Apresentação - Instituto de Física / UFRJ

Aprendizagem em física
AULA 12
26/05/09
1. ELETRICIDADE – P1- CAP. 6- ARONS
2. ARTIGO DE DUIT/RHÖNECK
3. CONCEPÇÕES SOBRE ELETRICIDADE DOS ALUNOS EM DIVERSOS PAÍSES
4. CD – LABORATÓRIO INTERATIVO DE ELETROMAGNETISMO
5. EXPERIÊNCIAS SIMPLES DE ELETRICIDADE
AMBAR
1
• O estudo da eletricidade se iniciou na
Antigüidade, por volta do século VI a.C, com o
filósofo e matemático grego Tales de Mileto. Ele
foi quem observou o comportamento de uma
resina vegetal denominada de âmbar, ao atritar
essa resina com tecido e/ou pele de animal,
Tales percebeu que daquele processo surgia
uma importante propriedade: o âmbar adquiria a
capacidade de atrair pequenos pedaços de
palha e/ou pequenas penas de aves. Em grego,
a palavra elektron significa âmbar, a partir
desse vocábulo surgiram as palavras elétron e
eletricidade
Origem da palavra eletron
O âmbar verdadeiro é uma resina fóssil, chamado
às vezes karabe (árabe), que significa "o que
atrai a palha“.
Propriedade, observada primeiramente por Thales
de Miletus (585-495 BC) que sugeriu a palavra
“eletricidade“ (do grego elektron) usado para o
âmbar e para ligas de ouro e prata.
• O âmbar é chamado também de electrum
sucinum (succinum), e glaesum ou glesum por
escritores latinos. Em hebreu arcaico hashmal
significar âmbar, embora o hebreu moderno use
a palavra i'nbar, inspirada do
2
A CARGA ELETRICA
forças de atração e repulsão
Charles François de Cisternay du Fay em 1773 existência de atração e
repulsão em termos de cargas elétricas foi observada na
eletrização por atrito e mostrou que existem dois tipos de carga:
positiva e negativa.
Conservação da carga
¾ Normalmente um corpo é neutro por ter quantidades iguais de
cargas positivas e negativas. Quando o objeto I transfere carga de
um dado sinal para o objeto II, o objeto I fica carregado com carga
de mesmo valor absoluto, mas de sinal contrário. Esta hipótese,
formulada pela primeira vez por Benjamin Franklin, é considerada a
primeira formulação da lei de conservação de carga elétrica.
Arons
HÁ PROBLEMAS PARA A COMPREENSÃO DOS
CONCEITOS DA ELETRICIDADE ESTÁTICA
Evidência
¾ movimento de corpos
¾ Observação de interação a distância
¾ Transferência de energia
¾ Forças atrativas e repulsivas
Construção de conceitos abstratos:
¾
¾
¾
¾
¾
cargas elétricas igual/oposta
corrente elétrica
diferença de potencial
intensidade de campo
Força de Lorentz
... a estrutura conceitual dos conceitos necessários para a compreensão da
eletricidade estática estão ainda mais afastados de suas manifestações
concretas do que a estrutura conceitual da mecânica.
3
Como compreender?
Os conceitos utilizados para
compreender o que é um circuito
elétrico são abstratos e os estudantes
precisam desenvolver modelos
conceituais das relações que existem
entre quantidades não observáveis:
corrente, diferença de potencial
resistência, em termos de outras
quantidades não observáveis como
energia e eletrons.
É NECESSÁRIO tempo para assimilar novas
definições operacionais e sempre confrontar os
alunos com perguntas como:
¾ Como sabemos...?
¾ Porque acreditamos...?
¾ Estabelecer conexões estáveis entre os
conceitos e os fenômenos...
¾ ...é importante APLICAR, sempre que oportuno,
os conceitos da mecânica já estudados:
posição, tempo, velocidade, aceleração, força,
massa, momento, energia.
4
TRÊS FORÇAS CONHECIDAS poderiam
explicar SEMELHANÇAS E DIFERENÇAS
¾ ELÉTRICAS
¾ MAGNÉTICAS
¾ GRAVITACIONAIS
Estabelecer conceitos básicos:
eletricidade por atrito
• Cargas iguais e opostas
• Interação elétrica
• Carga como propriedade fundamental
da matéria (metais,vidro, madeira,
papel e plástico são diferentes em
relação a mobilidade/transferência das
cargas elétricas
• Condutor
• Isolante
5
Observar Cargas iguais e opostas
DIFICULDADES
Definição operacional de cargas do mesmo tipo.
