A energia nossa de cada dia: de onde ela vem e para onde vamos com ela

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1 A energia nossa de cada dia: de onde ela vem e para onde vamos com ela Tesla, o mestre dos raios PROFESSORES Felipe Damásio Física Maurício Dalpiaz Melo Geografia

2 Sinopse do Programa Nikola Tesla foi o físico visionário que no final do século XIX ousou pensar diferente e revolucionou a maneira como a energia elétrica era produzida e distribuída. Foi a partir da biografia de Tesla que os professores Felipe Damásio (Física) e Maurício Dalpiaz (Geografia) do Instituto Federal de Santa Catarina, campus Araranguá, desenvolveram um trabalho interdisciplinar onde os alunos pesquisam as diferentes formas de gerar energia, analisam seus impactos socioambientais e propõem matrizes energéticas para países aparentemente fictícios. Foi com esse projeto que os professores participaram da campanha Minha ideia dá um Sala e foram selecionados para participar do programa Sala de Professor Especial. Apresentação Um dos grandes focos do documentário é a geração de energia elétrica e a busca de Tesla por uma fonte inesgotável deste tipo de energia, ótima oportunidade para o professor de Física desenvolver seus conteúdos em parceria com o de Geografia. O professor de Física poderá abordar a produção da energia elétrica, enquanto o de Geografia, os impactos ambientais causados pela implantação das usinas geradoras de energia, com um olhar para a matriz energética do Brasil.

3 Um olhar para o documentário a partir da física O documentário relata a vida e a obra de uma das maiores personalidades da ciência nos últimos 200 anos, Nikola Tesla. Ele traz desde o seu nascimento na Europa eslava, até a sua vida nos Estados Unidos, passando pela sua fascinação precoce pela eletricidade, contribuições relevantes para esta área. Seu nome foi, inclusive, usado para batizar a unidade de campo magnético. Um dos grandes focos do documentário é a geração de energia elétrica e a busca de Tesla por uma fonte inesgotável deste tipo de energia. Outro ponto bastante explorado no filme é o fascínio de Tesla pelas cataratas do Niágara e como suas águas poderiam gerar energia elétrica, o que é realizado atualmente pelas usinas hidrelétricas. Sugerimos que a atividade seja iniciada com a construção de um motor elétrico (os materiais e o passo a passo também estão disponíveis em: portaldoprofessor.mec.gov.br/fichatecnica.html?id=19588). materiais Motor Elétrico Simples ) Uma pilha de 1.5V; 2) um imã circular pequeno; 3) um parafuso; 4) um fio elétrico com cerca de 10cm; 5) fita isolante. montagem Nikola Tesla ( ). O professor de Física poderá utilizar o documentário como ponto de partida para a discussão e desenvolvimento de conteúdos como energia elétrica e indução eletromagnética. Propomos uma sequência de atividades que podem ser realizadas com alunos do 3 ano do Ensino Médio, pois é com estes alunos que o tema da eletricidade e magnetismo é tradicionalmentte trabalhado. No entanto, cabe ao professor avaliar se tais atividades podem ser adequadas a alunos mais jovens. 1. Com a fita isolante, prenda uma extremidade do fio ao pólo negativo da pilha; 2. Coloque a cabeça do parafuso sobre o imã; 3. Com o pólo positivo da pilha para baixo, toque a parte superior do parafuso, que fica unido à pilha; 4. Lenvate tudo da superfície e encoste a outra extremidade do fio no imã. O parafuso deve começar a girar. explicação Ao tocar o imã com o fio o circuito elétrico é fechado. A corrente elétrica segue o caminho: pólo positivo da pilha, parafuso, imã, filo e pólo negativo da pilha. A corrente que circula pelo imã, o parafudo para o fio experimenta uma força magnética perpendicular a direção da corrente que e faz com que o conjunto parafuso-imã gire. sala de professor tesla, o mestre dos raios 3

