Uso de artefatos experimentais como auxílio didático pedagógico no ensino de física de nível médio Professor Erveton Pinheiro Pinto
Sumário Introdução; Elaboração do roteiro; Preparação do experimento Eletroímã ; Discussão; Considerações finais; Referências.
Introdução Quando uma corrente elétrica atravessa um fio condutor, cria em torno dele um campo magnético. Este efeito foi verificado pela primeira vez por Hans Christian Orsted em abril de 1820. Ele observou que a agulha de uma bússola defletia de sua posição de equilíbrio quando havia próximo a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente elétrica. Um solenóide constitui-se de um fio condutor enrolado de tal modo que forme uma sequência de espiras em forma de tubo. Se por ele passar uma corrente elétrica, gera-se um campo magnético no sentido perpendicular à uma seção reta do solenóide. Este arranjo em forma de tubo faz com que apareçam no solenóide polaridades norte e sul definidas. O resultado final é que o solenóide possui polos norte e sul, tal como um ímã natural. Veja a figura.
Os materiais ferromagnéticos são constituídos de um número muito grande de pequenos ímãs naturais, conhecidos como dipolos magnéticos elementares. Este número é da mesma ordem do número de moléculas ou átomos que constituem o material. Sem a influência de um campo magnético externo, estes dipolos estão todos desalinhados, de forma que a soma total de seus campos magnéticos é nula, como mostra a Figura A. Se inserirmos um prego, que é feito de um material ferromagnético, dentro de um solenóide, o campo magnético deste irá alinhar os dipolos do prego, como mostra a Figura B.
FIGURA A FIGURA B
Elaboração do roteiro O roteiro deve ser simples e claro de modo que os alunos possam compreender e reproduzir o experimento com facilidade. É importante instigar a curiosidade dos alunos de maneira divertida, mas sem perder conceitos. Dessa forma, os momentos anteriores e posteriores a experimentação são os mais importantes, pois é quando o conhecimento deve ser construído através de teorias e hipóteses. Na etapa experimental, é prevista a execução da atividade experimental. Executar uma atividade experimental significa operar o planejado, testar hipóteses previstas, tendo claro o objetivo almejado, e, normalmente, significa também, manusear equipamentos. A execução pressupõe um sujeito ativo intelectualmente e engajado com a atividade, capaz de construir seus conhecimentos em um processo de interação social.
Proposta de roteiro: 1. Título ou tema; 2. Objetivo geral (ou objetivo); 3. Objetivos específicos (opcional); 4. Contexto teórico; 5. Ideia do experimento; 6. Material utilizado; 7. Montagem; 8. Discussão.
Preparação do experimento Eletroímã Neste experimento vamos mostrar que é possível criar um ímã muito parecido a um imã natural com o uso da eletricidade. Para tanto, faremos uso das propriedades dos materiais ferromagnéticos. Material utilizado Fio de cobre esmaltado (1metro); Três pilhas grandes; Um prego; Tachinhas, grampos ou clips pequenos de aço ou ferro.
Deve-se enrolar o fio de cobre no prego, deixando as extremidades do fio livres. Depois ligue as extremidades do fio de cobre às pilhas, que devem estar conectadas em série. Deixe a corrente fluir pelo circuito e aproxime o prego das tachinhas, grampos ou clips pequenos. Quanto mais bem enrolado no prego o fio de cobre estiver melhor será o resultado do experimento. Caso não passe corrente elétrica pelo circuito, esfregue as extremidades do fio de cobre com palha de aço (bombril) para eletrizar as extremidades. Observe a figura no próximo slide.
Observação: trocar a agulha pelo prego.
Discussão 1. O que aconteceu quando aproximamos o eletroímã dos objetos metálicos? 2. Explique como isso acontece e o motivo de acontecer? 3. É possível descobrir os polos magnéticos do eletroímã?
Considerações finais O fio de cobre enrolado no prego forma uma bobina. Quando a corrente elétrica passa por essa bobina um campo magnético é produzido no interior dela, esse campo magnético orienta paralelamente a ele os ímãs naturais do prego(dipolos magnéticos elementares, originados pelo movimento dos elétrons nas orbitas atômicas). Isso faz com que o prego fique magnetizado. Antes da ação do campo magnético da bobina sobre o prego, seus ímãs naturais estavam desalinhados, de forma que a soma total dos seus campos magnéticos era nula, somente após o alinhamento dos campos é que a soma total passou a ser não nula e as propriedades magnéticas puderam ser percebidas.
Referências Halliday, David; Resnick, Robert. Fundamentos de Física. Rio de Janeiro, 2001. Tipler, Paul. Física. Rio de Janeiro, 2000. Dissertação de mestrado, CEFET/ RJ, Março de 2010. Valadares, E. C. Física mais que divertida. 2ª ed. UFMG, 2007.