FÍSICA 3 - ensino integral
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F25 ‐ Associação de Resistores fev mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução Associações de resistores são usadas em diversas aplicações. Um exemplo é a associação de altofalantes em sistemas de som ou de lâmpadas em instalações natalinas. Informações Adicio nais O conceito de resistor equivalente corresponde ao dispositivo que ao substituir um conjunto de outros resistores mantém-se a mesma corrente. Na associação em série a Associação de Resistores - Crédito: Wikimedia/Omegatron corrente é idêntica em todos resistores e a diferença de potencial Pro blema na instalação é igual à soma das Comprovar as propriedades das associações de diferenças de potencial em todos os resistores em série e em paralelo. seus elementos. Na associação em paralelo, a diferença de potencial é a mesma na instalação e em seus Atividade Prática componentes e a corrente geral é a A atividade consiste em montar circuitos com soma das correntes nos resistores. associações de resistores (alto-falantes) em série e em paralelo e realizar medidas para comprovar suas Profissões Envolvidas propriedades. As montagens sugeridas serão realizadas de acordo com as figuras fornecidas pelo Engenheiro elétrico, engenheiro eletrônico, técnico de laboratório. professor. As equipes devem: - Analisar os circuitos das associações em série e paralelo. - Montar o circuito da associação em série e medir correntes e tensões. - Montar o circuito da associação em paralelo e medir correntes e tensões. - Organizar tabelamento das medidas para a finalidade de verificar as propriedades das associações de resistores em série e em paralelo. © Copyright www.worldfund.org Física STEM Brasil Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F25 - Associação de Resistores F25 ‐ Associação de Resistores Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Descrição da Atividade Nessa atividade os alunos poderão associar resistores em série e em paralelo e comprovar as propriedades dessas associações. Objetivos - Compreender o conceito de resistor equivalente. - Assimilar esquemas de circuitos elétricos simples. - Montar circuitos a partir de esquemas. - Aprender a operar o multímetro. - Realizar medidas de grandezas elétricas. - Comparar resultados de medidas elétricas com valores previstos teoricamente. Procedimentos Relatório incluindo pesquisa sobre aplicações das associações de resistores. - Organizar os alunos em grupos. - Orientar a montagem dos componentes. - Explicar e orientar os grupos quanto ao funcionamento do multímetro. - Apresentar a representação esquemática de cada componente. - Orientar os alunos quanto aos cálculos. Tempo 02 aulas. Conteúdos - Resistência elétrica. - Medidas elétricas. - Propriedades de resistores. Equipamentos Professor: F25 - Associação de Resistores Física Ferro de solda, tubo de solda, conjunto de chaves pequenas variadas, alicate de bico, multímetro digital, 4 bases para ligações com três tomadas, 1 base para ligações com 1 tomada, 2 resistores (12 K, 22 K, ¼ W), 12 plugues comuns, 1 interruptor para pulsador, 5 m de fio paralelo AWG 20, fonte de corrente contínua (entrada 110/220 V; 7 saídas escalonadas de 1,5 a 12 V). STEM Brasil www.worldfund.org F25 ‐ Associação de Resistores Habilidades do STEM Brazil X01 Aprender por Perguntas X02 Criatividade e Inovação X03 Comunicação Eficiente X04 Resolução de Problemas X05 Planejamento e Organização X06 Gerenciamento de Informação X07 Aprender Continuamente X08 Persistência X09 Empatia X10 Iniciativa e Motivação X11 Autocrítica X12 Trabalho em Equipe X13 Liderança X14 Atitudes Positivas X15 Gerenciamento de Riscos X16 Capacidade de Adaptação X17 Pensamento Crítico X18 Habilidades Computacionais X19 Responsabilidade X20 Rede de Contatos X21 Curiosidade Comunicação Eficiente Os alunos precisam apresentar os seus resultados para os seus colegas e o professor de uma forma coerente Resolução de Problemas Essa configuração é relativamente simples, mas você precisa ter certeza que as conexões estão bem feitas e os valores corretos dos resistores estão sendo usados. Planejamento e Organização É preciso planejar e se organizar para configurar o circuito e coletar os dados. Aprender Continuamente Resistores são usados em quase todos os circuitos elétricos para limitar a corrente, ou para criar uma queda de voltagem específica. Mesmo o balastro em lâmpadas fluorescentes funciona como um resistor para manter a corrente na lâmpada limitada. Autocrítica Aprender por Perguntas Os alunos devem ser capazes de reconhecer acertos Essa atividade pode gerar e erros no seu próprio trabalho. perguntas sobre por que o uso de Capacidade de Adaptação resistores é importante para limitar o fluxo de corrente em certas Que outros tipos de resistência podem ser usados nessa atividade? Por exemple, uma linha desenha situações. com um lápis pode servir como um resistor. Criatividade e Inovação Professor: F25 - Associação de Resistores Pensamento Crítico Como você pode derivar as equações para mostrar o fluxo de corrente através de um circuito contendo resistores em série e em paralelo? Curiosidade Como que resistores comerciais são feitos? Software PhET tem um ótimo simulador de circuito (http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuitconstruction-kit-dc ). Não é tão bom quanto usar as peças de verdade, mas pode ajudar a entender o sistema. Física Os resistores são componentes básicos de quase todos os circuitos elétricos? Como você pode usar resistores na construção de uma calculadora para dividir um número por dois? (Nota: conecte dois resistores do mesmo valor em série. Ajuste a voltagem através dos resistores para o número que você quer dividir e, em seguida, meça a voltagem em apenas um dos resistores). STEM Brasil www.worldfund.org F26 ‐ Associação de Geradores fev mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução Os geradores são geralmente relacionados àqueles que “geram” energia elétrica. O conceito é mais amplo e inclui as pilhas ou baterias comuns (usadas em pequenos aparelhos, brinquedos, controles remotos, celulares). Informações Adicio nais Pilhas Recarregáveis - Crédito: Wikimedia/Andrevruas Pro blema Comprovar as propriedades dos geradores associados em série e em paralelo e compreender as finalidades de cada instalação. Atividade Prática Geralmente as associações de pilhas em equipamentos são realizadas em série. Uma exceção importante é a bateria de automóveis. Nela as placas geradoras estão associadas em paralelo. Os caminhões usam duas baterias