Prover evidências da existência de cargas
´opostas´.
Reconhecer comportamento de sistemas iguais e
diferentes?
1. Corpos com a mesma carga exercem forças
repulsivas entre eles.
2. Os diferentes estados de carga.
3. Corpos neutros atraem corpos carregados?
Experiências eletrostáticas do cotidiano
Arons:...SÃO DIFÍCEIS E TEDIOSAS...recomenda que
sejam feitas como dever de casa Seção Cap.6- 6.4,
com roteiros programados pelo professor.
Organizar um roteiro que programe as atividades para
registro das observações feitas controlando:
1. Tipo de material
2. Quantidade de matéria dos corpos em interação.
3. O que acontece quando o corpo foi atritado com
diferentes materiais e comparação com
comportamento sem atrito.
4. Reconhecer tipo de forças atrativas ou repulsivas.
5. etc.,etc.
6
Convenção arbitrária para distinguir as cargas elétricas POSITIVAS E
NEGATIVAS e os pólos magnéticos de um imã: N e S
Compreensão de positivo e negativo de carga através de excesso e defeito.
Distinção de duas espécies de eletricidade que atraem e repelem corpos neutros.
Observação dos efeitos de varetas de vidro e enxofre quando atritadas com seda sobre pequenos
pedaços de papel.
•
o vidro atritado com seda exerce força de atração sobre papel que é repelido
•
a enxofre com seda exerce força de atração sobre papel que é repelido
•
•
O papel repelido pelo vidro é atraído pela enxofre.
O papel repelido pela enxofre é atraído pelo vidro
Repetindo a experiência com outros corpos veremos que todos eles dividem-se em dois grupos:
uns comportam-se do mesmo modo que o vidro atritado com seda; outros, como o enxofre
atritado com seda.
ELETRICIDADE POSITIVA
ELETRICIDADE NEGATIVA
Os pólos magnéticos : N e S são indissociáveis
Provocar AÇÕES SEMELHANTES (atração e repulsão) com sistemas
físicos diferentes
Eletricidade positiva e negativa
Observar os efeitos sobre corpos leves [papel [1] e [2] ] exercidos por um bastão
de vidro e outro de enxofre após os dois serem atritados com seda.
COMPORTAMENTO
MESMO
Bastão de vidro atrai o papel [1] e logo o repele
Bastão de enxofre atrai o papel [2] e logo o repele
OPOSTO
Bastão de vidro atrai [2] e o bastão de enxofre atrai [1]
CONCLUSÃO:
[1] é repelido pelo vidro e atraído pelo enxofre
[2] é repelido pelo enxofre e atraído pelo vidro
7
Polarização (p. 177)
A importância da evidência experimental que aponta para o papel da carga elétrica
na estrutura da matéria.
Aceitar que:
1.
A matéria é discreta
2.
Existência de cargas diferentes que mantém os átomos o e moléculas ligados
3.
Faíscas através do ar dão evidência da existência de cargas em sistemas inicialmente
neutros (condução)
4.
Condução, corpo carregado por atrito ou por indução mostra o grau de mobilidade da
carga elétrica nos diversos materiais : CONDUTORES E ISOLANTES
(SEMICONDUTORES)
5.
Comportamento dentro do material neutro das distribuições de carga elétrica.
6.
Visualizar deslocamento e separação de carga.
7.
Comportamento da carga em condutores e isolantes
8.
Elétron é familiar e explica todos os fenômenos: é preciso manter a diferença entre
observação e experimentos macroscópicos que não discriminam o tipo de carga.
9.
Mostrar que os elétrons conduzem carga: os gases ionizam e nos eletrólitos a carga se
movimenta através de íons positivos e negativos.
Arons, p.179
O ponto de partida apropriado não é o modelo mas o fato observado...e este
é a interação entre cargas elétricas e corpos neutros.
A explicação é portanto decorrente da observação e a esse fato chamamos
POLARIZAÇÂO. Esse conceito é explicado a posteriori e não a priori...