4 Em um segundo momento, propõe-se discutir a geração de energia elétrica pela indução eletromagnética por meio de um experimento que demonstre a variação do campo magnético para criar a corrente elétrica. Os materiais utilizados para esse experimento são simples e toda sua discussão está detalhada em: <portaldoprofessor. mec.gov.br/fichatecnica.html?id=17560>. montagem Experimento de Oersted materiais Imã Fio elétrico desencapado Fio elétrico paralelo encapado (cerca de 1m) bússola 1. Faça duas bobinas enrolando o fio desencapado em dois dedos; 2. Ligue cada extremidade do fio paralelo a uma das bobinas; 3. Coloque a bússola dentro de uma das bobinas; 4. Na outra bobina, movimento o imã para cima e para baixo. O movimento vai gerar um campo magnético e criar uma corrente de energia induzida que vai percorrer o fio e interagir com a bússola na outra extremidade. Em um terceiro momento, sugerimos que seja dada a explicação do funcionamento das usinas térmicas (como termelétricas e termonucleares) pela construção de uma máquina térmica com materiais simples. usina termelétrica usina termonuclear Eletricidade Eletricidade Turbina Gerador Turbina Gerador A queima de carvão, diesel ou gás gera energia térmica (calor). A água da caldeira é aquecida e gera vapor. O vapor pressurisado gira a turbina que move o gerador e produz energia elétrica. A fissão dos núcleos de urânio no reator gera energia térmica (calor). A água da caldeira é aquecida e gera vapor. O vapor pressurisado gira a turbina que move o gerador e produz energia elétrica. A partir dos experimentos, toda a exposição dos conceitos envolvidos para a explicação da geração e distribuição de energia elétrica é realizada. Para tanto, recomendamos que se utilize o princípio da diferenciação progressiva de Ausubel, ou seja, comece com os conceitos mais gerais e só então explique os mais específicos (Moreira, 1999). 4 tesla, o mestre dos raios sala de professor

5 Para se discorrer sobre a unificação da eletricidade com o magnetismo, sugerimos a explicação do experimento clássico de Oersted, de Neste experimento fica claro que é possível gerar magnetismo (campo magnético capaz de girar um ímã) a partir de eletricidade (corrente elétrica). A seguir, sugerimos a discussão de como, em 1831, Faraday mostrou que é possível induzir uma corrente elétrica a partir de um campo magnético (Lei de Indução de Faraday). Uma plataforma acessível e muito útil para explorar estes conceitos é a chamada Faraday, eis o cara!, que conta com animações, explicações teóricas e contextualização histórica. O material está disponível no endereço <portaldoprofessor.mec.gov.br/fichatecnica.html?id=25545>. Outro ponto a ser abordado trata do papel da indução eletromagnética para a geração da energia elétrica pelas usinas hidrelétricas, termelétricas, termonucleares e eólicas. Para isso, sugerimos a discussão sobre o funcionamento de uma usina hidrelétrica, que pode ser realizada pela construção de maquetes ou por simulações que podem ser encontradas na internet: <objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/ handle/mec/14895/hidreletrica.swf?sequence=1>. usina hidrelétrica Água represada Gerador Água desce com Turbina força da gravidade. Água gira turbina que move gerador e produz energia elétrica. Eletricidade Para encerrar o assunto, propomos a discussão de formas alternativas para obtenção de energia elétrica sem utilização de indução eletromagnética, como é o caso da energia solar. O processo de produção desse tipo de energia se dá por placas solares para aquecer água ou para gerar eletricidade. MATERIAL Computador com acesso à internet. ETAPAS Exibição do documentário; Realização dos experimentos sugeridos; Discussão dos resultados dos experimentos; Exposição teórica. veja mais Experimento de Oersted. Disponível em: <portaldoprofessor.mec.gov.br/fichatecnica.html?id=36730>; Coletor solar térmico. Disponível em: <portaldoprofessor.mec.gov.br/fichatecnica.html?id=24122>; Painel solar fotovoltaico: <portaldoprofessor.mec. gov.br/fichatecnica.html?id=24123>. sala de professor tesla, o mestre dos raios 5

6 Um olhar para o documentário a partir da geografia As aulas de Geografia estão ligadas aos conteúdos discutidos nas aulas de Física. Ao mesmo tempo em que ocorre a discussão dos assuntos do documentário nas aulas de Física, ocorrerá uma análise dos impactos ambientais de cada um dos tipos de geração de energia nas aulas de Geografia. Toda a abordagem do professor de Geografia deverá ser feita de maneira imparcial, sem defender ou criticar uma forma de geração em especial. Para iniciar a proposta, sugerimos o estabelecimento da relação entre geração de energia elétrica e aquecimento global. Para tanto, o professor poderá desenvolver conteúdos como: efeito estufa, combustíveis fósseis e recursos renováveis. Após breve explanação sobre essa relação, o professor poderá discutir as vantangens e desvantagens de cada uma das opções de geração de energia elétrica utilizadas na aula de Física. usinas hidrelétricas usinas termelétricas vantagens desvantagens vantagens desvantagens Alta eficiência (cerca de 95%). Elevado valor de transmissão até os centros urbanos. Ocupação de área relativamente pequena. Alto preço do combustível. Custo nulo de combustível. Produção energética elevada garantida pela grande quantidade de rios presentes no Brasil. Emissão de metano. Grande impacto socioambiental devido às inundações geradas pela construção das barragens. Pequeno custo de transmissão. Não dependência de fatores climáticos. Poluição do ar. Emissão de gases estufa. Vale lembrar que os rios de planalto são mais aptos à produção de energia por hidrelétricas, bem como climas úmidos favorecem a formação de rios perenes. Ressalte que a disponibilidade e o tamanho das reservas de combustiveis fósseis é primordial para definir a viabilidade de investimento nessa matriz energética. usinas eólicas usinas solar vantagens desvantagens vantagens desvantagens Fonte inesgotável de energia. Instalação em locais isolados. Não poluição do ar. Necessitadade de vento forte. Produção de poluição visual e sonora. Interferência nos hábitos de pássaros migratórios. A frequência dos ventos é um dado primordial que precisará ser analisado, definindo a viabilidade nos investimentos em energia eólica. Produção de energia limpa. Instalação das placas de captação em locais isolados. Manuntenção de baixo custo. Dependência da insolação. Não produção de energia no período noturno. Elevado custo da instalação das placas de captação. 6 tesla, o mestre dos raios sala de professor

