrica é a movimentação ordenada de cargas elétricas
(normalmente elétrons) de uma região para outra. Se essa corrente percorrer
uma trajetória fechada, teremos um circuito elétrico. No circuito elétrico estão
ligados vários dispositivos elétricos como aparelhos eletrônicos, como a rede
elétrica da sua casa. Para cada dispositivo eletrônico funcionar, os elétrons
devem percorrer uma trajetória em circuito dentro deste aparelho. E os
elétrons entram simplesmente no circuito de maneira ordenada? Não.
Devemos dar um “empurrãozinho” para que esses elétrons saiam do seu
caminho na rede elétrica e entrem em sua televisão, é através da tensão
elétrica ou mais conhecida como diferença de potenciais.
A tensão elétrica é capaz de levar a corrente elétrica para os dispositivos
elétricos. Então cada aparelho elétrico requer uma tensão. Isso faz com que
tenha que existir uma fonte de energia potencial para que cada aparelho
tenha a sua tensão e assim empurre uma corrente elétrica para fornecer
energia alimentar o dispositivo. Daí a função das pilhas e dos postes que
cedem energia para os dispositivos funcionarem.
Até tudo bem. Mas você pode ter se perguntado, como esses elétrons se
alinham e de onde surgem os elétrons da corrente elétrica? Bem os elétrons
já estão lá no metal. Sabemos que os metais possuem uma grande quantidade
de elétricos que vagam soltos sem rumo dentro do metal. A organização surge
quando os elétrons são mergulhados em um campo elétrico que cria uma força
elétrica, que nos leva a uma movimentação ordenada das cargas no sentido
da força.
Potência Elétrica
Potência é uma grandeza que nos diz quanto tempo levou para se realizar um
trabalho. Vamos ver o exemplo: ligue seu aparelho de som na tomada. Na
tomada temos convencionalmente uma tensão de 127 V que empurra os
elétrons em uma corrente elétrica transportando energia potencial elétrica
para dentro do som. O som por sua vez irá converter a energia potencial
elétrica em energia sonora. O tempo que levar o aparelho de som para realizar
essa conversão, teremos a potência do aparelho de som. Logicamente quanto
menos tempo para realizar essa conversão, maior será a potência do aparelho
de som.
Mas a potência possui uma importância fundamental para os dispositivos
elétricos. A potência elétrica está intimamente ligada a tensão e a corrente
elétrica. Se a potência da rede elétrica é baixa, cada vez que um aparelho
eletrônico estiver ligado na tomada, a corrente será cada vez menor para os
demais parelhos.
Isso vemos bem quando ligamos um chuveiro elétrico. Chuveiros elétricos
possuem uma alta potência pois precisam rapidamente converter energia
elétrica em calor para aquecer a água. Se você recordar dos seus estudos de
calor, sabemos que a água demora muito para aumentar sua temperatura,
logo precisamos de muitos elétrons que transmitam a energia elétrica para
gerar calor, logo é necessária uma corrente elétrica alta. Como a potência da
29
casa é a mesma fornecida pela rede energética, a corrente elétrica que irá
aparecer nos demais aparelhos elétricos será menor. Daí vemos as lâmpadas
diminuírem o seu brilho, quando o chuveiro elétrico é ligado.
Tudo bem até aqui? Vejamos agora como representamos a potência elétrica
matematicamente
UiP
A potência é expressa em unidades denominada Watts (W).
Resistência Elétrica
Por fim vamos completar o nosso mini curso sobre eletricidade, a resistência
elétrica. Vamos a um exemplo prático para chegarmos a uma definição de
resistência elétrica.
Se uma amigo seu te oferecer um chocolate? Difícil de resistir a vontade de
comer aquele tablete de chocolate que gosta. Ou seja, comer um chocolate pra
você não é nenhum sacrifício então você tem baixa resistência a chocolate.
Agora vamos comer jiló? O gosto do jiló é muito amargo e não é muito bom
(apesar de existirem pessoas que adoram isso). Então para você não é
agradável comer o jiló, logo você possui uma alta resistência a ele.
Resistência elétrica é a dificuldade que uma corrente elétrica tem ao entrar
em um sistema. Essa dificuldade depende de vários fatores como, o
comprimento do fio, sua espessura, do tipo de material que a corrente elétrica
está passando, da temperatura, entre outros.
Figura 25- Este desenho mostra a relação entre tensão, corrente e resistência elétrica. A tensão empurra
os elétrons para o circuito, a corrente entra no sistema, porém em locais de maior resistência, a corrente
apresenta dificuldades em passar. Imagem disponível em
https://engineersforfuture.wordpress.com/2017/01/30/ohms- no dia 02/05/2017 às 9h10.
Lembra que a corrente elétrica transporta energia elétrica? Se existe uma
dificuldade de movimentar os elétrons no circuito, logo existirá uma perda de
energia por parte da corrente elétrica, e essa energia acaba se tornando calor.
Daí uma definição para um resistor como um dispositivo que transforma
energia elétrica em calor por conta deste dificultar a passagem da corrente
elétrica. Então você sacou o que existe num chuveiro elétrico? Isso, existem
resistores dentro do chuveiro.
A resistência elétrica possui seus pontos positivos e negativos. O uso de
resistores é importante, pois dificultando a passagem de corrente elétrica,
podemos controlar a amperagem que passa em certos componentes
30
eletrônicos já que alguns são extremamente sensíveis. O ponto negativo é que
sempre iremos ter que considerar a resistência do circuito elétrico que
estamos trabalhando. Pois a depender do aparelho a corrente presente no
circuito pode não ser suficiente para alimentar o dispositivo gerando um alto
aquecimento e danificando o aparelho. Para que isso não ocorra, devemos
calcular a resistência elétrica.
