PRODUTO EDUCACIONAL A EXPERIMENTAÇÃO EM ELETRICIDADE: UMA ESTRATÉGIA FACILITADORA DA APRENDIZAGEM DE TÓPICOS DE FÍSICA ABORDADOS NO ENSINO MÉDIO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DEPARTAMENTO DE FÍSICA Programa de Pós-Graduação Profissional em Ensino de Física PRODUTO EDUCACIONAL A EXPERIMENTAÇÃO EM ELETRICIDADE: UMA ESTRATÉGIA FACILITADORA DA APRENDIZAGEM DE TÓPICOS DE FÍSICA ABORDADOS NO ENSINO MÉDIO Luciano Sedraz Silva São Cristovão - SE 2015

2 2 PRODUTO EDUCACIONAL O produto educacional originado com essa pesquisa consiste em um Kit Didático composto de um manual de montagem e um DVD com os vídeos dos experimentos. Este material foi confeccionado a partir das atividades desenvolvidas na Oficina de Eletricidade com 12 alunos da terceira série do Ensino Médio do Colégio de Aplicação da Universidade Federal de Sergipe, em São Cristóvão. A proposta desse kit é mostrar aos professores e alunos que é possível ensinar e aprender Física de maneira contextualizada, motivadora e significativa, utilizando para isto a experimentação, ferramenta fundamental no processo de ensino e aprendizagem da referida disciplina. A ideia inicial do produto educacional era a confecção de um manual de montagem contendo experimentos simples de fenômenos elétricos. Porém, durante as aulas, um aluno sugeriu que fizéssemos a filmagem de um experimento. Segundo ele, com as imagens capturadas durante a execução das atividades, os colegas conseguiriam compreender melhor tais fenômenos. Desta forma, unimos as duas ideias e criamos um Kit Didático. Vale ressaltar que com as instruções presentes no Kit, professores e alunos do ensino médio poderão repetir os experimentos e até aprimorá-los. Para visualização dos vídeos do DVD basta acessar o endereço eletrônico: e em seguida digitar na barra de procura Experimentação em eletricidade Prof. Luciano Sedraz. Quanto ao manual de montagem ficará disponível na biblioteca do Colégio de Aplicação da UFS a partir da segunda quinzena do mês de julho de A seguir as figuras C.1 e C.2 mostram as interfaces do DVD.

3 3 Figura C.1 Tela do menu inicial do DVD Figura C.2 Tela do menu Experimentos Como podemos observar nas figuras C.1 e C.2, os menus são interativos, ou seja, você poderá escolher a opção: iniciar o filme (com essa ação será exibido completamente o vídeo); experimentos (será exibido apenas o experimento selecionado) e créditos (aparece a relação dos alunos participantes da Oficina, os nomes dos idealizadores do projeto, agência financiadora, trilha sonora tipografia).

4 4 No início de cada experimento é apresentado a lista de materiais (figura C.3) utilizados nos experimentos. De acordo com a realidade da escola, os materiais poderão ser substituídos por outros que apresentam propriedades semelhantes e até mesmo pode-se complementar o kit. Figura C.3 Tela do Experimento 01 MANUAL DE MONTAGEM O manual de montagem do Kit didático contém cinco roteiros para experimentação em eletricidade. Vale a pena ressaltar que durante a realização das atividades é necessário que os alunos adotem algumas medidas de segurança para evitar acidentes. Recomendamos os seguintes cuidados: usar sempre um calçado fechado; usar luvas de borracha ou couro; não tocar nos condutores (fios), principalmente nas emendas; durante a montagem do experimento desligue-o da fonte de alimentação (tomada); não utilizar objetos metálicos para manipular os materiais do experimento; aguardar as orientações do professor para cada um dos experimentos; não realizar as atividades com as mãos ou corpo molhados; não usar adornos (pulseiras, anéis, correntes e relógios) durante a experimentação. A seguir, iremos apresentar cada um dos cinco roteiros dos experimentos realizados pelos alunos na Oficina de Eletricidade.

5 5 EXPERIMENTO 01: CONDUTORES E ISOLANTES ÁREA DO CONHECIMENTO Física CONTEÚDO Eletricidade; condutores e isolantes; corrente elétrica. OBJETIVO(S) Definir condutores e isolantes elétricos; Classificar alguns materiais como condutores ou isolantes elétricos. DESCRIÇÃO A presença de condutores e isolantes de eletricidade é muito comum no nosso cotidiano. Os primeiros são todos os corpos ou substâncias que conduzem facilmente a corrente elétrica. Já os isolantes elétricos, pelo fato de possuírem enormes quantidades de elétrons livres impedem a passagem da corrente elétrica. Este experimento tem a finalidade de classificar objetos em condutores ou isolantes, a partir da observação da passagem da corrente elétrica conforme a figura C.5. MATERIAL UTILIZADO: 15 cm de condutor elétrico (1,5mm²); 01 porta-pilhas; 01 pilha de 1,5V; 01 lâmpada de lanterna de 1,5V; 01 fita adesiva; Objetos auxiliares Pregos, arame, clips e alfinete (metais); Réguas e canudos (plásticos); 01 borracha escolar; 01 placa de vidro;