7 usinas termonucleares vantagens Reservas energéticas maiores que as dos combustíveis fósseis. Instalação em áreas reduzidas. Possibilidade de independência energética para países sem combustíveis fósseis. Não emissão de gases estufa. desvantagens Produção de lixo nuclear. Possibilidade de acidentes. Poderá ser explorado pelo professor, por meio de saídas a campo, algum tipo de geração de energia próximo de sua escola, como usinas hidrelétricas, termelétricas ou eólicas. Os impactos causados indiretamente por elas também podem ser discutidos, como o impacto ambiental e social causado pela exploração de carvão mineral ou pela contrução de barragens. Após a discussão feita nas aulas de Física e Geografia, os consultores esperam que os alunos estejam preparados para a segunda fase do projeto. MATERIAL veja mais Computador com acesso à internet; Dispositivo para apresentação do tipo data show. ETAPAS Exibição do documentário; Exibição dos recursos sugeridos ao longo do texto; Discussão tos temas sugeridos com os alunos. Portal do Professor do MEC. A física e o cotidiano Fique sabendo! Geração de energia elétrica. Disponível em: <portaldoprofessor.mec. gov.br/fichatecnica.html?id=33222>; Portal do Professor do MEC. Efeito Estufa. Disponível em: <portaldoprofessor.mec.gov.br/ fichatecnica.html?id=12645>; Portal do Professor do MEC. Combustíveis fósseis. Disponível em: <portaldoprofessor.mec. gov.br/fichatecnica.html?id=28335]>; Portal do Professor do MEC. Energia nuclear e impacto ambiental Geração de energia. Disponível em: <portaldoprofessor.mec.gov.br/ fichatecnica.html?id=35675>. sala de professor tesla, o mestre dos raios 7

8 UMA CONVERSA ENTRE AS DISCIPLINAS Na segunda fase do projeto será organizada uma assembleia com países fictícios. Este recurso usa uma espécie de julgamento que, de acordo com Guerra e Outros (2002), se mostra uma atividade pertinente para que os adolescentes dediquem tempo à leitura e à reflexão sobre o assunto que pretendem debater. Formação das comissões A atividade aqui proposta é pouco usual em aulas de Educação Básica: a simulação de uma assembleia de países fictícios: Teslaquistão do Sul, Teslaquistão do Norte, Teslaquistão do Leste e Teslaquistão do Oeste. O objetivo é analisar as potencialidades energéticas, ou seja, os recursos naturais e econômicos disponíveis em cada país fictício que servirão de base para a definição da matriz energética. Para isso, serão utilizados os dados da base física (natural) e econômica de quatro estados brasileiros, que poderão ser escolhidos a critério dos professores. É interessante não revelar aos membros da assembleia quais estados foram utilizados como base na pesquisa, pois isso poderia influenciar no resultado da votação. A assembleia deve tomar uma decisão importante: em que tipo de matriz de geração de energia elétrica seu governo deve investir? Deverão analisar as potencialidades energéticas de cada país fictício, bem como questões de viabilidade econômica e o impacto ambiental e social. A assembleia deve ser formada por convidados de fora da turma. Sugerimos outros professores, alunos de outras turmas ou mesmo pais e responsáveis por alunos. Estes membros serão convidados a participar da atividade no dia de encerramento do projeto. A assembleia deve ser realizada na própria turma em que as aulas de Física e Geografia foram ministradas. Assim, o material necessário para a sua formação são as próprias mesas e cadeiras da sala de aula. Porém, se assim interessar aos professores e direção da escola, ela poderá ser realizada no auditório do colégio, como um evento do calendário escolar. São sugeridas quatro comissões formadas aleatoriamente por alunos da turma, escolhidos por meio de sorteio. Cada uma destas comissões formadas deverá defender uma matriz energética para cada país fictício, lembrando que a adoção de uma matriz energética não significa, necessariamente, a utilização de apenas uma fonte de energia. Preparação e realização da assembleia As comissões deverão ter nome, presidente, relator e membros. Um relatório deverá ser entregue previamente aos membros da assembleia com duas páginas por cada comissão. Este relatório ficará sob a responsabilidade do relator, mas todos os membros deverão participar da sua elaboração. Nesse relatório a comissão deverá expor os pontos fortes da matriz energética escolhida para seu país fictício. Além disso, os alunos membros das comissões devem estar preparados para os possíveis questionamentos dos membros da assembleia sobre a escolha do grupo. Os relatórios podem ser publicados na internet, em blogues e nas redes sociais, de forma que pessoas de outras cidades possam interagir com os alunos participantes do projeto. Ao final das arguições e do debate, os membros da assembleia discutirão entre eles sobre suas impressões. Após as manifestações dos membros da assembleia, uma votação deverá ser realizada. O resultado será divulgado a todos os alunos membros das comissões e da assembleia, e também serão revelados quais estados foram utilizados como base de dados para a realização do projeto. 8 tesla, o mestre dos raios sala de professor