Levar os alunos a considerar os efeitos análogos nos imãs permanentes.
Mostrar efeito de corpo carregado por atrito sobre diversos materiais.
Mostrar efeito de um imã permanente:
I. sobre os mesmos materiais
Ii sobre conjunto de tachinhas, clips,etc.
Intensidade da interação eletrostática e das forças de atração gravitacional
8
Escolh da força de atração e repulsão
elétrica, magnética e
gravitacional (p. 168-69)
PSNS : Physical science for non science students
Evidenciar existência de alguma coisa que se encontra em todo tipo de
substância: sal, papel, alumínio, vidro, chá, arroz, café, clip,
taxinhas, plástico....todos esses materiais apresentam mesmo efeito
para a mesma causa.
1.
atritar régua plástica e colocar perto de quantidades muito pequenas
desses materiais. Descrever as observações.
2.
Colocar um imã perto dos mesmos materiais.
1.
2.
Comparar as duas situações e desenvolver idéias para
encontrar explanações que permitam explicar:
O que mantém os átomos de um grão de sal (ClNa) coesos?
Colocar os números e fazer os cálculos e informações necessárias
para poder entender as semelhanças e diferenças do
comportamento observado.
Carga como propriedade fundamental
da matéria: à procura de evidência do tipo de
força observada nos sólidos
A figura ao lado representa um modelo
simplificado de uma cadeia de átomos
de sal (ClNa). Supondo que a última
partícula seja um átomo de sódio Na
de massa m ~ 4 x 10-26 kg e peso
P = 4 x 10-25 N, a força necessária para
que esse átomo se mantenha ligado
aos átomos da cadeia acima é
Cl
Na
F = 4 x 10-25 N para acima
9
Força gravitacional F = (G.m1.m 2) / r2
¾ O cálculo do valor da intensidade da força de atração gravitacional entre
os átomos do NaCl (sal comum) é feito a seguir:
¾ mCl = 6 x 10-26 kg
¾ mNa = 4 x 10-26 kg
¾ G (constante da gravitação universal) = 7x10-11 Nm/kg2
¾ r (raio atómico)≅ 10-8cm.
¾ Utilizando os dados acima temos que:
¾
F = 2 x 10-42 N << peso do ion Cl
Força magnética.
¾ As características da força magnética devem responder as seguintes
perguntas:
¾ i. Que tipo de forças são exercidas pelos imãs? Tanto atrativas com
repulsivas.
¾ ii. Quais os materiais que respondem a ação dos imãs? Somente alguns:
grupo do ferro, terras raras actinídeos e lantanídeos.
III. Um pequeno imã pode sustentar um prego grande? A intensidade da
força magnética deve ser maior o igual ao peso do prego.
¾ iv. Você acha que a força magnética entre um prego e um pequeno imã é
maior ou menor que a força gravitacional entre os mesmos? Muito maior
¾ v. As respostas acima permitem decidir quanto a possibilidade das forças
magnéticas.
¾
Força elétrica
Benjamim Franklin primeiro cientista a denominar como positiva e negativa as duas
diferentes cargas elétricas. Em 1785, Charles Coulomb, engenheiro francês,
encontrou empiricamente a relação que associa a força elétrica às cargas dos
corpos: F= k Q Q' / r2 onde k constante de proporcionalidade, Q e Q’ as cargas
e r a distância entre os centros dos corpos.
Unidades: Um Coulomb : quantidade de carga elétrica que colocada a 1m de
outra igual é repelida por uma força de 1N. Como resultado desta escolha a o
valor da constante k é k = 9x109 N.m2 / C2.
Calcular a carga elétrica Q da régua de plástico para atrair um papel de peso
P= 10-3 N
a carga Q da régua é igual a carga – Q do papel.
¾
Supor a separação entre os centros das cargas é 5 mm.
¾
O valor da força elétrica F deve ser igual ao o do peso de papel ~
Com esses dados pela lei de Coulomb : Q = 2,6 x 10 -9 Coulomb
Na cadeia de NaCl supor íon de Na com carga positiva.
¾
Qual será a carga do ion de Cl? (negativa, para ser atraída).
