Eletromagnetismo no Ensino Médio

Eletricidade

Atividade 1: Como e por que a lâmpada acende?

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVOS: Entrar em contato com as concepções dos alunos e conscientizá-los de suas próprias concepções sobre corrente elétrica, sua condução num circuito simples com uma lâmpada e com duas lâmpadas. Iniciar o entendimento de corrente elétrica e condições para sua existência.

CONTEÚDO: Idéia de corrente elétrica como “algo” percorrendo os componentes do circuito – fio, pilha, lâmpada – idéia de circuito fechado.

JUSTIFICATIVA: Os alunos serão questionados pelo professor e/ou colegas sobre os contatos, sobre o significado de algum termo (cargas, energia, elétrons, prótons, eletricidade, etc.) utilizado pelo grupo, sobre as condições para acender a lâmpada, sobre o que os alunos entendem por circuito e se este precisa ser fechado.
Os alunos farão uma segunda experiência colocando uma segunda lâmpada no circuito e desenharão o novo circuito, para conflitar a idéia de que algo sai do pólo positivo da pilha e algo sai do pólo negativo da pilha e se encontram na lâmpada fazendo-a acender.
Com as respostas dos alunos em mãos o professor poderá perceber o que nestas explicações está próximo da explicação científica e o que está “errado”, e quais atividades ajudarão os alunos na construção do seu conhecimento.
Com a colocação da segunda lâmpada os alunos poderão concluir que “algo” (energia, cargas, eletricidade, elétrons), circula no circuito num sentido preferencial e que a este algo chamamos de corrente elétrica.

Atividade 2: “eletrólise” – O motor e o led funcionam? Por quê?

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVOS: O objetivo é compreender corrente elétrica num meio líquido, ajudar os alunos a melhorarem suas explicações, convencer os alunos de que algo circula, se move no circuito (cargas, elétrons) e que no líquido o circuito está fechado com a movimentação de alguma coisa (íons, cargas).

CONTEÚDO: Explorar a idéia, o conceito de corrente elétrica no fio e no líquido, a ionização e as reações químicas.

JUSTIFICATIVA: Levantar hipóteses e explicações do que acontece no líquido e no fio a partir da observação do que é visível no líquido, por exemplo, a formação de bolhas nas pontas dos lápis imersos na solução e também do cheiro de cloro.

ATIVIDADE 3: Pilha de Daniell – Como se origina e se mantém a corrente elétrica?

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVOS: Conhecer uma pilha por dentro, perceber as reações químicas que ocorrem nela e ajudar os alunos a entenderem a origem e a natureza da corrente elétrica. Iniciar o entendimento de ddp, fem e campo elétrico. Ensinar a usar um multímetro.

CONTEÚDO: Explorar a origem e natureza da corrente elétrica, reações químicas, ddp e fem.

JUSTIFICATIVA: Fazer os alunos explicarem o que acontece nas duas pilhas e fazê-los pensarem de onde vêm as cargas ou os elétrons.
Fazer medidas da corrente elétrica e da tensão, conforme o tempo for passando.

Atividade 4: Entendendo cargas elétricas, onde estão?

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVOS: Ajudar os alunos a pensarem nos átomos e compreenderem a relação do átomo com a corrente elétrica. Compreender que as cargas elétricas estão nos átomos, que os corpos como as placas de cobre e de zinco são constituídos de átomos. Pensar em quais são os modelos atômicos (com elétrons) que permitem explicar corrente elétrica e ajudar na compreensão do que é necessário para ter carga elétrica e como ela se comporta. Compreender que há diferenças entre isolantes e condutores. Compreender a relação carga – campo, idéia de campo elétrico.

CONTEÚDO: modelos atômicos, átomo – prótons, nêutrons e elétrons – idéia de carga elétrica, isolantes e condutores de eletricidade.

JUSTIFICATIVA: Tentar explicar o que aconteceu com as placas e pensar na constituição das placas, como elas devem ser interiormente, se elas são diferentes macroscopicamente e microscopicamente.
Imaginar o átomo e desenhá-lo numa folha e explicá-lo para os colegas. Se for necessário o professor fará a experiência da caixa surpresa, onde os alunos têm que fazer previsões do que está dentro da caixa, sem abri-la, a partir de evidências, como som, peso, etc.

Atividade 5 – Aula expositiva – explicações da Física

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: Compreender o conceito de corrente elétrica.
O que é? Como se origina? Como se mantém?
Conteúdo: Representação de um circuito elétrico, conceito de corrente elétrica real e corrente elétrica convencional, ddp, cargas elétricas, corrente iônica, modelo de Drude. Fórmulas: Q = n.e; i = ?q/?t; unidades de corrente elétrica e resolução de problemas matemáticos.

Atividade 6: Avaliação sobre corrente elétrica

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: Verificar o que os alunos aprenderam, verificar se houve progresso em suas explicações e se houve mudança nas formas de pensar.

CONTEÚDO: Serão questões sobre circuito elétrico simples, caminho da corrente elétrica, condições para haver corrente elétrica e para acender e funcionar um motorzinho, problemas para calcular corrente elétrica, número de cargas, etc.

Atividade 7: Circuitos elétricos em série, em paralelo e circuitos mistos – Comportamento da corrente elétrica

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: Levantar as concepções dos alunos e ajudá-los a conhecerem e entenderem o comportamento da corrente elétrica em circuitos diferentes.

CONTEÚDO: Caminho da corrente elétrica, circuito de lâmpadas em série, em paralelo, tensão de pilhas em série e em paralelo.

JUSTIFICATIVA: Montar três tipos diferentes de circuitos com 2, 3 ou mais lâmpadas em série, em paralelo, desenhar o esquema de cada um desses circuitos com o caminho percorrido pela corrente elétrica. Tentar dizer o que acontecerá com as lâmpadas ao abrir o circuito em determinados lugares do circuito. Medir a corrente elétrica e a ddp em partes diferentes do circuito.

Atividade 8: Introduzindo um novo elemento no circuito elétrico

DURAÇÃO: 1 aula

OBJETIVO: Ouvir as explicações dos alunos sobre resistência elétrica, perceber como os alunos a relacionam com a corrente elétrica. Ajudar os alunos no entendimento de resistência elétrica e como ela se relaciona com a corrente elétrica e a ddp.

CONTEÚDO: Resistência elétrica, relação entre corrente elétrica, resistência e ddp – Lei de Ohm.

JUSTIFICATIVA: Escolhe um dos circuitos da atividade anterior e colocar um resistor com resistência R neste circuito para verificar o que acontece com as lâmpadas e fazer medidas de corrente elétrica, ddp e resistência elétrica, com o uso de um multímetro.

Atividade 9: Montar circuitos elétricos com pilhas (1 – 4), fio e resistor

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: Entender a relação entre corrente elétrica, ddp e resistência elétrica – lei de Ohm.

CONTEÚDO: lei de Ohm, construção do gráfico Ux i.

JUSTIFICATIVA: Fazer as medidas de i (A ou mA) e de U (V), montar a tabela com os valores de i e U. Construir o gráfico U x i, e calcularão a razão U/i. Calcular a resistência elétrica a partir das listras coloridas do resistor e compararão com a resistência obtida do gráfico.

Atividade 10: Aula expositiva

DURAÇÃO: 1 aula

OBJETIVO: Sintetizar as últimas 5 aulas com as explicações da física.

CONTEÚDO: Comportamento da corrente elétrica em circuitos diferentes. Resistência elétrica, resistividade de um material, dependência da resistência elétrica de acordo com a temperatura, o material, o comprimento e o diâmetro do resistor. Lei de Ohm. Cálculo da resistência elétrica em várias situações. Cálculo da resistência equivalente.

ATIVIDADE 11: Avaliação

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: verificar o que e como foi o entendido pelos alunos.

CONTEÚDO: Comportamento da corrente elétrica em circuitos diferentes, Lei de Ohm, características da resistência elétrica. Cálculo de resistência equivalente, valor da corrente elétrica em cada resistor.

Magnetismo

Atividade 12: Interação entre bússolas, ímãs e outros materiais

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: Conhecer as concepções dos alunos sobre ímãs e bússolas. Entender como a bússola funciona e que a agulha da bússola é um ímã. Entender que o ímã age à distância e que existem forças de atração e de repulsão. Perceber a interação entre ímãs, entre bússolas e entre bússolas e ímãs. Pensar no campo magnético Terrestre, pensar e explicar o que entendem por campo magnético.

CONTEÚDO: Campo magnético, força magnética, forças de atração e repulsão (interação entre ímãs). Pólos magnéticos da agulha das bússolas, pólos magnéticos dos ímãs e da Terra e materiais ferromagnéticos.

JUSTIFICATIVA: Com esse experimento pretendo que os alunos percebam e compreendam a interação entre ímãs, entre ímãs e diversos materiais, entre bússolas e entre ímãs e bússolas, que percebam que a agulha da bússola é um ímã e que consigam identificar os pólos da agulha da bússola e dos ímãs. Quero também que os alunos comecem a pensar na possibilidade da Terra ser um ímã, isto é, que a Terra exibe uma propriedade magnética.

Atividade 13: Linhas de campo (ímã, bússola e limalha de ferro)

DURAÇÃO: 2 aulas

OBJETIVO: ajudar o aluno compreender melhor a interação ímãs-ferromagnéticos. Perceber a interferência do ímã sobre a agulha da bússola. Pensar como ocorre e do que depende esta interferência. Perceber as linhas de campo, visualizar e entender o campo magnético, entender o sentido das linhas de campo.

CONTEÚDO: Campo magnético, força magnética e linhas de campo.
Justificativa: Fazer os alunos observarem dizerem o que estão percebendo em relação às direções da agulha. Os alunos terão a oportunidade esquematizar as linhas obtidas com a limalha e compará-las com as direções traçadas com a bússola.

Eletromagnetismo

Atividade 14: Experiência de Oersted

DURAÇÃO: 1 aula

OBJETIVO: Observar o que acontece e explicar a ação do fio sobre a bússola. Explicar através de desenho.

CONTEÚDO: Relação entre fenômenos elétricos e magnéticos, corrente elétrica ? campo magnético.

JUSTIFICATIVA: Os alunos terão a oportunidade de relacionar a corrente elétrica que percorre um fio ligado à uma pilha ao campo magnético gerado por essa corrente elétrica.

Atividade 15: Campo magnético produz corrente elétrica? Experiência de Faraday

DURAÇÃO: 1 aula

OBJETIVO: Observar o que acontece e tentar explicar o observado. Responder a questão acima.

CONTEÚDO: Relação entre corrente elétrica e campo magnético. Campo magnético ? corrente elétrica. Corrente induzida e indução eletromagnética.

JUSTIFICATIVA: Ajudar os alunos a compreenderem o aparecimento de uma corrente elétrica sem o uso de pilhas.

Atividade 16: Aula expositiva do professor

DURAÇÃO: 1 aula

OBJETIVO: Sintetizar o que foi visto nas últimas aulas. Falar das semelhanças e diferenças entre os campos gravitacionais, elétricos e magnéticos. Dizer que por qualquer ponto do campo magnético, sempre passa uma linha de campo. A forma do campo magnético pode ser representada por linhas de campo. Vetor indução magnética B (vetor que caracteriza o campo magnético).

CONTEÚDO: Campo magnético, comparação entre o campo magnético e o campo elétrico, força magnética, corrente elétrica ? campo magnético.

Atividade 17: Investigando 3 caixinhas pretas

DURAÇÃO: 1 aula

OBJETIVO: Avaliar se houve aprendizagem e o que os alunos aprenderam.

CONTEÚDO: Campo eletromagnético, força magnética.

OBJETIVO: Descobrir o que tem dentro de cada caixinha a partir dos efeitos percebidos.

JUSTIFICATIVA: Levantar hipóteses utilizando uma lâmpada e uma bússola e tentar responder à pergunta ‘O que tem dentro de cada caixinha?’ pelos efeitos produzidos na lâmpada e na bússola.