Matematicamente a resistência elétrica é determinada pela lei de Ohm
iRU i
UR
Com a lei de Ohm sabemos que a resistência elétrica é a relação entre a tensão
elétrica disponível e a corrente elétrica que chega no circuito. Em homenagem
a lei de Ohm, a unidade da resistência elétrica é o Ohms (Ω).
Importante falar que existem sistemas elétricos que não obedecem a lei de
Ohm, estes são chamados de resistores não-ôhmicos.
31
Anexo II
Tabela AWG
A tabela AWG, sigla inglesa para “American Wire Gauge” é um padrão de
normatização do tamanho das bitolas dos fios elétricos.
Abaixo está a numeração para o padrão AWG desde a numeração 11 a 35,
com sua espessura, amperagem máxima suportada e sua resistência
elétrica.
Padrão AWG
Numeração Diâmetro
(mm)
Máx.
Amperagem
(A)
Ohms/Km
11 2,30 12 4,07
12 2,05 9,5 5,13
13 1,83 7,5 6,49
14 1,63 6,0 8,17
15 1,45 4,8 10,3
16 1,29 3,7 12,9
17 1,15 3,2 16,34
18 1,024 2,5 20,73
19 0,912 2,0 26,15
20 0,812 1,6 32,69
21 0,723 1,2 41,46
22 0,644 0,92 51,5
23 0,573 0,73 56,4
24 0,511 0,58 85,0
25 0,455 0,46 106,2
26 0,405 0,37 130,7
27 0,361 0,29 170,0
28 0,321 0,23 212,5
29 0,286 0,18 265,6
30 0,255 0,15 333,3
31 0,226 0,11 425,0
32 0,203 0,09 531,2
33 0,18 0,072 669,3
34 0,16 0,057 845,8
35 0,142 0,045 1069,0
Fonte: http://www.tecnicenter.org/apostilhas-dicas-e-tutoriais-de-interesse/tabela-de-codigos-de-fios-esmaltados-
de-mm-para-awg/. Acessado em 22 de janeiro de 2017 às 10h45.
32
Anexo III
Configurar Celular Android para Gerar Tela no
Computador
Este procedimento deve funcionar para a maioria dos celulares android. Com este
processo irá surgir uma nova opção para o seu celular denominada programador.
Não se preocupe com este procedimento pois é previsto pelos desenvolvedores do
sistema android para novos criadores de aplicativos possam testar seus programas
através de um computador, ou seja, não causará danos ao seu celular.
Materiais Necessários: Cabo usb para celular; Smartphone; Navegador Google
Chrome.
Procedimentos:
No computador:
1) Abra o Google Chrome e entre na opção “configurações”.
Figura 26- Visão do Google Chrome na opção configurações.
2) Clique na opção “extensões” e desça a tela até a opção “obter mais extensões”
3) Pesquise na barra localizada na parte superior esquerda da tela pela extensão
“vysor”. Clique para instalar a extensão.
33
Figura 27- Tela do Chrome aplicativos para extensão vysor.
No celular:
4) Entre nas configurações do seu celular e desça até a opção “sobre o
dispositivo”.
5) Abrirá o status o telefone. Desça até a opção “número de versão”. Aperte esta
opção entre sete ou oito vezes. Irá sempre aparecer o número de tentativas
realizadas. Após esse processo, irá aparecer uma mensagem que foi habilitada
a opção do programador. Esta mensagem pode variar de acordo com a marca
do celular.
6) Volte para a tela de configurações e entre na opção “programador”. Desça a
tela até a opção “depuração” e habilite a “depuração usb”.
Figura 28- Visão do celular para configuração reprodução de tela.
7) Instale no seu celular através do “gloogleplay” o aplicativo do vysor.
8) Conecte o celular ao computador pelo cabo usb. Irá aparecer uma opção de
como deve acontecer este compartilhamento, na barra de rolagem superior.
Coloque a opção para “transferir fotos (php)”. Automaticamente o aplicativo
“vysor” irá abrir na tela do computador.
34
Figura 29-Visão da tela pelo aplicativo "vysor" na tela do computador, reproduzindo tela do
celular. Aberto applet “Física na escola”.
9) Agora podemos utilizar tanto o celular para navegar ou até mesmo o mouse e
teclado do computador. Se fechar a janela do “vysor”, você precisará repetir o
passo “7”.
35
Referências Bibliográficas
R. Resnick, D. Halliday, e J. Merrill, Fundamentos de Física, vol. 3, 8a ed., LTC
(2009).
R. A. Serway e J. W. Jewett Jr., Princípios de Física, vol.
3, Cengage Learning (2004).
BARRETO, Benigno. XAVIER, Cláudio. Física Aula por Aula vol. 3. Editora FTD,
2ª Edição, São Paulo, 2013.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/magnetismo.htm, acessado em 20 de
novembro de 2016 às 20h.
http://www.coladaweb.com/fisica/fisica-geral/magnetismo, acessado em 20 de
novembro de 2016 às 20h.
https://pt.wikipedia.org/wiki/William_Gilbert, acessado em 20 de novembro de
2016 às, 20h35.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Terrella, acessado em 20 de novembro de 2016, às
20h35.
http://www.mast.br/multimidia_instrumentos/bussola_historico.html, acessado
em 2 de novembro de 2016, às 21h12.
http://origemdascoisas.com/a-origem-da-bussola/, acessado em 21 de novembro
de 2016 às, 21h15.
http://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/a-invencao-da-bussola-e-sua-
importancia-para-humanidade.html, acessado em 21 de novembro de 2016 às,
21h18.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/linhas-campo.htm, acessado em 21
de novembro de 2106, às 21h41.
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/campo_magnetico/linha_forca/,
acessado em 21 de novembro de 2016 às 21h43.