de 12 volts associadas em série para constituir a tensão prevista para a operação de seus equipamentos, 24 V. Na associação em série a tensão é a soma das tensões das pilhas. A corrente em cada pilha é a corrente na associação. Na associação em paralelo a tensão é comum com a tensão das pilhas e a corrente é a soma das correntes nos elementos da associação. A atividade consiste em montar circuitos com associações de geradores em série e em paralelo e realizar medidas para comprovar suas propriedades. As montagens sugeridas serão realizadas de acordo com as figuras fornecidas pelo professor. O trabalho de cada equipe envolverá: - Analisar os circuitos das associações de pilhas em Profissões Envolvidas série e paralelo. - Montar o circuito da associação em série e medir Engenheiro elétrico, engenheiro eletrônico, técnico de laboratório. correntes e tensões. - Montar o circuito da associação em paralelo e medir correntes e tensões. - Organizar tabelamento das medidas para a finalidade de verificar as propriedades das associações de geradores em série e em paralelo. © Copyright www.worldfund.org Física STEM Brasil Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F26 - Associação de Geradores F26 ‐ Associação de Geradores Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre aplicações das associações de geradores. 02 aulas. Conteúdos - Geradores elétricos. - Medidas elétricas. - Propriedades das associações de geradores. Objetivos - Compreender o conceito de tensão da associação de geradores. - Assimilar esquemas de circuitos elétricos simples. - Montar circuitos a partir de esquemas. - Aprender a operar o Multímetro. - Realizar medidas de grandezas elétricas. - Comparar resultados de medidas elétricas com valores previstos teoricamente. - Entender as razões de usar pilhas em série e em paralelo. - Organizar os alunos em grupos. - Explicar o conceito de associações de pilhas. - Descrever as propriedades das associações de pilhas e o funcionamento do multímetro. - Orientar a montagem dos componentes. - Apresentar a representação esquemática de cada componente. - Orientar os cálculos necessários, sempre procurando partir do entendimento dos alunos e realizando perguntas que os levem a reflexão e a descobrirem por si mesmos o que está acontecendo. Física Ferro de solda, tubo de solda, conjunto de chaves pequenas variadas, alicate de bico, multímetro digital, 4 bases para ligações com três tomadas, 1 base para ligações com 1 tomada, 2 resistores (12 K, 22 K, ¼ W), 12 plugues comuns, 1 interruptor para pulsador, 5 m de fio paralelo AWG 20, 2 pilhas alcalinas AA. Professor: F26 - Associação de Geradores Nessa atividade os alunos poderão associar pilhas em série e em paralelo e comprovar as propriedades das associações de geradores. Procedimentos Tempo Equipamentos Descrição da Atividade STEM Brasil www.worldfund.org F27 ‐ Circuitos de Três e Quatro Vias fev mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução Bem antes da era da automação já havia a preocupação com conforto e economia de energia usando interruptores de três e quatro vias. Informações Adicio nais Os circuitos conhecidos como de três e quatro vias são usados principalmente em corredores de edifícios e escadas. Ao entrar no corredor liga-se a lâmpada e ao final, em outro Corredor de hotel - Crédito: Wikimedia/Cliff interruptor desliga-se. O circuito pode ter três interruptores quando Pro blema houver uma porta intermediaria coMontar circuitos com lâmpadas para uso em mo no corredor de um hotel com corredores de edifícios. muitos quartos. Atividade Prática Profissões Envolvidas A atividade consiste em montar circuitos de três e Engenheiro elétrico, engenheiro quatro vias para controle de lâmpadas instaladas eletrônico, técnico de laboratório. em corredores ou escadas. Analisar formas alternativas destes circuitos. As montagens serão realizadas de acordo com as figuras fornecidas pelo professor. Cada equipe deve trabalhar com os seguintes procedimentos: - Analisar os circuitos das lâmpadas comutadas com chaves de três vias. - Montar o circuito das lâmpadas comutadas com chaves de três vias. - Montar o circuito das lâmpadas comutadas com chaves de quatro vias. © Copyright www.worldfund.org Física STEM Brasil Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F27 - Circuitos de 3 e 4 Vias 27F ‐ Circuitos de Três e Quatro Vias Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre aplicações práticas de circuitos automáticos para comutação de lâmpadas. Descrição da Atividade A atividade apresenta a oportunidade aos alunos de criarem ligações com interrup-tores de três e quatro vias para ligação sequencial de lâmpadas em corredores e escadas, facilitando o entendimento dos conceitos relacionados aos circuitos elétricos envolvendo esses tipos de componentes. Objetivos - Compreender o funcionamento das chaves de três e quatro vias. - Entender a finalidade dos circuitos de comutação de três e quatro vias. - Montar circuitos usando chaves de três vias e quatro vias. - Montar circuitos alternativos. Procedimentos - Organizar os alunos em grupos. - Orientar a montagem dos componentes. - Apresentar a representação esquemática de cada componente. - Discutir as aplicações desses circuitos e o seu funcionamento. Tempo 02 aulas. Conteúdos - Comutadores. - Chaves de três e quatro vias. - Circuitos de comutação. Equipamentos Professor: F27 - Circuitos de 3 e 4 Vias Física Conjunto de chaves pequenas variadas, alicate de bico, 5 m de fio rígido AWG 20 (2,5 preto, 2,5 vermelho), fonte de corrente contínua (entrada 110/220 V; 7 saídas escalonadas de 1,5 a 12 V), 2 chaves de três vias, 1 Chave de quatro vias, tomada simples, 2 bases com três tomadas, 2 lâmpadas (12 V, 3 W) montadas em plugues, 2 plugues. STEM Brasil www.worldfund.org fev mar F28 ‐ Indução abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução A indução eletromagnética foi descoberta por Michael Faraday em 1820. A descoberta deflagrou uma revolução tecnológica com o advento do motor de indução. Montagem da Experimental - Crédito: Luiz Gonzaga Cabral Pro blema Como verificar a inducao eletromagnética por meio das experiências de Faraday? Atividade Prática Informações Adicio nais A indução eletromagnética é o surgimento de uma corrente numa bobina em circuito fechado como consequência da variação do campo magnético através de sua área. Depende da intensidade do campo, da rapidez da variação e das características da bobina (dimensões, número de espirais). Essa variação pode ser obtida por movimento de um ímã ou eletroímã nas proximidades da bobina ou por