6 6 01 pedaço de papelão; 01 pedaço de arame de solda; 01 bocal de caneta; 01 pedaço de fita de tecido. MONTAGEM DA EXPERIÊNCIA Corte dois pedaços de aproximadamente 7,5 cm de condutor (1,5 mm²); Usando o porta-pilhas e a fita adesiva, prenda uma ponta do condutor no polo positivo e a outra extremidade a rosca da lâmpada; Prenda a ponta do outro pedaço do condutor no polo negativo e a outra extremidade no ponto metálico existente na parte inferior da lâmpada. Dessa forma, ela deverá acender; Acrescente ao circuito do procedimento anterior um objeto auxiliar da lista de materiais. Repita essa operação com todos os objetos e observe se a lâmpada irá acender. Figura C.5 Experimento 01 Condutores e isolantes MATERIAL DE APOIO:

7 7 SUGESTÕES Utilizar o simulador condutores e isolantes como ferramenta facilitadora da aprendizagem. Disponível no endereço eletrônico abaixo:

8 8 ÁREA DO CONHECIMENTO EXPERIMENTO 02: EFEITO JOULE Física CONTEÚDO Eletricidade; condutores; corrente elétrica e efeito Joule. OBJETIVO(S): Observar o efeito Joule; Identificar as consequências do efeito Joule. DESCRIÇÃO Ao encostar os fios na palha de aço, fecha-se um circuito elétrico, devendo então os elétrons passar pela esponja de aço, devido à força eletromotriz que os empurra do polo negativo ao positivo. Porém a resistência da palha de aço é bastante alta, fazendo com que os elétrons se choquem com os átomos da palha, esquentando-a. No caso da palha de aço, esse aumento de temperatura é brusco, fazendo com que faísque e possa queimar. MATERIAL UTILIZADO: Porta pilhas; 02 pilhas AA; 02 pedaços de condutores de espessura 1 mm²; 01 pedaço de palha de aço. MONTAGEM DA EXPERIÊNCIA Coloque as pilhas no porta-pilhas obedecendo as polaridades, pegue a palha de aço, faça um pequeno arco com pequena densidade de fios e fique esfregando as extremidades a uma distância de aproximadamente um centímetro (1 cm), até que a palha de aço comece a faiscar conforme a figura C.6. Por medida de

9 9 segurança, realize esse experimento num lugar afastado da rede elétrica e de materiais inflamáveis. Figura C.6 Experimento 02 Efeito Joule MATERIAL DE APOIO: SUGESTÕES Discutir com os alunos a relação existente entre o experimento e o funcionamento do chuveiro elétrico.

10 10 EXPERIMENTO 03: FRITADOR DE SALSICHAS ÁREA DO CONHECIMENTO Física CONTEÚDO Eletricidade; condutores; corrente elétrica, efeito Joule e resistência elétrica. OBJETIVO(S): Observar o efeito Joule; Identificar as consequências do efeito Joule. Montar um circuito elétrico simples; Verificar a queda de potencial elétrico ao longo da salsicha utilizando lâmpadas de LED. LED é a sigla para diodos emissores de luz. DESCRIÇÃO Neste experimento vamos verificar a passagem da corrente elétrica através de um condutor iônico. Para isso, vamos utilizar uma salsicha associada em série com uma lâmpada incandescente. Durante esse processo observaremos a manifestação do efeito Joule na salsicha, provocando assim o aquecimento desse alimento. Observe a figura C.7. MATERIAL UTILIZADO: 2m de condutor elétrico (diâmetro igual a 1,5 mm²); Uma placa de forro PVC (10 cm x 50 cm); 3 lâmpadas de LED; Uma salsicha de cachorro quente; Fita isolante; 1 bocal de lâmpada incandescente; 2 pregos para telha de Eternit; Lâmpadas incandescentes de 40 W e 60 W. MONTAGEM DA EXPERIÊNCIA

11 11 Fixar os dois pregos na placa de PVC, separados por uma distância de 10cm; Fixar o bocal na placa de PVC, deixando uma distância de 20cm dos pregos; Ligar a extremidade de um pedaço (25 cm) de fio a um dos pregos e a outra a um dos polos do bocal da lâmpada; Fixar no outro prego um pedaço (50 cm) de fio; Fixar no outro polo do bocal da lâmpada um pedaço (50 cm) de fio; Prenda a salsicha nos pregos; Enrosque a lâmpada de 40 W no bocal para fechar o circuito; Substitua a lâmpada de 40 W por outra de 60 W e verifique o que acontece; Coloque as lâmpadas de LED na salsicha. Figura C.7 Experimento 03 Fritador de salsichas MATERIAL DE APOIO: SUGESTÕES Utilizar outros alimentos como, por exemplo, vegetais para verificar o que com o brilho da Lâmpada.