9 Avaliação das atividades A avaliação da atividade, desde a exibição do documentário até a realização da assembleia, não deve ser realizada com estratégias tradicionais, como provas escritas. Um dos instrumentos de avaliação será um relatório de no máximo duas páginas, que o relator da comissão entregará previamente aos membros da assembleia. Por meio da avaliação desse documento, a comissão manifestará seus argumentos para adotar determinada matriz energética. O desempenho dos alunos durante as arguições e debates será outra fonte rica para analisar como os alunos receberam e transformaram os conhecimentos discutidos em sala de aula e como buscaram novas fontes de informações para desempenhar suas tarefas nas comissões. No entanto, os professores de Física e Geografia devem ressaltar que o resultado da votação da assembleia não tem importância alguma na avaliação das atividades e dos alunos participantes. Eles devem demonstrar que os alunos deixaram de ser receptores de conhecimento para tornarem-se produtores. Não são mais cidadãos passivos e passíveis de ter sua opinião formada por fontes questionáveis passaram a ser formadores de opinião. O ensino deixará de ser bancário, como descrito por Paulo Freire, para ser um ensino problematizador (Freire, 2004). As aulas deixarão de ser dissertativas, e as atividades como um todo terão a oportunidade de alcançar a sugestão de Paulo Freire de o aluno dar a volta por cima e superar o autoritarismo e o erro epistemológico do bancarismo (2004, p. 25). O relato de uma experiência com a atividade sugerida Para a realização da assembleia ficou definido que o Teslaquistão do Sul seria o estado do Rio Grande do Sul; o Teslaquistão do Leste, Minas Gerais; o Teslaquistão do Oeste seria representado por Mato Grosso; e o Ceará seria o Teslaquistão do Norte. Teslaquistão do sul Latitude Sul Sul; Rico em bacias hidrográficas; Grande reserva de carvão mineral; Fortes ventos; Insolação média anual baixa. Matriz energética recomendável: 60% hidráulica, 30% eólica e 10% termelétrica à carvão (suporte). Teslaquistão do Oeste Latitude Sul 18 2 Sul; Bacia com potencial hidrelétrico; Sem reserva de carvão mineral ou outro tipo de minério; Baixo índice de ventos; Insolação média anual baixa. Matriz energética recomendável: Hidráulica e termelétrica a gás natural importação. Teslaquistão do Norte Latitude 2 46 Sul 7 52 Sul; Não há potencial hidrelétrico; Sem reserva de carvão mineral; Reservas de carvão vegetal; Possui reservas de urânio; Fortes ventos, já possui 14 parques eólicos; Insolação média anual alta. Matriz energética recomendável: Eólica, solar e termonuclear. Teslaquistão do Leste Latitude Sul Sul; Reservas de urânio; Sem reserva de carvão mineral; Fortes ventos; Insolação média anual baixa. Matriz energética recomendável: Hidráulica e eólica. sala de professor tesla, o mestre dos raios 9