variação da corrente que produz o campo magnético desse eletroímã. Nessa atividade iremos repetir os experimentos de Faraday, compreendendo a formação da corrente induzida por efeito do movimento de um ímã, de um eletroímã energizado e da variação da corrente no eletroímã indutor. Etapas: - Montar a primeira experiência de Faraday. - Movimentar um dos alto-falantes e observar o que acontece com o sentido e intensidade da corrente em reposta ao sentido e intensidade do movimento. Profissões Envolvidas - Montar a segunda experiência de Faraday conforme a figura. Engenheiro elétrico, engenheiro - Movimentar o alto-falante energizado e observar eletrônico, técnico de laboratório. o que acontece com o sentido e intensidade da corrente em reposta ao sentido e intensidade do movimento. - Na montagem da segunda experiência, com o eletroímã parado, aumentar e diminuir a corrente, ligar e desligar, inverter a polaridade e observar o que acontece com as indicações correspondentes do multímetro. - Interpretar os resultados. © Copyright www.worldfund.org Física STEM Brasil Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F28 - Indução F28 ‐ Indução Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre aplicações práticas da indução eletromagnética em particular o forno de indução. Descrição da Atividade Nessa atividade os alunos podem realizar a repetição das experiências de Faraday usando pequenos alto-falantes que desligados funcionam como ímãs e ligados como eletroímãs. Objetivos - Compreender o sentido da palavra indução aplicada às experiências de Faraday. - Entender que o alto-falante tem ao mesmo tempo ímã e eletroímã. - Repetir os experimentos de Faraday. - Interpretar os resultados dos experimentos de Faraday. Procedimentos - Solicitar a formação dos grupos. - Perguntar sobre os conhecimentos prévios dos alunos, preferencialmente evitando o uso dos termos técnicos. Solicitar exemplos e descrições de situações do cotidiano. - Orientar a atividade buscando que os alunos cheguem às conclusões. Tempo 02 aulas. Conteúdos - Indução eletromagnética. - Leis de Faraday. - Ímãs e eletroímãs. Equipamentos Professor: F28 - Indução Física Fonte DC (110/220 V, 7 saídas dc escalonadas de 1,5 a 12 V), tomada simples com rabicho, 1 base com três tomadas simples, 1 base com tomada de novo padrão, 2 alto-falantes de 50 mm, 8 ?, 1 W, 4 m de fio paralelo AWG 22 (vermelho e preto), 12 plugues comuns, 1 multímetro digital, 1 bússola. STEM Brasil www.worldfund.org F28 ‐ Indução Habilidades do STEM Brazil X01 Aprender por Perguntas X02 Criatividade e Inovação X03 Comunicação Eficiente X04 Resolução de Problemas X05 Planejamento e Organização X06 Gerenciamento de Informação X07 Aprender Continuamente X08 Persistência X09 Empatia X10 Iniciativa e Motivação X11 Autocrítica X12 Trabalho em Equipe X13 Liderança X14 Atitudes Positivas X15 Gerenciamento de Riscos X16 Capacidade de Adaptação X17 Pensamento Crítico X18 Habilidades Computacionais X19 Responsabilidade X20 Rede de Contatos X21 Curiosidade Comunicação Eficiente Os alunos precisam apresentar os seus resultados para os seus colegas e o professor de uma forma coerente Resolução de Problemas Essa configuração é relativamente simples, mas você precisa ter certeza que as conexões estão bem feitas e os alto-falantes estão pertos o suficiente para obter o sinal. Aprender Continuamente Indução é usada em tudo, desde transformadores de potência (fazendo a conversão entre 220V e 110V, por exemplo) e até rádio. Os alunos irão testemunhar este conceito durante a vida inteira. Autocrítica Os alunos devem ser capazes de reconhecer acertos e erros no seu próprio trabalho. Capacidade de Adaptação Que outras fontes de indução podem ser usadas nessa atividade? Por exemplo, alunos poderiam O que acontece com o sinal enrolar um fio em volta de dois pregos grandes para quando a distância entre os altos- ver como funciona. Você precisa ter cuidado para não acabar com a fonte de energia, o que significa falantes muda? usar muito fio fino e isolado ou usar um resistor que limita a corrente no lado do circuito ligado à fonte Criatividade e Inovação de energia. É possível criar um abridor de Pensamento Crítico portas que utiliza indução para receber um sinal que abre a Como que você pode establecer o que acontece quando a distância entre indutores muda? fechadura? Aprender por Perguntas Curiosidade Como que cientistas foram de indutores pertos um do outro para sistemas de rádio onde cada antena fica muito longe da outra? Software Professor: F28 - Indução Física Se os alunos medirem a força do sinal como uma função da distância, eles poderiam usar Geogebra para plotar os dados na curva. STEM Brasil www.worldfund.org fev mar F29 ‐ Motor Elétrico abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução O motor elétrico usa o princípio da indução e da ação do campo magnético sobre condutores em seu funcionamento. Informações Adicio nais Carro Elétrico - Crédito: Wikimedia/Tony Hisgett O motor elétrico usa o princípio da indução e da ação do campo magnético sobre condutores em seu funcionamento. Profissões Envolvidas Pro blema Engenheiro elétrico, engenheiro Quais são as propriedades elétricas de um motor de eletrônico, técnico de laboratório. corrente contínua? Atividade Prática A atividade consiste em medir a corrente e a tensão de um motor de corrente contínua, traçar gráficos da tensão e potência em função da corrente. Cada equipe irá montar um circuito para determinar simultaneamente a tensão e a corrente em um motor de corrente contínua mediante a regulagem com potenciômetro da tensão aplicada. As etapas são: - Montar o circuito divisor de tensão e instalar os dois multímetros. Um funcionará como voltímetro e o outro como amperímetro. - Fazer medidas de tensão e corrente. - Elaborar tabela envolvendo potência, tensão e corrente. - Traçar o gráfico da tensão e potência em função da corrente. - Interpretar o gráfico. © Copyright www.worldfund.org Física STEM Brasil Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F29 - Motor Elétrico F29 ‐ Motor Elétrico Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre tipos de motores (em especial aqueles usados em computadores e robótica) e suas aplicações. Tempo 02 aulas. Conteúdos - Campo magnético. - Lei de Ampère. - Ímãs. - Indução eletromagnética. Descrição da Atividade A atividade envolve a determinação da tensão e corrente de um motor DC, com possibilidades de variação a partir da regulagem da tensão por meio de um potenciômetro. Objetivos - Entender o princípio de funcionamento do motor de corrente contínua e do