¾
Para aplicar a lei de Coulomb ao cálculo da força entre os átomos de Na e
Cl precisamos informações sobre a carga dos íons e a separação entre
eles. (Millikan e Thomson deram respostas: carga mas pequena
¾
q = 1,6 x 10 -19 Coulomb e raio do átomo r ~ 10-10 m.
Felétrica = 2,6 x 10-7 N que é 1016 > vezes a força
gravitacional necessária para suspender a massa
do Cl.
10
CARGA POR INDUÇÃO
¾ indução eletrostática ocorre quando um corpo
carregado (indutor) é colocado perto de um
condutor neutro (induzido).
¾ cargas do indutor atraem ou repelem as cargas
negativas do corpo neutro (polarizam).
¾ A distribuição de cargas no corpo induzido
mantêm-se na presença do indutor.
¾ O corpo induzido permanece carregado quando
após ser polarizado é colocado em contato com
a terra ou outro corpo neutro antes de afastá-lo
do indutor.
A lei de Coulomb e a quantificação da carga
Cap.6, p.181 - 182)
Lembrar aos alunos que, tanto a lei de
Coulomb é induzida, e não derivada ou
provada, quanto as leis do movimento de
Newton, a lei da gravitação universal e as
leis da conservação.
As leis físicas são conhecidas por indução e
não por dedução.
11
A lei de Coulomb
Carga elétrica é imponderável
Mas:
• É possível medir as forças exercidas entre
corpos carregados numa balança de torção.
• Têm vídeos interessantes no LADIF (VHS)
Project Group (# Eletricidade I)
• PSSC
• Antonieta
.
CONSERVAÇÃO DE CARGA
¾ Formulada pela primeira vez por Benjamim
Franklin (1747).
¾ Um corpo neutro tem quantidades iguais de
cargas positivas e negativas.
¾ Quando um objeto I transfere carga de um dado
sinal para outro objeto II, o objeto I fica
carregado com carga de mesmo valor absoluto,
mas de sinal contrário.
¾ Esta hipótese, é considerada a primeira
formulação da lei de conservação de carga
elétrica.
12
Intensidade do campo elétrico
E = F/qprova
¾Arons chama atenção desta expressão
ser uma identidade e não uma igualdade.
¾E é o nome para denotar a idéia de
campo elétrico no ponto em que a ponta
de prova é colocada.
¾F é a força por unidade de carga positiva.
¾Quantificação do campo elétrico.
¾Fazer analogia com campo gravitacional.
Princípio de superposição
¾ Toda carga pontual numa distribuição de cargas contribui para o valor do
campo elétrico num dado ponto, independentemente das outras cargas
presentes.
¾ Os efeitos das cargas são somados para indicar o campo elétrico num
dado ponto do espaço.
¾ Dificuldades: (p. 187) quando se superpõe os efeitos de mais de uma
distribuição de cargas.
¾ 1.Campo produzido por mais de dois esferas carregadas tratadas como
cargas pontuais no centro da esfera é válido quando a interação entre as
esferas é desprezível, o campo elétrico é definido pela distribuição final
das cargas. O campo total resultante é àquele determinado pela
distribuição final estática atingida.
¾ 2. A presença de corpos reais e não somente distribuições de cargas
incorpóreas apresenta outra dificuldade : penetração do campo de um
corpo no campo de outro através de um corpo.
¾ 3. Blindagem devida ao cancelamento dos campos é resultado da
redistribuição das cargas
13
Interação eletrostática e as leis de Newton
Problema (Arons, 6.10, p. 182)
A figura mostra duas esferas uniformemente carregadas, isoladas
eletricamente e fixas a um disco que se movimenta livremente
sobre uma mesa de ar. Uma das esferas tem carga q = +2,0 x 10-8
C e a outra q´= + 6,0 x 10-8 C.
Os discos se movimentam livremente sobre a mesa de ar.
Trace os diagramas de força do corpo livre, das esferas e dos
discos, mostrando todas as forças que agem sobre cada um
dos 4 objetos. Seja cuidadoso quando traça os vetores e
escolha uma escala que mostre claramente a intensidade da
força que você está representando.
q = +2,0
x 10-8 C
+ +
q´= + 6,0 x 10-8 C
+ + ++
++
Resultados observados por Arons com 40 estudantes
universitários após ter aprovado um curso universitário de
Física Introdutória com cálculo.
i.
