2 Materiais e equipamentos utilizados nas atividades experimentais

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Evelyn Bergler
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1 8 APÊNDICES APÊNDICE A- PRODUTO EDUCACIONAL 1 Uso do vídeo Tesla Mestre dos Raios Com o objetivo de apresentar aos alunos a importância das contribuições de Tesla para a sociedade e despertar a curiosidade deles para o assunto, será exibido o documentário, Tesla Mestre dos Raios, que retrata a vida e obra de Nicolas Tesla. O documentário está disponível em OS&ordering=newest&searchphrase=exact&limit=20&Itemid=116&option=com _search#content o qual foi acessado em 14 de maio de Após o vídeo, organiza-se o debate, em que se abordam algumas questões como: - Quem foi Tesla? - Quais inventos têm influência direta em sua vida? - Qual o objetivo da construção da bobina de Tesla? Ele foi alcançado? Explique-o. - Quem inventou o rádio? Como essa questão é abordada no documentário? A fim de possibilitar ao aluno várias abordagens para uma maior discussão quanto ao tema, adotam-se questões abertas. Seguem, na sequência dessa dissertação, algumas questões aplicadas. Porém, o professor deve formulá-las de acordo com a reação dos alunos na exibição do vídeo. Com informações adquiridas ao assistir ao documentário e ao debate, passa-se para a etapa de execução do experimento. 2 Materiais e equipamentos utilizados nas atividades experimentais - bobina de Tesla constituída por transformador neon, capacitor, indutor primário e secundário e faiscador; - cinco (5) Lâmpadas fluorescentes 40w; - multímetro, do qual será utilizados o frequencímetro e voltímetro;

2 - cinco (5) trenas; Ressalta-se que, com exceção do transformador neon, todos os componentes da bobina de Tesla foram construídos pelos alunos. Os detalhes dessa construção encontram-se em anexo. 3 Analisando a bobina e o campo eletromagnético 3.1 Identificando os componentes da bobina e as finalidades de cada item Material utilizado: Bobina de Tesla (BT) a) Para os itens listados abaixo, identifique na Bobina de Tesla (BT), explique seu funcionamento e descreva sua função para o funcionamento da BT: 1 transformador Neon; 2 faiscador; 3 capacitor; 4 indutor primário; 5 indutor secundário. Nessa etapa, o professor revisa conceitos sobre o funcionamento das partes constituintes da bobina, podendo estender a aplicações de alguns componentes nas tecnologias existentes. 4 Detectando a presença de campo eletromagnético 1. Material utilizado: 1. bobina de Tesla; 2. trenas; 3. lâmpadas fluorescente tubular 40 w;

a) Cada equipe, tendo uma trena em mãos, deve medir a distância (Figura 1) a partir da bobina, marcando diferentes pontos onde a lâmpada será colocada para observar a influência do campo

3 a) Cada equipe, tendo uma trena em mãos, deve medir a distância (Figura 1) a partir da bobina, marcando diferentes pontos onde a lâmpada será colocada para observar a influência do campo eletromagnético na lâmpada fluorescente. Figura 1: posições para medir o brilho da lâmpada Fonte: dados da pesquisa b) Em seguida, deve-se ligar a BT, variando a posição da lâmpada começando com um, depois posicionando a dois e finalmente a três metros, deve-se observar a potência emitida pela lâmpada para cada posição desta. Como citado as distâncias para posicionar a lâmpada são: 1,0m; 2,0m e 3,0m (Figura 2).

1, segurando a lâmpada a 0,3 m do solo (Figura 3); Figura 3: observando a influência das ondas eletromagnéticas, à

4 Figura 2: verificando a influência das ondas eletromagnéticas na lâmpada fluorescente Fonte: dados da pesquisa c) Refaça o item 1.1, segurando a lâmpada a 0,3 m do solo (Figura 3); Figura 3: observando a influência das ondas eletromagnéticas, à distância de um metro da BT e a 0,30m do piso. Fonte: dados da pesquisa. d) Explique a dependência entre a potência emitida pela lâmpada e as distâncias analisadas. e) O que se pode concluir quanto ao item 1.1 e 1.2? Explique.

f) Segure a 0,50m da extremidade inferior da lâmpada, ligue a bobina. Segure na extremidade inferior da lâmpada e ligue a bobina. Descreva o fenômeno.