motor universal. - Compreender o circuito divisor de tensão para controlar a velocidade do motor de corrente contínua. - Montar um circuito divisor de tensão para controlar a tensão do motor com um potenciômetro. - Realizar medidas da tensão e corrente do motor. - Traçar gráficos e interpretá-los. Procedimentos - Solicitar a formação dos grupos. - Explicar o funcionamento do motor elétrico. - Explicar o funcionamento do circuito divisor de tensão. - Orientar os alunos durante o trabalho, fazendo perguntas desafiadoras. Equipamentos Professor: F29 - Motor Elétrico Física Fonte DC (110/220 V, 7 saídas dc escalonadas de 1,5 a 12 V), tomada simples com rabicho, 2 bases com três tomadas simples, 2 m de fio paralelo AWG 22 (vermelho e preto), 8 plugues comuns, 2 multímetros digitais, 1 ventilador montado em base. STEM Brasil www.worldfund.org fev F30 ‐ Motor X Gerador mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução Gerador Elétrico - Crédito: Wikimedia/Bob McMillan Pro blema A reciprocidade de funcionamento do motor/gerador tem aplicação atual nos automóveis elétricos. Quando há aceleração motores atuam em cada roda com alimentação por baterias. Quando o motorista tira o pé do acelerador e deixa o carro em movimento usando o “freio-motor” os motores das rodas viram geradores e recarre-gam as baterias. Informações Adicio nais Como funcionam os motores? Quais suas caracterOs princípios de acionamento do ísticas? motor elétrico e da geração de energia têm fundamento na mesma lei Atividade Prática natural, a de Faraday. Trata-se de A atividade consiste em acoplar dois ventiladores duas situações de ação eletromagusando ligas de borracha e ligar um deles a uma nética. fonte de corrente contínua e o outro a um medidor No gerador o movimento das bobide tensão ou a uma lâmpada. Observar e medir as nas do rotor produzido por acionacaracterísticas do gerador e comparar com as mento mecânico produz corrente propriedades do motor. As etapas são as seguintes: elétrica ao se mover em um campo - Montar o circuito divisor de tensão para alimentar magnético de ímãs permanentes ou o motor e o multímetro tanto como voltímetro ou eletroímãs. No motor a corrente amperímetro. elétrica recebe a ação de uma força - Montar o circuito do gerador e o multímetro ao circular nas bobinas presentes adaptado para medida de tensão e corrente. nos campos magnéticos dos mes- Fazer medidas de tensão e corrente. mos ímãs ou eletroímãs. Assim, - Elaborar tabela envolvendo potência, tensão e motores elétricos podem ser usados corrente. como geradores. - Traçar o gráfico da tensão e potência em função da corrente. Profissões Envolvidas - Interpretar o gráfico. Engenheiro elétrico, engenheiro eletrônico, técnico de laboratório. © Copyright www.worldfund.org Física STEM Brasil Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F30 - Motor X Gerador F30 ‐ Motor X Gerador Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre grupos motores/geradores usados em aplicações práticas compreendendo unidades estacionárias e unidades móveis.. 02 aulas. Conteúdos - Indução eletromagnética. - Geração de energia. - Motores e geradores elétricos. Objetivos - Entender o princípio de funcionamento do gerador elétrico de corrente contínua. - Compreender a reversibilidade motor/gerador. - Entender a importância desse fato para aplicações tecnológicas. - Montar o circuito para avaliar as características de tensão do grupo motor/gerador. - Montar o circuito para avaliar as características de corrente do grupo motor/gerador. - Analisar os resultados. - Solicite a formação dos grupos. - Oriente os alunos na montagem o motor acoplado ao gerador, medições e comparação das tensões geradas. Os alunos devem ligar o gerador a uma lâmpada e medir as correntes do motor e do gerador, comparando-as. - Explique o funcionamento do motor elétrico. - Explique o funcionamento do circuito divisor de tensão. - Pergunte aos alunos sobre o princípio de funcionamento do gerador elétrico e por que pode funcionar como motor e vice-versa. Física Fonte DC (110/220 V, 7 saídas dc escalonadas de 1,5 a 12 V), tomada simples com rabicho, 3 bases com três tomadas simples, 5 m de fio paralelo AWG 22 (vermelho e preto), 15 plugues comuns, 2 multímetros digitais, 2 ventiladores montados em bases, lâmpada incandescente 3 V, 1 W. Professor: 30F - Motor X Gerador A atividade permite que os alunos entendam, realizando montagens, como funciona o princípio de funcionamento do gerador elétrico e por que pode funcionar como motor e vice-versa. Procedimentos Tempo Equipamentos Descrição da Atividade STEM Brasil www.worldfund.org F31 ‐ Resistores Dependentes da Luz fev mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução Resistores dependentes da luz (LDR) são usados em circuitos como sensores para acionamento de iluminação, portas e outros dispositivos. Informações Adicio nais LDR: Resistência x Intensidade luminosa. - Crédito: Luiz G. Cabral Pro blema O LDR é formado por “pistas” de sulfito de cádmio, um material semicondutor. Semicondutores são “meio-condutores” e não têm elétrons livres apresentando alta resistência no escuro. Na presença de luz os fótons colidem e liberam elétrons aumentando a condutividade e reduzindo a resistência. Determinar as características do LDR relacionando Profissões Envolvidas resistência com intensidade luminosa. Simular Engenheiro elétrico, engenheiro circuito de controle de iluminação usando LDR. eletrônico, técnico de laboratório. Atividade Prática Antes de iniciar a atividade, o professor dará todas as orientações para a montagem do circuito de medidas para avaliar a variação da intensidade luminosa com a distância. Uma vez autorizado, os grupos de alunos podem trabalhar nos circuitos. - Montar o circuito e realizar as medidas da resistência do LDR em função da distância à lâmpada incandescente de 60 W. - Converter resistências em intensidades luminosas usando o gráfico de calibração e organizar os dados numa tabela. - Traçar o gráfico da intensidade x distância em papel logaritmo para confirmar a lei do inverso do quadrado da distância. - Apresentar e explique o circuito do controle de luminosidade. Montar e testar o circuito de controle de luminosidade. Circuitos a serem montados. Crédito: Luiz G. Cabral STEM Brasil www.worldfund.org Física © Copyright Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F31 - Resistores Dependentes da Luz F31 ‐ Resistores Dependentes da Luz Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório ilustrado. Tempo Descrição da Atividade A atividade permite aos alunos entenderem o princípio