Eletromagnetismo no Ensino Médio

Atividade 1: Montagem do circuito elétrico simples

Objetivos: Espero que os alunos percebam que a lâmpada possui dois pontos de contato, que a pilha possui dois pólos e que, para que a lâmpada funcione, é necessário que o circuito esteja fechado e que a lâmpada (o filamento) faça parte do mesmo.

Procedimentos: Os alunos serão divididos em grupos (de quatro integrantes cada) e cada grupo receberá um kit contendo: uma pilha, uma lâmpada (2,5 v) e dois fios. A seguir, os alunos serão orientados a acender a lâmpada apenas com o material do kit.
À medida que os grupos forem acendendo a lâmpada, serão desafiados a acendê-la com apenas um fio.

Avaliação: Os alunos serão orientados a entregar um relatório sobre o experimento.

Cuidados: Orientar os alunos para que tomem cuidado com a lâmpada, pois pode ser quebrada facilmente. Orientá-los a não utilizar a bateria do celular para acendê-la, pois a mesma pode queimar. Esclarecer que a atividade não fará com que levem choques.

Atividade 2: Explicação do Fenômeno

Objetivos: Fazer com que os alunos reflitam sobre suas próprias teorias a respeito do funcionamento do circuito elétrico e que consigam apresentar essas teorias de forma compreensível para mim e para os colegas.

Procedimentos: Eu vou colocar na lousa o circuito fechado conforme foi discutido na aula anterior. Em seguida vou pedir a eles que expliquem com suas palavras o funcionamento do circuito. Vou pedir que façam um desenho explicitando o que acontece dentro do fio e dentro da lâmpada.

Avaliação: Os alunos serão orientados a entregar um relatório sobre o experimento. O relatório deve conter o desenho e a explicação. De preferência, o aluno deve utilizar a mesma folha do relatório da aula anterior.

Atividade 3: Apresentação e discussão das teorias

Objetivos: Fazer com que os alunos percebam eventuais falhas em suas próprias teorias e que as modifiquem para que fique mais de acordo com a teoria científica.

Procedimentos: Após a leitura dos relatórios, eu separarei as teorias em grupos semelhantes. Vou colocar um esboço de cada teoria na lousa e pedir que pelo menos um representante de cada teoria venha explicá-la aos colegas na lousa e que a defenda. Após essa primeira explicação, vou tentar orientar a discussão de modo a encontrar a teoria que melhor descreve o fenômeno (com menos "furos"). Vou querer que eles optem pela teoria mais próxima da científica; caso isso não aconteça, vou tentar mostrar falhas na teoria em questão.

Avaliação: Neste momento, a avaliação só pode ser feita pela observação da participação do aluno. Acho muito complicado fazer isso e não pretendo avaliar nesta aula.

Cuidados: Tentar fazer com que os próprios alunos percebam as contradições em suas teorias sem dizer explicitamente isso, pois a reformulação de suas idéias só acontece quando parte deles mesmos.

Atividade 4: Utilização de materiais diversos no circuito

Objetivos: Fazer com que os alunos pensem a respeito do funcionamento subatômico do circuito.

Procedimentos: Os alunos receberão novamente o kit para a montagem do circuito e, além dos fios de cobre, receberão outros materiais: lã, barbante, madeira, grafite e diferentes metais (ferro, alumínio, latão, etc.).

Avaliação: Os alunos montarão uma tabela no caderno contendo os materiais a serem testados e as observações do que ocorre em cada caso.

Cuidados: Preparar com antecedência material suficiente para todos os grupos.

Observação: Esta aula foi modificada. No ano passado, neste período eu fiz a montagem da pilha, mas neste ano resolvi adiar, pois achei que os alunos ainda não haviam pensado nem um pouco sobre as partículas subatômicas envolvidas no funcionamento do circuito. Imaginei que a pilha seria muito complexa neste estágio.

Atividade 5: Pilha de Daniell

Objetivos: Fazer com que os alunos comecem a entender a geração da corrente elétrica pela criação e manutenção da ddp.

Procedimentos: Os alunos serão divididos em grupos de até quatro componentes (dependendo da quantidade de material disponível) e cada grupo receberá uma placa de cobre e uma placa de zinco, uma ponte salina, dois recipientes, fios e uma lâmpada. Terão disponíveis os elementos químicos e água, mas eu os orientarei nas quantidades. Eu explicarei a eles que nós montaremos uma pilha e farei na lousa o esquema da montagem.

Avaliação: Os alunos serão orientados a fazer anotações durante a realização do experimento e a entregar um relatório contendo todas as observações feitas. Serão orientados a observar particularmente o que acontece com as placas e com os líquidos no decorrer do processo.

