Eletromagnetismo no Ensino Médio

Introdução

Esses experimentos são parte de uma seqüência de atividades para ensinar Eletromagnetismo após ter trabalhado a Eletricidade no terceiro ano do Ensino Médio. Tal sequência tem a intenção de construir com os alunos a ideia de campo magnético, força magnética e possibilitar em outro momento a compreensão de que um campo elétrico origina um campo magnético e vice-versa.

Cronograma

Duas aulas

Materiais necessários

Bússolas, ímãs, pregos de ferro, anel de ouro e de prata e moedas diferentes.

Conteúdos

Polos magnéticos da agulha das bússolas, dos ímãs e da Terra. Interação a distância (atração e repulsão).

Objetivo geral

Construir com os alunos a ideia de campo magnético e interação entre campos magnéticos.

Objetivo específico

Com esse experimento pretende-se que os alunos percebam e compreendam a interação entre dois ou mais ímãs, entre duas bússolas e entre ímãs e bússolas, que concluam que a agulha da bússola é um ímã e que consigam identificar os polos da agulha da bússola e dos ímãs. Pretende-se também que os alunos comecem a pensar na possibilidade da Terra se comportar como um ímã, isto é, apresenta propriedades magnéticas.

Expectativas conceituais prévias

Os alunos não pensam na interação entre a Terra e os ímãs, e por isso, não entendem por que a agulha da bússola sempre aponta para o norte geográfico da Terra, ficam surpresos e curiosos para saber como a “bússola sabe onde é o norte”. Também não têm a ideia de que a agulha da bússola é um ímã. Os alunos acham que a marcação N da bússola é a indicação do norte magnético independentemente da posição da agulha e alguns alunos pensam que polos iguais se atraem.

Posição no Planejamento

Essas atividades são desenvolvidos após o estudo da Eletricidade, marcando o início dos estudos do Magnetismo.

Procedimento:

A atividade pode ser iniciada com o levantamento do que os alunos pensam quando se fala em magnetismo. Geralmente eles falam em ímã como algo que atrai coisas, atrai metais, atrai ferro, que o ímã tem polos + e -, polos norte e sul, bússolas, etc.
Durante o levantamento grupos de alunos recebem ímãs, objetos de materiais diferentes, como anel de ouro, anel de prata e de outros metais e bússolas e vão experimentando se suas ideias estão corretas. Neste momento os alunos percebem que além da atração existe também a repulsão, alguns já falam que polos iguais se repelem e diferentes se atraem, alguns alunos dizem que polos iguais se atraem, e surgem perguntas:

A agulha da bússola se dirige para qual direção?
Como saber que direção é essa?
Onde nasce o Sol em relação a escola?
Como saber onde é o norte do ímã?
Para que serve o ímã, além de podermos brincar com eles?

Já na primeira parte do experimento pode haver uma dificuldade, os alunos não saberem onde o Sol nasce ou onde ele se põe, em relação à escola. Assim, o professor precisa ter esta informação para orientá-los. 
Outra dificuldade é identificar os polos de dois ímãs utilizando a bússola, porque alguns alunos têm a ideia de que polos iguais se atraem e que polos diferentes se repelem. Tais alunos terão dificuldade em identificar os polos dos ímãs. Outros alunos conseguem identificar os polos dos ímãs, mas utilizam os termos positivo e negativo, porque associam a atração e repulsão estudadas na eletrostática, onde cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais diferentes se atraem. Geralmente os alunos não usam a nomenclatura norte e sul. Para estes, o polo positivo seria o repelido pela agulha da bússola e o negativo o atraído pela agulha, pois costumam chamar a ponta vermelha da agulha de positivo.
Em seguida todos os grupos recebem uma bússola e as instruções de como devem proceder durante todo o experimento. O experimento consta de quatro partes com as questões correspondentes a cada parte, que servem para ajudar o aluno a pensar e assim, construir seu conhecimento sobre o Magnetismo.

Parte 1: A bússola

Esta parte do experimento é iniciada com o texto abaixo, porque muitos alunos não sabem ou não se lembram dos pontos cardeais da Terra que permitem saber onde fica o norte, o sul, o leste e o oeste em relação ao lugar em que estão.

O Sol nasce ao leste e se põe a oeste. Uma pessoa que estenda seu braço direito na direção do nascente e o braço esquerdo na direção do poente terá à sua frente o Norte e às suas costas o Sul.
O critério acima pode ser usado por qualquer pessoa, em qualquer ponto da Terra, salvo nos polos ou muito próximo deles, pois o Sol não nasce nem se põe todos os dias.