65% mostram a força elétrica numa esfera
como sendo 3 vezes maior que a outra.
i.
85% não mostram a interação horizontal entre
as esferas e os discos.
i.
60% erram ao representar algumas das forças
verticais.
14
Ensinar os conceitos de eletricidade a partir das
dificuldades de aprendizagem dos alunos ??
¾ Mudança conceitual versus o que fica a partir da instrução.
¾ Recomendação do Modelo híbrido = Substituição
conceitual.
¾ Predominância do modelo mais útil...e mais manipulado
também...
¾ Compreender e também acreditar:
¾ Raciocínio vs EMOÇÃO??? (CONTEXTO).
¾ Conflito cognitivo e dificuldades para criá-lo.
¾ Criar estratégias que enfrentam as CA dos alunos para
construção dos conceitos físicos.
¾ Analogia com circuitos em tubos de água mostrando
diferenças e limitações.
A SEGUIR MOSTRAMOS RESULTADOS DE DIVERSAS PESQUISAS
SOBRE CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS EM ELETRICIDADE
FEITAS EM DIVERSOS PAÍSES
Conceitos alternativos em eletricidade- I. Mitchell, Monash University, NZ
(estudo feito com crianças de ~12 anos)
™
(a) A eletricidade não requer um circuito para fluir: um único fio é necessário para
ligar a fonte ao aplicativo eletrico.
™ (b) O isolamento dos fios condutores mantém a eletricidade dentro do fio da
mesma forma que os tubos mantem água confinada nos canos.
™ (c)Precisamos ISOLAR os fios para manter a eletricidade quando negocia um
vértice do circuito.
™ (e) A eletricidade é gasta quando anda no circuito: há mais eletricidade no início
do circuito que perto do final dele.
™ (f) A corrente positiva sai de um termInal da bateria e a corrente negativa sai pelo
outro terminal e elas colidem na lâmpada. Nada volta para a bateria.
™ (g) As baterias contem uma certa quantidade de eletricidade ou eletrons., não
existem partíclas elétricas nos fios antes de ligar a chave. Eles fluem para fora da
bateria ou da tomada.
15
Concepções que caracterizam o pensamento
dos estudantes sobre eletricidade
¾ Entidade indiferenciada que pode se referir a: energia,
corrente, voltagem.
¾ Substância que flui de uma fonte.
¾ Há um raciocínio seqüencial sobre os eventos que acontecem
num circuito.
¾ A bateria é uma fonte que entrega ou produz corrente.
¾ A correlação da linguagem simbólica com os elementos reais
é complexa (comparação de problemas com diagramas com
circuito na realidade)
Modelos dos alunos sobre o comportamento
dos circuitos elétricos
1.
UNIPOLAR (consumo): A eletricidade sai de um único
pólo da bateria e no precisa fio de retorno.
2.
CHOQUE: a eletricidade sai dos dois lados da bateria
e colide na lâmpada produzindo ou causando luz.
3.
CONSUMIÇÃO: eletricidade sai de um pólo e é usada
quando passa pelos diversos elementos e parte volta
(precisa de fio de retorno).
4.
COMPARTILHA: a eletricidade é compartilhada por
todos os elementos do circuito
16
R. Duit & Ch. von Rhöneck
Aprendizagem e compreensão dos conceitos
chave em eletricidade
¾ Significados cotidianos de corrente.
¾ Efeito causal linear entre baterias e lâmpadas
¾ Consumo de corrente
¾ Raciocínio local versus sistema
¾ Voltagem em circuitos fechados
¾ Raciocínio seqüêncial.
¾ Resistência.
¾ Ver e acreditar: a evidência empírica, a
concepção prévia e a crença.
Johannes Tveita
Nesna University College, Norway, email:
[email protected]
• 1) corrente e voltagem são confundidas.
• 2) a bateria é a fonte de corrente dos
eletrons.
• 3) as lâmpadas e outras resistências
consumem corrente.
• 4) A bateria é um gerador constante de
corrente. A corrente gerada pela bateria é
considerada ser constante a pesar de
outras mudanças acontecerem no circuito.
17
PACCA ET AL.