de funcionamento do LDR, usando-o em circuitos simples. Objetivos - Compreender o princípio de funcionamento do LDR. - Entender o funcionamento de circuitos a partir de esquemas. - Utilizar gráficos de calibração. - Montar o circuito para avaliar a variação da intensidade luminosa com a distância. - Realizar medidas da resistência em função da distância. - Montar o circuito de controle de iluminação. - Analisar resultados. Procedimentos 02 aulas. Conteúdos - Sensores. - Controle de Iluminação. - Intensidade Luminosa. - Luxímetros. Equipamentos Física Fonte DC (110/220 V, 7 saídas dc escalonadas de 1,5 a 12 V), tomada simples com rabicho, 2 bases com três tomadas simples, 5 m de fio paralelo AWG 22 (vermelho e preto), 15 plugues comuns, 2 multímetros digitais, 1 lâmpada incandescente 3 V, 1 W, 1 potenciômetro linear 50 K, 1 LDR, 1 plafond com lâmpada incandescente de 60 W. - Organizar os alunos em grupos. - Orientar a montagem dos componentes. - Apresentar a representação esquemática de cada componente. - Apresentar os esquemas dos circuitos que serão usados para avaliara a variação da intensidade luminosa com a distância e o controle de lâmpadas usando o LDR. - Orientar a montagem dos circuitos e acompanhar a execução das medidas. - Discutir aplicações dos conceitos aplicados durante realização da atividade. Professor: F31 - Resistores Dependentes da Luz STEM Brasil www.worldfund.org F31 ‐ Resistores Dependent es da Luz Habilidades do STEM Brazil X01 Aprender por Perguntas X02 Criatividade e Inovação X03 Comunicação Eficiente X04 Resolução de Problemas X05 Planejamento e Organização X06 Gerenciamento de Informação X07 Aprender Continuamente X08 Persistência X09 Empatia X10 Iniciativa e Motivação X11 Autocrítica X12 Trabalho em Equipe X13 Liderança X14 Atitudes Positivas X15 Gerenciamento de Riscos X16 Capacidade de Adaptação X17 Pensamento Crítico X18 Habilidades Computacionais X19 Responsabilidade X20 Rede de Contatos X21 Curiosidade Aprender por Perguntas Gerenciamento de Informação Os dados precisam ser coletados de uma forma que permite que os mesmos sejam facilmente compartilhados com os outros. Aprender Continuamente Os controles remotos de televisão são feitos usando as mesmas idéias? Se este é o caso, a aplicação vai durar para o resto da vida. Persistência A atividade precisa ser repetida até que os resultados tornam-se estáveis. Autocrítica Os alunos devem ser capazes de reconhecer acertos e erros no seu próprio trabalho. Trabalho em Equipe As diferentes atividades do projeto devem ser divididas entre os membros da equipe. Atitudes Positivas Essa é sempre uma boa característica de qualquer projeto. Capacidade de Adaptação Que outras fontes de luz podem ser utilizadas nessa Essa atividade pode criar perguntas atividade? sobre onde que resistores Pensamento Crítico dependentes da luz podem ser Como você pode explicar a relação entre resistência usados. e distância da fonte de luz? Criatividade e Inovação As lâmpadas e LDRs podem ser Habilidades Computacionais é uma ótima ferramenta para plotar os usadas para mandar sinais de um Geogebra lugar para outro? (LEDs talvez dados na curva. Responsabilidade seriam uma boa fonte de luz) A atividade dever ser completada no tempo alocado. Comunicação Eficiente Curiosidade Os alunos precisam apresentar os seus resultados para os seus colegas e o professor. Além de Sulfeto de Cádmio, que outros semicondutores são bons LDRs? Esses circuitos precisam ser configurados cuidadosamente. Verifique mais de uma vez para ter certeza que todas as conexões correspodem com as do diagrama. Geogebra é uma ferramenta perfeita para plotar dados e calcular a equação que dá o melhor ajuste. Pesquisa na Internet sobre sistemas que usam LDRs pode fornecer informações sobre aplicações interessantes. Planejamento e Organização É preciso planejar e se organizar para configurar o circuito e coletar os dados. Professor: F31 - Resistores Dependentes da Luz Software Física Resolução de Problemas STEM Brasil www.worldfund.org fev F32 ‐ Lâmpada Fluorescente mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução A lâmpada fluorescente representou um grande avanço em relação à incandescente, tanto ao que se refere à economia de energia quanto ao avanço tecnológico. Informações Adicio nais Circuito de lâmpada fluorescente - Crédito: Wikimedia/Inkwina Pro blema Compreender o processo de ligação e funcionamento da lâmpada fluorescente que envolve diversos princípios da física. Atividade Prática Os grupos de trabalho deverão, sob orientação do professor, montar circuitos para acionar uma e duas lâmpadas fluorescentes. Simular o funciona-mento da chave de partida (starter) e observar a interferência no momento da partida quando ela não está presente. A lâmpada fluorescente representa um tremendo avanço tecnológico uma vez que utiliza várias descobertas da física moderna em seu funcionamento. Constitui na verdade uma comprovação das idéias de quantização da matéria, da energia e do modelo do átomo de Bohr. Os níveis de energia previstos teoricamente são aí bem aplicados e a quantização ocorre tanto na emissão quanto na absorção. Por outro lado, o processo de partida e funcionamento com a função de controle do reator constitui excelente aplicação da hipótese de indução eletromagnética de Faraday-Maxwell. A dualidade onda-partícula está inserida na produção de fótons e na sua absorção gerando energia luminosa. Profissões Envolvidas Engenheiro elétrico, engenheiro eletrônico, técnico de laboratório. STEM Brasil www.worldfund.org Física © Copyright Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F32 - Lâmpada Fluorescente 32F ‐ Lâmpada Fluorescente Habilidades do ENEM - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. - Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. Descrição da Atividade Por meio dessa atividade os alunos podem entender o princípio de funcionamento da lâmpada e do dispositivo de partida relacionando-os com as correspondentes teorias físicas. Objetivos Professor: F32 - Lâmpada Fluorescente Física - Entender o processo de partida da lâmpada fluorescente. - Entender o sistema de funcionamento da lâmpada fluorescente. - Compreender o papel do reator no funcionamento da lâmpada fluorescente. Avaliação - Montar o circuito para uma lâmpada fluorescente Relatório incluindo explicações simular o funcionamento da chave de partida sobre o funcionamento da chave de eusando o pulsador e retirando a chave de partida. partida, do reator e da lâmpada. - Montar o circuito para duas lâmpadas fluorescentes e simular o funcionamento da chave Tempo de partida usando o pulsador de forma 02 aulas. independente e retirando as duas chaves de partida. - Observar na ausência da chave de partida a interferência do piscar da lâmpada em dispositivos Conteúdos eletrônicos. - Lâmpadas de Descarga. - Dispositivos de Partida. Procedimentos - Indução Eletromagnética. - Explique a montagem das lâmpadas e a - Reatores. colocação dos componentes na base experimental Equipamentos - Apresente o circuito para ligação de uma fluorescente, monte e teste. Base de Madeira com fixação de lâmpada Ressalte o que acontece na chave de partida componentes, duas lâmpadas fluo- -(starter) a lâmpada é ligada. rescentes de 20 W, dois reatores - Retire aquando de partida e realize o acendimento individuais, quatro soquetes, duas da lâmpadachave usando pulsador. bases para starters, dois starters - Ligue um rádio opróximo lâmpada e repita o transparentes, três pulsadores, 1 procedimento de ligação àusando o pulsador. pente de doze conectores syndall, Observe a interferência. um plugue comum, chave de teste - Apresente o circuito para ligação de duas de neutro, alicate de bico, chaves lâmpadas fluorescentes, monte e teste. de fenda e estrela, 2 m de fio rí- - Retire as chaves de partida e realize o gido azul, 2 m de fio rígido ver- acendimento das lâmpadas usando os pulsadores. melho (AWG 22), 2 m de fio - Ligue um rádio próximo à lâmpada e repita o paralelo (AWG 20). procedimento de ligação usando os pulsadores. Observe a interferência. STEM Brasil www.worldfund.org F33 ‐ Decaimento Exponencial fev mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução O decaimento exponencial ocorre em vários fenômenos da ciência e tecnologia envolvendo, por exemplo, a radioatividade e a carga e a descarga de capacitores num circuito. Informações Adicio nais O decaimento radioativo do carbono 14 ensejou um método preciso de datação de objetos antigos. Nesse processo ocorre a formação de C 14 nas colisões de raios cósmicos com a atmosfera e com átomos de Nitrogênio. O C14 é incorpora-do aos organismos mediante os processos respiratórios. Nesses processos os vegetais usam o carbono para constituição de tecidos e, assim, incorporam via CO2 o C14 em suas células. Quando uma árvore é cortada para fabricação de um utensílio o C14 decai exponencialmente. Sabendo a razão original C14/C12 e medindo a intensidade radioativa atual é possível calcular a idade da peça. O criador do proGráficos - Crédito: Luiz G. Cabral cesso foi o professor Willard F Libby e o teste decisivo da sua validade foi a datação do esquife do Pro blema Ramsés II. Montar um circuito RC em processo de faraó Processos de decaimento exponencarregamento e descarregamento do capacitor. cial são usados de Analisar os resultados em papel monolog e controle de tempoemoudispositivos ritmo em cirdeterminar a meia-vida e a constante de tempo. cuitos eletrônicos. Um exemplo é o circuito RC, objeto de nosso experAtividade Prática imento. Sob orientação do professor, montagem do circuito Profissões Envolvidas RC em processo de carga e descarga. Medidas da Engenheiro elétrico, engenheiro corrente em função do tempo. Traçado do gráfico monolog e determinação da meia-vida e da eletrônico, técnico de laboratório. constante de tempo. STEM Brasil www.worldfund.org Física © Copyright Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F33 - Decaimento Exponencial F33 ‐ Decaimento Exponencial Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório. Tempo 02 aulas. Conteúdos - Decaimento exponencial. - Circuito RC. - Radioatividade. - Decaimento radioativo. Equipamentos Nessa atividade os alunos poderão realizar a montagem do circuito RC em processo de carga e descarga, medir da corrente em função do tempo e traçar gráficos. Objetivos - Compreender o processo conhecido como decaimento exponencial. - Entender o que ocorre no circuito RC para determinar o decaimento exponencial da corrente em relação ao tempo. - Explicar a reversibilidade do circuito RC que apresenta igual comportamento na carga e na descarga. - Montar o circuito RC no processo de carga e descarga. - Realizar medidas de corrente e tempo nos processos de carga e descarga do circuito RC. - Traçar gráficos monologaritmos para comprovar o comportamento exponencial. - Determinar a meia-vida e a constante de tempo do circuito RC. Procedimentos - Organizar os alunos em grupos. - Orientar os alunos para que eles: Montem o circuito RC, em carga, a partir do esquema. Realizem medidas da corrente em relação ao tempo. Tabelem os resultados. Montem o circuito RC, em descarga, a partir do esquema. Realizem medidas da corrente em relação ao tempo. Tabelem os resultados. Tracem gráficos monologs da corrente em relação ao tempo e determinem a meia-vida e a constante de tempo. Física Fonte DC (110/220 V, 7 saídas dc escalonadas de 1,5 a 12 V), tomada simples com rabicho, 3 bases com três tomadas simples, 5 m de fio paralelo AWG 22 (vermelho e preto), 15 plugues comuns, 1 multímetro digital, 1 resistor 22 k, 1/4 W, 1 capacitor 1000µF, 16 V, um curto-circuito, cronômetro do celular. Professor: F33 - Decaimento Exponencial Descrição da Atividade STEM Brasil www.worldfund.org fev F34 ‐ Corrente Alternada mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução A corrente alternada é essencial na vida moderna tendo simplificado drasticamente diversas aplicações tecnológicas. Informações Adicio nais Fusca 1972 - Crédito: Wikimedia/Adrian Pigstone Pro blema Compreender as principais características da corrente alternada em particular o conceito de fase. Atividade Prática Observar no osciloscópio virtual as propriedades da corrente alternada: amplitude, frequência, fase. Provocar defasagem artificial em circuitos com capacitores e indutores. A oscilação da corrente alternada é usada em diversos processos, em particular, no acionamento de motores. Motores de corrente contínua, com igual potência, são de maior volume, mais caros, menos eficazes e com maior custo de manutenção. Antigamente os “fuscas” vinham com gerador para carregar a bateria (geram corrente contínua). Quando acontecia um defeito eram trocados por alternadores (geram corrente alternada que é convertida em contínua com pontes de retificadores). Motores trifásicos aproveitam melhor a energia em cada ciclo e são menores e mais baratos que os monofásicos. Usam em seu funcionamento, o fenômeno da indução eletromagnética (Lei de Faraday-Lenz). A alternância da corrente é utilizada em diversos circuitos elétricos com diversos propósitos. Profissões Envolvidas STEM Brasil www.worldfund.org Física Engenheiro elétrico, engenheiro