10 A escolha desses estados pelos professores foi proposital, pois o Rio Grande do Sul possui uma grande reserva de carvão mineral que pode ser utilizada como fonte de energia, porém causa sérios problemas ambientais. Minas Gerais possui bom potencial para várias fontes de energia, Mato Grosso possui um pequeno potencial em praticamente todas as fontes, e o Ceará apresenta um potencial de utilização de energia limpa muito grande, com grande potencial eólico e solar. No trabalho de pesquisa dos grupos para definição do potencial energético de cada país fictício, uma fonte de dados foi de suma importância: o atlas nacional da energia elétrica produzido pela ANEEL sobre a potencialidade de geração de energia elétrica de todo o país. Esse atlas possui mapas e gráficos com informações relevantes sobre as potencialidades das fontes de energia. Durante a realização da assembleia os grupos entregaram uma cópia do relatório para cada membro da assembleia. Eles fizeram a defesa da matriz energética a ser utilizada em seu país trazendo dados atuais de consumo de energia elétrica do estado escolhido e quais fontes de energia deveriam ser utilizadas para suprir essa demanda. Por exemplo, o grupo que ficou com o estado do Rio Grande do Sul sugeriu que 60% da energia seria produzida em hidrelétricas, 30% em parques eólicos e o restante em termelétricas movidas a carvão mineral. A escolha foi devido às grandes reservas desse mineral, que serviria para situações de emergência ou suporte em caso de problemas na geração de energia por outras fontes. Durante os debates, membros da assembleia faziam perguntas aos membros das comissões e sugeriam outras matrizes energéticas para os países fictícios. Essas sugestões eram acolhidas e incorporadas na votação final sobre qual matriz energética deveria ser adotada. Ao final são revelados quais estados serviram de base física para a pesquisa dos grupos. SUGESTÕES DE LEITURA E OUTROS RECURSOS Livros e Revistas FREIRE, P. Pedagogia da autonomia saberes necessários à prática educativa. São Paulo: Paz e Terra, GASPAR, A. Experiências de ciências para o ensino fundamental. São Paulo: Ática, GUERRA, A.; REIS, J.C.; BRAGA, M. Julgamento no Ensino Médio. A Física na escola, São Paulo, v. 3, n.1, MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa. Brasília: UnB, SAGAN, C. O mundo assombrado por demônios a ciência vista como uma vela no escuro. São Paulo: Companhia das Letras, passeios e visita Museu de Ciência e Tecnologia PUC-RS. Mais informações: < Museu Catavento Cultural e Educacional. Mais informações: < Parque Viva a Ciência - UFSC. Mais informações: < 10 tesla, o mestre dos raios sala de professor

11 sites e outros recursos Atlas de Energia Elétrica do Brasil. 2ª. ed., Brasília: ANEEL, 2005, 243 p. Disponível em: < Atlas/download.htm>. Acesso em: 05 fev Universidade do Colorado. PhET Simulações interativas de Ciências. Disponível em <phet.colorado.edu/pt_br>. Acesso em: 05 fev Sociedade Brasileira de Física. Píon Ligado na Física! Disponível em <pion.sbfisica.org.br/pdc>. Acesso em: 05 fev Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Centro de Referência para o Ensino de Física. Disponível em < cref>. Acesso em: 05 fev filmes e documentários COSMOS uma viagem pessoal. Direção: Adrian Malone. Produção: Ann Dryan. Intérprete: Carl Sagan. BBC, min., 13 episódios. Nikola Tesla mestre dos raios. Disponível em: < Uma verdade inconveniente. Direção: Davis Guggenheim. Produção: Davis Guggenheim e Scott Z. Burns. Intérpretes: Al Gore; Billy West e Charles Berling. Roteiro: Davis Guggenheim. Paramount Pictures, DVD (100 min.). sala de professor tesla, o mestre dos raios 11

12 FOTO Um documentário da TV Escola. Um ponto de partida para grandes trabalhos com os alunos. Assim é o Sala de Pofessor. O programa incentiva os professores de Ensino Médio a desenvolverem projetos que mudem a rotina em sala de aula. Em cada programa, dois professores convidados criam um projeto a partir de documentários exibidos na TV Escola. São sempre propostas e experimentos inovadores, que podem ser reaplicados em qualquer escola do país. Os trabalhos apresentados são detalhados em dicas pedagógicas como essa e ficam disponíveis no site da TV Escola. Os professores também podem usar as artes criadas para o programa: são animações, tabelas, mapas e infográficos que tornam os conteúdos mais visuais e interativos. As dicas pedagógicas e as computações gráficas foram transformadas em fascículos interativos para tablets. E o professor também pode navegar pelo material extra do programa no blog do Sala. Para ter acesso a esses produtos, acesse o site tvescola.mec.gov.br ou curta a fan page da TV Escola no Facebook. FOTO