Cuidados: Não desperdiçar substâncias químicas, utilizar o multímetro para mostrar aos alunos que algo está acontecendo, caso nenhuma lâmpada, nem calculadora funcione (aproveitar para falar da medida da corrente elétrica e da tensão).

Atividade 6: Discussão e sistematização dos resultados do experimento da pilha e do conceito de corrente elétrica até agora

Objetivos: Sistematizar o conceito de corrente elétrica. A idéia de corrente como movimento ordenado de elétrons em um sentido preferencial.

Procedimentos: Se a maior parte dos alunos entregou o relatório na aula anterior, vou começar a discussão a partir das observações lidas nos relatórios. Caso isso não tenha acontecido, vou pedir aos grupos que apresentem suas observações e conclusões e ao final, vou tentar sistematizar o conceito de ddp e de corrente elétrica utilizando as principais idéias deles.

Avaliação: Os relatórios e as apresentações serão avaliados.

Cuidados: Manter a atenção, observando se a maioria dos alunos realmente percebeu as idéias principais.

Atividade 7: Circuitos em série e em paralelo

Objetivos: Fazer com que os alunos utilizem os conceitos estudados (corrente elétrica e ddp) para explicar e entender o funcionamento de um circuito em série e em paralelo.

Procedimentos: Eu vou desenhar esquematicamente (sem explicitar as conexões nas lâmpadas e pilhas) na lousa um circuito em com duas lâmpadas em série e outro com duas lâmpadas em paralelo. Pedirei aos alunos que copiem os circuitos e que expliquem (por escrito) o que eles esperam que aconteça com a corrente elétrica e com a ddp, baseado nos seus conhecimentos de corrente e ddp e que expliquem como isso tudo afetará as lâmpadas: quais acenderão ou não e com que intensidade.

Justificativa: Eu quero verificar se os alunos realmente entenderam o conceito de corrente elétrica e se sabem aplicá-lo em uma atividade prática. Também quero verificar quais as noções que sobraram sobre ddp e como os alunos acham que isso afeta ou é afetado pelo circuito.

Avaliação: O texto dos alunos será a avaliação.

Cuidados: Verificar se as pilhas não estão muito velhas, caso contrário, as lâmpadas podem não acender visivelmente. No caso de duas lâmpadas de 2,5 V, o melhor é utilizar duas ou três pilhas (cuidado: quatro pilhas têm 6V, podem queimar as lâmpadas!).

Justificativa para a modificação: Eu tinha uma grande preocupação com a utilização do multímetro. Achava que era muito importante utilizar o multímetro com os alunos, pois ajudaria a perceberem as relações entre as medidas de corrente e tensão. Depois de discutir com o grupo de pesquisa, percebi que, para os meus objetivos, isso não era absolutamente necessário e fiquei aliviada, pois acho muito difícil lidar com a pequena quantidade de multímetros (e os cuidados no manuseio dos mesmos), a grande quantidade de alunos e o pouco tempo.

Atividade 8: Montagem dos circuitos em série e paralelo

Objetivos: Fazer com que os alunos verifiquem com experimentos práticos a veracidade de suas teorias. Fazer com que os alunos percebam os possíveis equívocos, percebam que estes decorrem de suas teorias a respeito da corrente elétrica e a reformule a partir dessa constatação.

Procedimentos: Os alunos montarão os circuitos em série e paralelo (vistos na aula anterior) e verificarão o que acontece com as lâmpadas em cada caso. Confrontarão os resultados com suas hipóteses e modificarão seus esquemas (se necessário) explicando a modificação. Eu medirei a corrente e a ddp em um dos circuitos e um aluno anotará os resultados na lousa para que todos possam vê-los e anotá-los. A seguir, discutiremos esses resultados e pedirei aos alunos que escrevam o que acontece com os valores da corrente e da ddp em cada caso.

Avaliação: Avaliação escrita.

Cuidados: Orientar previamente para os possíveis problemas na utilização do multímetro. Principalmente para a medida da corrente.

Atividade 9: Campo Magnético ao redor de um fio percorrido por corrente elétrica

Objetivos: Fazer com que os alunos percebam que existe um campo magnético ao redor do fio quando há passagem de corrente elétrica no mesmo.

Procedimentos: Os alunos serão divididos em grupos (4 integrantes). Cada grupo receberá dois fios, uma pilha, fita isolante, uma lâmpada e uma bússola. Os alunos serão orientados a ligar a lâmpada à pilha utilizando os fios e a fita isolante para segurá-los no lugar. A seguir os alunos deverão segurar o fio perpendicularmente ao plano da carteira e circundá-lo com a bússola. Os alunos deverão observar o que acontece com a agulha da bússola quando:

1- A pilha está desligada;
2- A pilha está ligada;
3- A pilha está ligada com a polaridade invertida (em relação à ligação anterior).