Depois de identificado a direção norte-sul da Terra, os alunos devem responder as questões:
A agulha da bússola aponta em que direção da Terra? Que explicação você dá para isso?

Normalmente, a agulha da bússola tem cores diferentes em suas extremidades. Qual cor corresponde a do polo Norte da bússola? Compare o resultado com o de seus colegas. Eles coincidem?
O que poderia ter provocado um resultado diferente encontrado por outro colega seu?
A comparação é importante, porque em algumas agulhas a ponta pintada de vermelho aponta para o norte e em outras é a ponta pintada de branco. 
O objetivo dessas perguntas é fazer os alunos pensarem na interação entre a Terra e a agulha da bússola e também concluírem que a agulha da bússola é um ímã e que a Terra tem comportamento de ímã.
Os alunos geralmente se aproximam disso, dizendo que existe magnetismo em torno da Terra, ou que no norte da Terra tem mais magnetismo, que permite discutir sobre o magnetismo terrestre.

Parte 2: Interação entre bússolas
Os alunos devem utilizar mais uma bússola, por exemplo, a de um colega, para realizar a seguinte experiência:
Colocar uma das bússolas sobre a carteira e movimentar a outra em torno dela, mantendo as duas sempre bem próximas.

Uma bússola exerce alguma influência sobre a outra? Como você explica o que foi observado? Você vê alguma relação com a primeira parte dessa atividade? Se a resposta for positiva, qual?

O objetivo dessas perguntas é ajudar os alunos a compararem a interação entre a Terra e a agulha da bússola e entre as agulhas de duas bússolas. Também ajudar a perceberem a força de atração quando os polos são diferentes e a de repulsão quando os polos são iguais.
Os alunos percebem a relação entre as partes do experimento e aqueles que achavam que os polos iguais se atraem concluem que são os opostos que se atraem e os iguais que se repelem.

Parte 3: Interação entre ímãs
Aproxime dois ímãs com formato de barra, o que você observa? Que explicação você dá para o que foi observado?

Invertendo a extremidade de um dos ímãs o que acontece? Anote os resultados.
Existe uma relação com as atividades anteriores? Se sim, qual (ais)?

O objetivo dessas perguntas é comparar a interação entre bússolas e entre ímãs.

Parte 4: Interação entre bússola e ímã

Inicialmente aproxime de sua bússola um ímã de barra. O que você observa?
Conhecendo o comportamento da bússola, utilize-a para determinar os polos norte e sul do ímã. Explique as suas experiências com a ajuda de desenhos.

Exemplos de desenhos feitos pelos alunos:
                            

Como é possível identificar os polos dos ímãs sem uma bússola?

Uma maneira é suspender um ímã de barra por um fio fino. Este ímã suspenso apontará na direção norte-sul da Terra como a agulha da bússola o faz. Assim, os alunos podem identificar os polos dos ímãs, ou seja, o polo do ímã que aponta para o norte geográfico da Terra é o polo norte do ímã e o outro é o polo sul.

Para conflitar a ideia dos alunos de que os iguais se atraem aproximamos um dos ímãs da bússola, nomeando o polo atraído pelo norte da agulha de polo norte e o outro polo de sul. Repetindo o procedimento com outro ímã e por fim, aproximar os dois ímãs. Os alunos conseguem perceber que os polos iguais se repelem e os e os polos diferentes se atraem, confrontando a ideia deles. Essa forma é interessante, porque desconstrói a concepção dos alunos e os ajuda na construção do seu conhecimento através de uma experiência feita por eles.

Comentários finais

Geralmente os alunos gostam do experimento e têm uma participação ativa. Durante o experimento pode ocorrer que a ponta da agulha da bússola, pintada de branco, aponte para o norte geográfico da Terra, sendo necessária uma discussão para esclarecer que qualquer ponta da agulha que aponta para o norte geográfico da Terra é o polo norte da agulha, independentemente da cor dessa ponta.
Após a realização de todo o experimento os alunos socializaram suas hipóteses, suas dúvidas e conclusões e o professor pode intervir durante a discussão para a escolha das explicações mais coerentes.

Avaliação

A avaliação é contínua, isto é, durante o desenvolvimento das atividades os alunos são observados no que diz respeito à execução da experiência e o entendimento daquilo que estão observando e o registro de suas explicações. Os alunos também são avaliados após as atividades de magnetismo, esta avaliação é uma prova que tem como base os experimentos feitos por eles, e os conteúdos abordados são as forças de atração e de repulsão entre ímãs, nomeação dos polos de cada ímã. Para ter uma ideia da avaliação faça um link em avaliações.

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