18
OS ALUNOS DEMONSTRAM DIFICULDADES NA APRENDIZAGEM DE CONCEITOS DE
ELETRICIDADE EM RELAÇÃO À:
I) Desenvolver raciocínio sistêmico:
¾ Um tipo de raciocínio linear causal é empregado para explicar o funcionamento dos circuitos
elétricos.
¾
Em circuitos simples a energia da fonte é ´consumida.
¾
Após aprenderem conceitos sobre resistência, a corrente anda numa direção e afeta as
componentes do circuito.
¾
O raciocínio linear diferente do raciocínio sistêmico, é necessário compreender o circuito
elétrico como um sistema fechado, em que todos os componentes interagem uns com os
outros e qualquer perturbação estende em todas as direções.
Ii) Diferenciação Conceptual :
¾ Alunos confundem características da corrente e da energia;
¾ A tensão é considerada uma propriedade que mede a "força".
iii) Estabelecer relações fenomenológicas
¾ Para os estudantes, não existem características comuns entre a atração / repulsão dos corpos
eletrizados e a iluminação de uma lâmpada elétrica.
iv) Articular diferentes modelos
¾ Relações entre vários modelos - qualitativos com os quantitativos, macroscópicos com
mecanismos subjacentes microscópicos.
REFLEXÕES SOBRE ENSInO-APRENDIZAGEM NO ARTIGO DE DUIT
¾ Devem se conhecer as dificuldades dos alunos pré e pós instrução.
¾Levantamento dos CA Duit/Rhöneck e outros mostram as mesmas idéias.
¾Significados cotidianos diferentes e mais próximos da idéia de energia.
¾Lembrar que a companhia que distribuía eletricidade no Brasil por anos era a LIGHT
e que o primeiro serviço importante para a população foi iluminar...LUZ .
¾APÓS INSTRUÇÃO PERSISTE A IDÉIA DE ´CONSUMIR´ CORRENTE.. ELES VÊEM
A PILHA : ´ ACABOU - GASTA´ - FOI EMBORA... .
¾Circuito É VISTO como conjunto de elementos independentes e não como um
SISTEMA.
¾Análise fig 2 (p.3) seria importante utilizar voltímetro e ohmímetro. É necessário
estabelecer conceito de corrente
1. haver uma fonte de energia que estabelece um d.d.p. (conceito voltagem) 2. que
o que é aplicado ao circuito produz modificação na corrente que passa pelo
mesmo?? (ou se estabelece)
¾ Os verbos utilizados são importantes induzindo ao erro?
Haver, ter , existir ??
¾ CORRENTE
ESTABELECER... FORMAR...CONSTITUIR...GERAR
COMO SABER QUE OS ALUNOS DIFERENCIAM OS CONCEITOS DE CORRENTE E
TENSÃO?
19
COMO ESTÃO seqüenciadas NO TEMPO as evidências empíricas e as
concepções alternativas ? Quanto de teoria deve se conhecer antes de
mostrar o comportamento físico?
p.6-7 O que significa CONVENCER os alunos sobre a leitura do medidor e
verificar que isso não se sustenta ???
DIFICULDADES NO ENSINO - NA APRENDIZAGEM...
Co-existência das CA´s com conceitos científicos deve ser aceita porque é uma
realidade que só pode ser modificada pelo aprendiz?
Há possibilidade de substituição?
FATOR TEMPO E SIGNIFICADOS DO COTIDIANO QUE SÃO ÚTEIS PARA O
USUÁRIO E EXPLICAM SUA PERMANÊNCIA
1. Corrente como fluído/ combustível= energia ?
2. Qual a origem da energia eletrica? Compreensão do que é uma bateria
ou a tomada onde ligamos os aparelhos para que funcionem?
3. Estamos habituados a ver o carro parar quando falta gasolina...
Recomendações de Duit e Rhoneck
1.
Discriminar fluxo de corrente de fluxo de energia.
Sugiro usar a bateria nova e a velha...Com lâmpadas novas idênticas...
Sugiro que o aluno conheça a história da bateria e como esta funciona:
Volta e Galvani...e fazer experiências de eletrolise.
2. Diferenciar corrente e tensão: estabelecer significado e uso de
linguagem e verbos apropriados deverá ajudar:
Aplicar tensão : CARACTERÍSTICA DA FONTE.