mecânico, eletricistas de carros. © Copyright Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F34 - Corrente Alternada F34 ‐ Corrente Alternada Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Descrição da Atividade Realizando essa atividade os alunos poderão entender melhor o que é corrente alternada e suas peculiaridades (amplitude, frequência, fase), assim como o conceito de defasagem e montar circuitos com capacitores e indutores para produzir defasagens artificiais. Objetivos Professor: F34 - Corrente Alternada Física - Compreender corrente alternada. - Assimilar as propriedades conhecidas como amplitude, frequência, fase. - Testar fase e neutro na corrente alternada. - Montar circuitos capacitivos e evidenciar a Avaliação defasagem. Relatório incluindo pesquisa sobre - Montar circuitos indutivos e evidenciar a vantagens e desvantagens de usar a defasagem. corrente alternada em compara-ção Procedimentos com a corrente contínua. - Explique aos alunos o que é corrente alternada e Tempo as características de amplitude, frequência e fase. - Monte o circuito para apresentar a diferença de 02 aulas. fase na saída do transformador (I). - Destaque, nas imagens do osciloscópio, as Conteúdos características explicadas. - Corrente Alternada. - Monte o circuito RC (II) e apresente a diferença - Defasagem. de fase de 90º entre as tensões do resistor e do - Ondas. capacitor. - Monte o circuito RL (II) e apresente a diferença Equipamentos de fase de 90º entre as tensões do indutor e do Notebook (ou pc com caixas de resistor. som), interfaces para osciloscópio - Usando o gerador senoidal repita os experimentos e gerador senoidal, 2 bases com em frequências maiores. três tomadas, capacitor poliéster - Determine frequências da corrente alternada 10 nF (40 V), Indutor 100 mH, usando ferramentas do osciloscópio virtual. resistor 1K (1/8 W), 16 plugues comuns, 8 m fio paralelo vermelho e preto AWG 20, transformador (220 x 3 + 3 V, 150 mA) montado em base, datashow, se disponivel. STEM Brasil www.worldfund.org F34 ‐ Corrent e Alt ern ada Habilidades do STEM Brasil X01 Aprender por Perguntas X02 Criatividade e Inovação X03 Comunicação Eficiente X04 Resolução de Problemas X05 Planejamento e Organização X06 Gerenciamento de Informação X07 Aprender Continuamente X08 Persistência X09 Empatia X10 Iniciativa e Motivação X11 Autocrítica X12 Trabalho em Equipe X13 Liderança X14 Atitudes Positivas X15 Gerenciamento de Riscos X16 Capacidade de Adaptação X17 Pensamento Crítico X18 Habilidades Computacionais X19 Responsabilidade X20 Rede de Contatos X21 Curiosidade Planejamento e Organização Os grupos de trabalho devem realizar um planejamento, incluindo responsabilidades de cada integrante da equipe, antes de partir para a etapa prática, sem perder o foco nos objetivos da atividade. Persistência Atividades experimentais nem sempre funcionam na primeira tentativa. É preciso refinar os processos e melhorar a preparação, persistindo na busca dos melhores resultados possíveis. Iniciativa e Motivação A atitude dos componentes de um grupo de trabalho é fundamental para o sucesso. Compromisso com os resultados e assumir responsabilidades são características de uma equipe. Autocrítica O trabalho em equipe envolve relacionamento com pessoas, acertos e erros. Opiniões sinceras com Criatividade e Inovação respeito e profissionalismo é altamente A inovação tecnológica trouxe recomendável na relação com os colegas. Olhar cada vez mais aparelhos portáteis para si e reconhecer falhas, permite tomar atitudes para o cotidiano das pessoas. Que em direção ao crescimento pessoal e profissional. relação existe entre a corrente Liderança contínua e as inovações tecnológicas atuais, especialmente Um líder estabelece claramente durante a atividade quais as responsabilidades e os resultados esperados as portáteis? de cada um dos colegas. Comunicação Eficiente A apresentação de resultados deve ser eficiente e adequada ao propósito da apresentação e ao público-alvo Resolução de Problemas Professor: F34 - Corrente Alternada A curiosidade é um motor para o aprendizado, por vezes possuindo um aspecto lúdico. Eletricidade é um assunto que gera muitas perguntas. Feitas as descobertas, é importante compartilhar as descobertas com os colegas de turma. Software Simuladores são ótimos para testar e aprender sobre eletricidade, sem correr nenhum tipo de risco. Uma seleção deles está disponível em: http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/ph ysics/electricity-magnets-and-circuits Física Atividades que envolvem medidas, em especial envolvendo eletricidade, demandam atenção e preparação adequada para a tomada correta de decisões. Curiosidade STEM Brasil www.worldfund.org F35 ‐ Diodo, LED, Zener fev mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução O diodo foi o primeiro dispositivo da era do chamado “estado sólido”. O desenvolvimento levou a diversos outros e não parou até hoje, desde o segundo quarto do século XX. Informações Adicio nais Placa de computador - Crédito: Wikimedia/David Lippincott Pro blema Estudar e compreender as propriedades básicas do diodo de uso comum, do diodo emissor de luz (LED) e do diodo regulador de tensão (Zener). Atividade Prática Seguindo as orientações do professor, cada grupo deve montar circuitos usando o divisor de tensão para determinar características elétricas do diodo de uso comum e do diodo emissor de luz. Montar o circuito básico para demonstrar a principal características do diodo regulador de tensão (Zener). Diversos dispositivos derivaram do diodo, dispositivo construído usando materiais semicondutores. O diodo de estado sólido foi concebido para substituir a válvula eletrônica mais simples conhecida simplesmente como diodo. A válvula com três elementos, o tríodo foi substituída pelo transistor. Esse avanço experimentou vários desenvolvimentos como o transistor emissor de campo (FET) e o foto transistor. O passo mais dramático e que possibilitou várias novas possibilidades foi a concepção do circuito integrado (IC ou CHIPS) que reúne vários componentes numa única estrutura como parte do projeto para determinada finalidade de funcionamento. Os circuitos integrados são os responsáveis pela espetacular miniaturização e diversificação de possibilidades que nos surpreendem a cada momento. Uma mudan-ça total do comportamento humano foi desencadeada. Toda a vida mo-derna está agora baseada na eletrô-nica que derivou de um simples elemento, o diodo de uso comum. Profissões Envolvidas STEM Brasil www.worldfund.org Física Engenheiro elétrico, engenheiro eletrônico, técnico de laboratório. © Copyright Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F35 - Diodo, LED, Zener F35 ‐ Diodo, LED, Zener Habilidades do ENEM - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre aplicações do diodo, do LED e do Zener. Tempo 02 aulas. Conteúdos Durante essa atividade os alunos poderão montar circuitos para determinar a tensão e a corrente num diodo com redução de voltagem usando um divisor de tensão. Montar circuito regulador de tensão com Zener. Realizar medidas para comprovar as principais características desses componentes. esse processo ajudará no entendimento do princípio de funcionamento do diodo, do LED e do Zener. Objetivos - Entender o processo de redução de tensão com o divisor de tensão. - Calcular a relação entre a tensão de saída e a tensão de entrada de um circuito divisor de tensão. - Montar circuito para determinar a tensão x corrente no diodo e no LED. - Montar circuito regulador de tensão com o Zener. - Tabelar os valores medidos. - Traçar gráficos para apresentar as características de tensão e corrente do diodo e do LED. - Traçar gráfico demonstrativo da regulagem de tensão com o Zener. Procedimentos - Diodo. - LED. - Zener. - Regulador de tensão. Equipamentos Física Fonte DC (110/220 V, 7 saídas dc escalonadas de 1,5 a 12 V), tomada simples com rabicho, 4 bases com três tomadas simples, 10 m de fio paralelo AWG 22 (vermelho e preto), 26 plugues comuns, 1resistor 10 K, ¼ W, 1 resistor 1 k, 1/4 W, 1 LED vermelho, 1 diodo zener 2,1 V, 2 multímetros digitais. Professor: F35 - Diodo, LED, Zener Descrição da Atividade - Explique o princípio de funcionamento do diodo de uso comum, do diodo emissor de luz (LED) e do diodo regulador de tensão (Zener). - Explique o circuito conhecido como divisor de tensão e calcular a razão entre a tensão de saída e a de entrada a partir dos valores dos resistores. - Explique o circuito para determinar a relação entre a tensão e a corrente no diodo de uso comum e no diodo emissor de luz. - Realize medidas e tabelá-las considerando a taxa de conversão da tensão. Inverta a posição do diodo de uso comum e do diodo emissor de luz para mostrar que não há condução. - Explique o circuito para determinar a tensão de saída do diodo regulador de tensão em função da tensão de entrada. - Realize medidas e tabelá-las. - Trace gráficos dos dois experimentos. - Interprete com os alunos os gráficos traçados. STEM Brasil www.worldfund.org fev F36 ‐ Retificação de Onda mar abr mai jun ago set out nov 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Introdução Osciloscópio virtual - Crédito: Luiz G. Cabral Pro blema Montar circuito de retificação de meia onda e observar seus efeitos no osciloscópio virtual. Repetir para o circuito de retificação de onda completa. Observar o comportamento do sinal registrado quando é retirado e colocado, invertido, cada um dos retificadores por vez. Atividade Prática Montar circuitos usando o divisor de tensão para determinar características elétricas do diodo de uso comum e do diodo emissor de luz. Montar o circuito básico para demonstrar a principal características do diodo regulador de tensão (Zener). A corrente alternada é convenientemente usada na geração, transmissão e distribuição de energia porque aí apresenta grandes vanta-gens. Nos equipamentos eletrônicos é usada basicamente a corrente contínua. O processo de conversão de corrente alternada em contínua usa os processos de retificação de meia onda e onda completa. Informações Adicio nais A conversão de corrente alternada em contínua é o elemento fundamental das conhecidas “fontes de alimentação”. Seu uso está multiplicado em pequenos eletrodomésticos (relógios, sistemas de som, gravadores), celulares, TV, DVD, computadores, automóveis. Seu uso mais espetacular está na conversão em alta tensão, um milhão de volts e enorme potência nos siste-mas de transmissão de energia. Profissões Envolvidas STEM Brasil www.worldfund.org Física Engenheiro elétrico, engenheiro eletrônico, técnico de laboratório. © Copyright Este material didático foi desenvolvido pela Worldfund Brasil, única e exclusivamente para aplicação e uso em conformidade com as regras e regulamentos do Projeto STEM Brasil, sendo vedada sua utilização para quaisquer outras finalidades. É proibida toda e qualquer reprodução, distribuição ou publicação, eletrônica ou impressa, total ou parcial, deste material sem prévia e expressa autorização da Worldfund Brasil. Qualquer uso não autorizado será considerado como violação das leis de direitos autorais correspondentes e estará sujeito à aplicação das sanções legais cabíveis. F36 - Retificação de Onda F36 ‐ Retificação de Onda Habilidades do ENEM Avaliação Relatório incluindo pesquisa sobre aplicações dos processos de conversão de corrente alternada em contínua e vice-versa. Tempo 02 aulas. Conteúdos - Retificação de meia onda. - Retificação de onda completa. - Conversão. Equipamentos Notebook (ou pc), interfaces para osciloscópio e gerador senoidal, 3 bases com três tomadas, Resistor 22 K (1/8 W), 2 diodos 1N4004, 20 plugues comuns, 8 m fio paralelo vermelho e preto AWG 20, transformador (220 x 3 + 3 V, 150 mA) montado em base, datashow, se disponível. Professor: F36 - Retificação de Onda Nessa atividade os alunos realizarão processo de retificação mediante o comportado do diodo de uso comum relativamente ao sentido de condução. eles também devem montar os circuitos e demonstrar seu processo de funcionamento. Objetivos - Compreender o processo conhecido como retificação da corrente alternada. - Entender o papel do diodo de uso comum neste processo. - Entender o esquema do retificador de meia onda. - Montar o circuito retificador de meia onda. - Interpretar o sinal obtido no osciloscópio comparando a tensão na fonte com a tensão no resistor. - Entender o esquema do retificador de onda completa. - Montar o circuito retificador de onda completa. - Interpretar o sinal obtido no osciloscópio comparando a tensão na fonte com a tensão no resistor. - Observar o que ocorreu com o sinal dos dois circuitos quando o diodo é retirado ou invertido. Procedimentos - Explique os processos de retificação de meia onda e onda completa. - Oriente a montagem dos circuitos de retificação de meia onda e onda completa. - Ressalte detalhes nos situais virtuais captados e interpretá-los. - Relacione as alterações nos sinais quando os diodos são retirados ou invertidos. Física - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. - Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. Descrição da Atividade STEM Brasil www.worldfund.org