5 f) Segure a 0,50m da extremidade inferior da lâmpada, ligue a bobina. Segure na extremidade inferior da lâmpada e ligue a bobina. Descreva o fenômeno. 5 Verificando a presença de tensão elétrica transportada pelas ondas eletromagnéticas Material utilizado: 1. bobina de Tesla; 2. trena; 3. voltímetro. a) Cada equipe, tendo um voltímetro em mãos, deve posicionar-se nos pontos marcados. Coloque as pontas de prova voltada para o teto (Figura 4), ligue a BT, afaste o multímetro e registre a intensidade da tensão para as distâncias: 1,0m; 2,0m; 3,0m e 4,0m;

6 Figura 4: medindo a tensão elétrica, ao fundo está a Bobina de Tesla. Fonte: dados da pesquisa. b) Refaça o item a, segurando o voltímetro a 0,3m do piso. c) O que se pode concluir? Explique. d) Como é possível existir tensão no ar? e) Pode-se afirmar que o brilho da lâmpada depende da tensão aplicada? Por que? f) Ondas se propagando entre duas antenas, similares às usadas em telecomunicações devem transportar potência? Como se pode quantificar isso? Sugestão, analisar o tópico Vetor de Poynting. Segundo Nascimento (2000), o enfraquecimento da onda eletromagnética no vácuo é um fenômeno puramente geométrico. A frente de onda é igual em todas as direções e a sua intensidade é dada pela Equação (7) Onde: I é a potência à distância r de uma fonte, em W/m 2 ; r é a distância entre o observador e a frente de onda, em, m; P t = potência transmitida, em W (no SI). g) Discuta a relação dessa equação com a intensidade do brilho da lâmpada, analisado no item 2.1 e com os valores obtidos em Identificando as antenas geradoras e receptoras de ondas eletromagnéticas OBS. O professor deve ressaltar que toda a bobina de Tesla é composta tanto pelo indutor primário quanto o secundário, assim evita-se uma confusão entre as partes da BT. Constantemente os alunos quando se referem a BT trocam a expressão BT por bobina secundária.

7 a) Identifique, no experimento realizado para verificação da tensão elétrica e influência das ondas eletromagnéticas na lâmpada fluorescente, a antena emissora e receptora. Explique como se deu essa identificação. b) Comente a relação entre a potência irradiada pela bobina de Tesla com as tensões encontradas em pontos diferentes no item 4.1. c) Existe uma relação entre essa potência irradiada com o brilho da lâmpada analisado, no item 1.4? Explique. d) As ondas eletromagnéticas possibilitaram a lâmpada acender? É possível funcionar um liquidificador com essas ondas? Por quê? 8 Analisando o comprimento de onda Material utilizado: 1. bobina de Tesla; 2. trena; 3. frequecímetro. a) Com o valor registrado pelo frequencímetro, calcule o comprimento de onda (λ) expressando sua unidade em SI (Sistema Internacional de medidas). E o comprimento de onda (λ), é que diferencia uma onda eletromagnética da outra. A frequência das ondas de rádio, vai de 530 KHz a KHz Rádio AM. b) O que se pode concluir ao se comparar o comprimento de onda da bobina de Tesla ao do rádio? c) Calcule o período (T) dessas ondas (item 5,1 e 5.2) e represente-o em desenho. 9 Semelhanças e diferenças entre as ondas eletromagnéticas geradas pela BT e o sistema de Rádio.

8 a) Diante o analisado nos itens anteriores quanto à geração e a recepção das ondas eletromagnéticas, quais semelhanças ou diferenças existem entre a BT e o Rádio? b) O que possibilita a lâmpada acender, em 2.1 é o mesmo que possibilita as informações chegarem ao rádio receptor? Sim. Não. Explique. c) As ondas de rádio são semelhantes às ondas geradas na BT (Bobina de Tesla)? Explique. Sugestão: Volte ao item 5.2. d) Segundo o documentário Tesla Mestre dos Raios, o primeiro pedido de patente da invenção do rádio, foi negado a Marconi, devido às semelhanças ao de Tesla. Que semelhanças são essas? e) Alguns historiadores atribuem a Tesla a invenção do Rádio. Esse feito é relacionado a Nicolas Tesla devido a pesquisas com a bobina de Tesla. Tendo analisado o funcionamento da bobina de Tesla, quanto à geração, à transmissão e à recepção das ondas eletromagnéticas, construa um texto de dez (10) linhas, apresentando sua conclusão. 10 Finalizando este trabalho faça uma pesquisa sobre o Padre Roberto Landell de Moura. a) Após a pesquisa, você mudaria algo na sua conclusão? Por quê? Tesla 11 Explorando um pouco mais o eletromagnetismo da Bobina de a) Adotando o comprimento l, a área A e número de espiras N2 do indutor secundário, da bobina de Tesla e o número de espiras do indutor primário N1. Calcule a indutância mútua. b) Sabendo que a intensidade da corrente no indutor primário é fornecida pelo transformador, adote a indutância mútua calculada no item anterior, para calcular o fluxo magnético médio através de cada espira do solenóide secundário.

9 c) Adotando o valor do campo magnético calculado no exercício 1 e a equação que relaciona, o campo magnético com o elétrico, calcule o campo elétrico. Dados : kar = 1,00029 (MARCOS,2012). d) Utilizando os dados calculados no itens anteriores, calcule com uma aproximação o vetor de Poynting e o módulo. Esses valores estão de acordo com a realidade das ondas eletromagnéticas emitidas pela bobina de tesla? Explique. e) Calcule a intensidade da onda eletromagnética emitida pela bobina de Tesla sobre a lâmpada fluorescente. Esses valores estão de acordo com a realidade? Explique.

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