Estabelecer uma corrente NUM CIRCUITO (componentes, fios, fechado).
Noção de circuito aberto e fechado.
Reconhecer o papel:
i. chave QUE LIGA E DESLIGA O CIRCUITO.
ii.função da tomada e da bateria no circuito.
3. O raciocínio localizado numa parte de um circuito é seqüencial, e
depende da posição da componente no circuito.
4. É importante definir
i. CIRCUITO COMO SISTEMA.
ii. IDENTIFICAR AS COMPONENTES SUA FUNÇÃO NO CIRCUITO
20
Conceitos científicos que os alunos devem desenvolver após instrução
¾ Eletricidade deve ser compreendida como um conjunto de fenômenos
explicáveis através da noção da interação de cargas elétricas existentes nos
fios e do seu movimento. Aparece a noção de circulação através de todo o
circuito sem 'perdas'. É isso que é chamado de corrente e é associado com
uma taxa de variação das cargas. As lâmpadas não consomem essas cargas,
mas agem como uma resistência ao passagem das mesmas.
¾ As cargas se movimentam em resposta a forças. No nível individual
microscópico são como as forças que agem entre corpos carregados, mas no
nível macroscópico essa influência sobre o movimento das cargas é atribuída
à diferença de potencial devida à presença de uma bateria o outro sistema que
acumule cargas, como um capacitor. Deste ponto de vista, as baterias não
criam cargas, estas estão presentes, mas são responsáveis pela
movimentação das cargas. Quando as cargas são concentradas num capacitor
podem 'empurrar-se' umas às outras e podem agir como uma fonte por certo
tempo.
¾ Estabelece-se uma corrente somente quando existe continuidade em todos os
elementos do circuito, conectados por fios, através dos quais as cargas podem
se movimentar.
¾ A noção de eletricidade que diferencia: energia, corrente e diferença de
potencial é fundamental.
¾ Aparece a relação entre voltagem, corrente e resistência. A noção de que
existe uma relação entre o esforço, resultado e resistência pode ser facilmente
transferida quando se discute o comportamento de um circuito elétrico, do
qual se conhecem diferença de potencial e a resistência que determinam a
corrente no circuito.
¾ O comportamento de um circuito deve ser visto em termos do funcionamento
de cada elemento em relação à soma de todos os outros elementos (sistema).
Quando se adiciona uma lâmpada ao circuito é importante verificar em que
forma está ligada às outras componentes, de forma a saber como a resistência
total do circuito mudou (aumenta ou diminui; circuito em série e paralelo, etc.).
Características das formas de compreensão
dos estudantes sobre eletricidade
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Eletricidade é uma entidade indiferenciada de vários outros conceitos como:
corrente, energia, voltagem, etc.
'Eletricidade" é uma substância que flui saindo de uma 'fonte'.
O raciocínio utilizado é localizado ou seqüencial para explicar os fenômenos que
acontecem num circuito.
4. A própria linguagem leva os estudantes a fazer confusão:
corrente sendo fornecida por uma fonte
gerar corrente…
energia (elétrica) é a corrente que pagamos nas nossas contas da 'luz'…
Os alunos não correlacionam os elementos de um diagrama simbólico (esquema)
de um circuito elétrico com as componentes reais: fios condutores, resistências,
lâmpadas, pilhas, etc.
5. As pesquisas mostram que os alunos utilizam modelos diferentes para explicar
o funcionamento da eletricidade nos circuitos:
unipolar: a eletricidade sai de um polo da bateria e não é necessário um segundo
fio de retorno à bateria.
colisão : a eletricidade vem de pólos opostos e colide dentro da lâmpada
produzindo luz.
consumo: a eletricidade sai de uma extremidade da bateria e é utilizada quando
passa através dos diversos elementos do circuito, voltando parcialmente para a
bateria, por isso é necessário colocar um fio de retorno.
compartilhar: eletricidade é distribuída por todos os elementos do circuito.
21
TAREFAS AULA
02/06/09
• 1. Roteiro PROGRAMADO, para
LEVANTAMENTO de observações
sistemáticas e tediosas segundo Arons
IMPORTANTES (Cap.6, p. XXXXX)
• Problema xxxxx
22