Atividade 10: A bússola e o ímã

Objetivos: Fazer o aluno perceber que a agulha da bússola é um ímã. Fazer com que ele identifique os pólos do ímã com a bússola.

Procedimentos: Cada equipe recebe uma bússola e um ímã. Os alunos deverão, num primeiro momento manipular os materiais e ver como reagem um em relação ao outro. Depois se pode direcionar um pouco mais: peça que apontem a agulha para um dos pólos do ímã e depois peça para virar o ímã (com relação ao pólo) e verificar o que acontece com a agulha; afastando e aproximando o imã da bússola o que acontece? Por que a bússola reage desta forma?

Observação: Pode-se aproveitar essa atividade para fazer com que os alunos comecem a construir o modelo de campo magnético do ímã. Faça com que percebam que a força de atração e repulsão entre os ímãs ocorre mesmo a certa distância e que a intensidade dessa força diminui com a distância.

Atividade 11: Campo Magnético do ímã

Objetivos: Fazer com que o aluno possa "visualizar" o campo magnético ao redor de um ímã para que, assim possa criar um modelo de campo magnético.

Procedimentos: É sempre melhor que haja material para distribuir para todos os grupos, mas, caso não haja, a professora poderá fazer uma demonstração na frente da turma. Se possível, cada grupo de alunos deverá ter um ímã, uma folha de sulfite e limalha de ferro. O ímã deve ficar sob a folha de sulfite e a seguir joga-se a limalha sobre o papel para que se formem as linhas de campo. É importante salientar que as linhas de campo que aparecem representam apenas uma parte das linhas de campo (que é tridimensional). É interessante perguntar ao aluno o que ele acha que acontecerá com a limalha, que tipo de figura se formará.

Avaliação: Os alunos deverão fazer um relatório sobre o experimento, incluindo desenhos da figura esperada e da figura obtida. Do relatório também deverão constar as conclusões do aluno.

Cuidados: Procure evitar o contato do ímã com as limalhas. É muito difícil separá-los depois. Pode-se embalar o ímã com filme plástico.

Atividade 12: Corrente induzida

Objetivos: Fazer com que o aluno perceba que a variação do campo magnético gera corrente elétrica.

Materiais: Serão necessários 5m de fio de cobre (ou outro material, de preferência que não seja ferromagnético), uma bússola e um ímã. O fio deverá ser enrolado, formando duas bobinas. O circuito todo deverá estar fechado e a distância entre as bobinas deve ser suficiente para que o ímã em uma bobina não afete diretamente a bússola na outra bobina.

Procedimentos: Um aluno deverá ficar com a bússola dentro de uma das bobinas enquanto que outro aluno fica com o ímã na outra bobina. O primeiro aluno deverá observar a agulha da bússola antes de qualquer interferência. A seguir o segundo aluno deverá movimentar o ímã dentro da bobina rapidamente, afastando e aproximando-o do interior da bobina. O primeiro aluno deverá observar o que acontece com a bússola neste segundo momento. Devem-se questionar os alunos sobre o que pode fazer com que a bússola se movimente na ausência de outro ímã. Inverta a polaridade do ímã e repita o movimento. Verifique que a agulha da bússola tenta girar para o outro lado.

Avaliação: Relatório sobre o experimento com explicação detalhada sobre o porquê do movimento da bússola.

Atividade 13: Caixas enigmáticas

Objetivos: Avaliação final dos conhecimentos dos alunos sobre eletromagnetismo.

Procedimentos: O professor deverá montar três caixinhas contendo em seus interiores: um ímã, um eletroímã e um circuito simples. A aparência externa das caixinhas deverá ser a mesma (assim sendo, se em uma das caixinhas houver fios de ligação externa, estes deverão aparecer em todas, mesmo que não estejam ligados internamente). A idéia é que eles consigam descobrir o conteúdo de cada caixa através de seus conhecimentos sobre ímãs e corrente elétrica.

Avaliação: Os alunos poderão fazer diversos testes com as caixinhas com o objetivo de descobrir seus conteúdos. Eles só não poderão abri-las. Suas conclusões deverão ser justificadas.

Cuidados: O melhor é deixar as pilhas de fora para que os alunos possam ligar e desligar os circuitos e ver o que acontece.

Links para as atividades

Atividade 1: Montagem do circuito elétrico simples

Atividade 5: Pilha de Daniell

Atividade 9: Campo Magnético ao redor de um fio percorrido por corrente elétrica

Atividade 10: A bússola e o ímã

Atividade 11: Campo Magnético do ímã

Atividade 12: Corrente induzida

Atividade 13: Caixas enigmáticas