12 12 EXPERIMENTO 04: LÂMPADA DE GRAFITE ÁREA DO CONHECIMENTO Física CONTEÚDO Eletricidade; condutores; corrente elétrica, efeito Joule, resistência elétrica e 2ª Lei de Ohm. OBJETIVO(S): Observar o efeito Joule; Identificar as consequências do efeito Joule. Construir uma lâmpada utilizando grafite; Verificar as características da Lei de Ohm. DESCRIÇÃO Neste experimento vamos construir uma lâmpada usando grafite. Este material suporta altas temperaturas, normalmente é usada como matéria prima para produzir um recipiente em forma de pote chamado de cadinho. Com essa atividade vamos comprovar a baixa resistência elétrica, ou alta condutividade da grafite de um lápis. Para isso, vamos fazer passar uma corrente elétrica pelo pedaço de grafite provocando assim o seu aquecimento devido o efeito joule. Observe a figura C.8. MATERIAL UTILIZADO: Uma fonte de alimentação de 12V ou 08 pilhas D; 2 conectores do tipo jacaré; Pontas de grafite com espessuras 0,3 mm², 0,5 mm², 0,7 mm² e 0,9 mm². MONTAGEM DA EXPERIÊNCIA Fixe os conectores na fonte de alimentação; Prenda a ponta de grafite nos conectores;

13 13 Conecte a fonte de alimentação a uma tomada e observe o que acontece; Retire a fonte da tomada. Em seguida, por medida de segurança espere dois minutos e substitua a ponta por outra de espessura diferente; Substitua as pontas (inteiras) por outras que tenham metade do comprimento inicial; Repita os passos anteriores alterando o comprimento e a espessura das pontas de grafite. Figura C.8 Experimento 04 Lâmpada de grafite MATERIAL DE APOIO: SUGESTÕES Utilizar os simuladores da 1ª e 2ª Leis de Ohm como ferramenta facilitadora da aprendizagem. Disponível no endereço eletrônico abaixo: Montar um debate sobre eficiência energética com a finalidade de discutir a importância do consumo racional de energia elétrica na escola e nas residências dos alunos.

14 14 EXPERIMENTO 05: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES ÁREA DO CONHECIMENTO Física CONTEÚDO Eletricidade; condutores; corrente elétrica, efeito Joule, resistência elétrica e associação de resistores. OBJETIVO(S): Montar circuitos elétricos; Classificar os circuitos elétricos em série, paralelo e misto; Identificar as características de cada circuito. DESCRIÇÃO Para a construção deste experimento é necessário definir previamente circuitos elétricos. Um circuito elétrico é um conjunto de aparelhos interligados eletricamente de forma apropriada. É constituído, pelo menos, por um gerador elétrico, que fornece a energia, por uma carga (ou receptor), que recebe energia e por condutores elétricos que interligam os aparelhos. Nessa atividade o que vai determinar o tipo do circuito (série, paralelo e misto), será a quantidade de caminhos que a corrente elétrica terá para percorrer. Observe a figura C.8. MATERIAL UTILIZADO: 2,5 m de condutor elétrico (1,5 mm²); 01 placa de madeira (10 cm X 80 cm); 06 lâmpadas incandescentes de 60 W; 06 bocais de porcelana para lâmpadas; 01 fita isolante; 01 interruptor simples + tomada; 08 parafusos para madeira;

15 15 01 chave de fenda. MONTAGEM DA EXPERIÊNCIA Prenda os 6 bocais na placa de madeira utilizando os parafusos para fixação; Fixe o interruptor na placa de madeira com auxílio de 2 parafusos; Instale o condutor entre os bocais (soquetes) e o interruptor, conforme a figura C.9; Enrosque as 6 lâmpadas nos bocais; Instale o interruptor em série a tomada; Utilize a fita isolante nas emendas para evitar descargas elétricas; Alimente o circuito conectando-o a uma tomada previamente escolhida. Figura C.9 Experimento 05 Associação de resistores MATERIAL DE APOIO: SUGESTÕES Utilizar o simulador circuitos elétricos como ferramenta facilitadora da aprendizagem. Disponível no endereço eletrônico abaixo: