Eletromagnetismo no Ensino Médio
Planejamento Eletromagnetismo — 2007
Maria Helena
Para elaborar o planejamento de 2007, acho que seria importante fazer uma ligação entre o conteúdo de Eletricidade e a Óptica. No planejamento anterior senti falta desta ligação. Tive a impressão de que após o conteúdo de Eletricidade, esse capítulo se encerrou e iniciamos os estudo da Óptica. Assim, estou procurando esta ligação.
O movimento dos elétrons no fio quando ligado a uma fonte surge devido ao aparecimento de uma força elétrica e conseqüentemente de um campo elétrico no interior do fio. Devido ao movimento dos elétrons, o campo elétrico varia dando origem a um campo magnético perpendicular a ele.Por sua vez a variação deste campo magnético dá origem a um campo elétrico perpendicular a ele e assim por diante.Portanto num circuito elétrico a existência de um está ligada à existência do outro e que desta interdependência podemos dizer que surge um campo eletromagnético.O que temos então se propagando através do fio é esta alternância entre campo elétrico e campo magnético que se configura então numa onda eletromagnética.Se estiver correto o meu raciocínio introduziria agora o estudo das ondas e do espectro eletromagnético o que nos levaria à conclusão de que o filamento da lâmpada está emitindo uma radiação visível aos nossos olhos.A partir de agora introduziria o estudo da óptica.
Este é em linhas gerais o trabalho que gostaria de desenvolver com os meus alunos.
Para desenvolver este planejamento que conteúdos são necessários?
Acredito que sejam estes:
- Corrente elétrica
- Campo elétrico
- Campo magnético
- Indução Eletromagnética
- Campo eletromagnético e espectro eletromagnético
- Ondas
- Óptica
No momento vou detalhar o 1º bimestre.
Obs. Links para as atividades estão disponibilizados ao longo do texto e ao final da página.
Atividade 01: Circuito Elétrico Simples
Com os materiais lâmpadas, fios de cobre com conectores tipo jacaré em suas extremidades, e pilha, montar um circuito elétrico no qual sejam colocadas duas lâmpadas uma em seguida da outra.
Objetivo específico
Dizer que “algo” deve chegar da pilha até o filamento da lâmpada para que ela acenda.
Objetivos gerais
Levar o aluno a refletir sobre o caminho seguido por este algo que sai da pilha e que chega até o filamento da lâmpada. Como a pilha tem dois polos um denominado positivo e o outro negativo o aluno acha que “algo” positivo saí do polo positivo e que “algo” negativo sai do polo negativo e se encontram no filamento acendendo a lâmpada. Realizando esta tarefa espero que o aluno perceba que o raciocínio acima não é possível e que este “algo” sai de um dos polos da pilha e circula chegando ao outro polo.
Num segundo momento, no circuito elétrico já montado, fazer com que as duas lâmpadas acendam e com setas mostrar o caminho através do qual este “algo” chega da pilha até os filamentos das lâmpadas permitindo que elas acendam. Com isso, espero que sejam capazes de dizer que o sentido da corrente elétrica no circuito em questão é de um dos polos da pilha para o outro.
Talvez sinta a necessidade de observar uma lâmpada por dentro, a qual o professor já deverá ter em mãos. Nesta observação espero que o aluno note principalmente que a lâmpada tem um filamento os quais têm os seus terminais um na rosca e o outro na base da lâmpada e que para a lâmpada fazer parte do circuito esses terminais devem estar em contato com as extremidades dos fios de cobre.
Atividade 2: Circuito fechado, materiais condutores e materiais isolantes
Introduzir no circuito um interruptor e observar o que acontece no circuito quando ele é ligado e desligado. Em seguida mantendo o interruptor ligado, retirar uma lâmpada e observar o que acontece, substituindo-a em seguida por vários materiais como madeira, plástico, prego, borracha, vidro, barbante, etc...
Objetivos específicos
- Conceituar circuitos elétricos abertos
e fechados.
- Diferenciar materiais condutores e isolantes.
- Explicar qual é o papel dos interruptores
nos circuitos elétricos.
Objetivo geral
Levar o aluno a observar que a lâmpada só se mantém acesa no circuito quando o interruptor está ligado. Ao ser desligado a lâmpada apaga. Espero que o aluno levante a hipótese de que ao desligar o interruptor ele na verdade está interrompendo o caminho através do qual “algo” circula impedindo que a lâmpada acenda.
No circuito com duas lâmpadas, ao retirar uma delas com o interruptor ligado, a outra lâmpada apaga, reforçando a idéia de que quando o circuito se abre “algo” é impedindo de circular.
Ao colocar no lugar desta lâmpada outros materiais o circuito é fechado novamente e “algo” deveria voltar a circular, mas o aluno observará que para este “algo” circular, depende do material.
Estes materiais serão denominados, para diferenciá-los, condutores e isolantes.
Espero após estas observações que cheguemos à conclusão de que o circuito que permite a circulação desse “algo” deve ser constituído de materiais condutores, e ininterrupto e que seja fechado.
Construção de um modelo para a estrutura de um material condutor de eletricidade.
Objetivos específicos
- Identificar as cargas elétricas existentes
no átomo, onde estão localizadas e como se comportam.
- Conceituar íon e ionização.
- Conceituar elétrons livres nos materiais
condutores.
- Conceituar movimento aleatório.
Objetivos gerais
Esta atividade tem inicialmente como objetivo permitir a visualização de um modelo sobre o átomo, as partículas fundamentais que dele fazem parte, suas respectivas cargas, como elas interagem (atração e repulsão), suas localizações e a movimentação dos elétrons ao redor do núcleo. Em seguida estudar o átomo de cobre, verificando o número de prótons e o número de elétrons. Comparando esses números perceber que o átomo está neutro, mas que ele pode ganhar ou perder elétrons.
Continuando, juntamente com os alunos, pretendo construir um modelo que explique a estrutura do fio de cobre quando o interruptor estiver aberto.
Os átomos de cobre ionizados poderão ser representados por bolinhas de isopor que serão fixados numa base de isopor ou madeira e os elétrons por bolinas menores. No nosso modelo estamos usando cola ou outro adesivo para mantemos os átomos de cobre nos seus lugares. Irei propor algumas questões:
No fio de cobre o que mantém os
átomos de cobre “ligados” um ao outro impedindo que o
fio se “desmanche”?
- O objetivo aqui é levar o aluno a perceber que esta
ligação é feita através das forças
elétricas entre as cargas elétricas.
Mas se cargas elétricas se repelem
porque os átomos de cobre não “fogem” uns dos
outros “desmanchando” o fio?
- O objetivo aqui é levar o aluno usando setas para
representar as forças que atuam entre os íons perceber que
para um átomo rodeado de outros íons, a resultante é
nula e assim ali permanece.
E os íons que estão nas extremidades,
as forças de interação não têm resultantes
nulas, então, por que eles não vão “embora”?
- O objetivo aqui é levar o aluno a perceber que os
elétrons que deixaram os átomos de cobre formam uma “nuvem”
que envolve os átomos de cobre impedindo que eles deixem o fio.
Por que os elétrons formam essa
“nuvem” permanecendo no fio e fazendo parte da estrutura do
material que forma o fio de cobre?
- O objetivo aqui é levar o aluno perceber que os
elétrons têm cargas elétricas negativas e ficam “passeando”
aleatoriamente entre os átomos de cobre, fazendo parte ora de um ora de outro, ou seja, pertencem
a todos e a nenhum dos átomos ao mesmo tempo. E por este motivo os denominamos elétrons
“livres”. Neste modelo representativo (com isopor) que construímos, os elétrons
estão parados. Só podemos colocá-los em movimento
em nossa imaginação. Temos então que em nossa imaginação
movimentá-los. E como eles podem “passear” à vontade,
este movimento será aleatório.
E os átomos de cobre não
apresentam movimento nenhum?
- Os átomos de cobre não “passeiam”
como os elétrons livres, mas fazem um movimento vibratório. Temos
então que acrescentar esse movimento em nossa imaginação.
Atividade 4: fechando o interruptor
De posse do circuito, o aluno agora deverá ligar o interruptor e explicar o que está acontecendo dentro do fio sabendo que “algo” circula em um único sentido.
Objetivos específicos
- Conceituar corrente elétrica.
- Diferenciar movimento da corrente elétrica
num sentido preferencial e movimento aleatório dos elétrons.
- Dizer que o movimento da corrente elétrica
se estabelece instantaneamente em toda a extensão do fio.
Objetivos gerais
Levar o aluno a refletir sobre este “algo” e chegar à conclusão de que são os elétrons que “circulam” porque na verdade passam a se movimentar num sentido preferencial (corrente elétrica), mas o movimento aleatório dos elétrons continua existindo, e que a corrente elétrica é estabelecida em toda a extensão do fio ao mesmo tempo.Tem também como objetivo levar o aluno a refletir sobre o que está levando os elétrons a se movimentarem num sentido preferencial.
Objetivos específicos
- Conceituar ddp.
- Dizer que papel a ddp desempenha na produção
da corrente elétrica.
- Conceituar força eletromotriz
- Dizer que papel a força eletromotriz desempenha
na manutenção da ddp
- Distinguir sentido real e convencional da corrente elétrica.
Objetivos gerais
Levar os alunos perceberem que é através das reações químicas que a ddp se estabelece. O papel desta ddp na produção da corrente elétrica. Estabelecer o conceito de força eletromotriz responsável pela manutenção da ddp. Também tem como objetivo estabelecer o sentido real e o convencional da corrente.
Links para as atividades