1 GUIA DO PROFESSOR CIRCUITO ELÉTRICO Introdução O

GUIA DO PROFESSOR
CIRCUITO ELÉTRICO
Introdução
O processo de construção do conhecimento em geral e, em especial, em
relação aos conceitos da Física, a serem empreendidos pelas escolas, deveria
ser direcionado pela realidade educacional e pelo projeto pedagógico de cada
escola. Além disso, no caso dos conceitos da Física, mesmo os do cotidiano,
estes não têm qualquer significado para o aluno quando trabalhados de forma
fragmentada. Competências em Física se constroem quando articuladas com
outras áreas do conhecimento, mas principalmente quando trabalhadas com os
conhecimentos anteriores do aluno, ganhando sentido quando tudo é
apresentado de forma integrada: novas informações articuladas com os
conhecimentos anteriores e, sempre que possível tudo deveria ser relacionado
com o cotidiano do aluno.
Ao utilizar diferentes aparelhos eletrodomésticos dentro de sua própria
casa muitas vezes o aluno não imagina a física necessária para o
funcionamento esperado: mecânica (ao girar as hélices), elétrica (corrente
elétrica fornecida pela tomada), rendimento e trabalho (e suas perdas através do
calor). Ao conhecer os conceitos físicos e sua linguagem (matemática), se o
aluno souber identificar, relacionar grandezas e relacionar o conceito físico com
o cotidiano e suas outras formas de expressão da cultura humana, teremos
atingido o objetivo esperado da aplicação prática do que é aprendido nas teorias
e leis.
Diante de tais perspectivas, acreditamos que a utilização deste módulo
Circuito Elétrico, um recurso lúdico e construtivo, além de uma ferramenta
importante para o processo de ensino e aprendizagem, poderá auxiliar o aluno a
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refletir, por meio da experimentação em atividades dinâmicas e interativas,
compatíveis com o seu contexto e vivência.
Portanto, a partir da premissa que considera tanto a articulação entre
áreas do conhecimento, quanto entre os saberes cognitivos anteriores e os
novos, e cientes da dificuldade que os alunos têm para a compreensão e a
visualização do conteúdo que abrange a eletrônica pela falta de métodos e
recursos adequados, propõe-se uma aprendizagem experimental, através do
presente objeto: Circuito Elétrico. Ressalte-se a importância do aluno
compreender os conceitos elétricos até para a conservação e manutenção de
aparelhos eletrônicos existentes em sua casa.
Nesta temática, estão incluídos os elementos: corrente elétrica,
resistência elétrica (em série ou em paralelo), capacitores elétricos, potência
elétrica e diferença de potencial elétrico (d.d.p.) e as propriedades dos materiais
(resistividade e condutividade: material isolante ou condutor).
Portanto, o Objeto abrange conceitos intrínsecos do Circuito como
corrente elétrica, resistências em série ou em paralelo, geradores elétricos para
fornecer energia (diferença de potencial elétrico) e condutores elétricos (fios) e o
desafio ao aluno para verificar quais são as melhores maneiras de construir o
Circuito Elétrico para obter-se um melhor rendimento dos aparelhos eletrônicos.
Em seu cotidiano as pessoas deparam-se com inúmeros equipamentos
elétricos e eletrônicos, máquinas e instrumentos dependentes da física dos
Circuitos. Quando são conhecidas as propriedades dos materiais dos quais são
feitos os fios dos Circuitos, por exemplo, é possível entender propriedades como
resistividade e condutividade.
Compreender a diferença entre resistências colocadas em série e em
paralelo significa notar a diferença do rendimento de um circuito, ou seja,
significa compreender, por exemplo, que se obtém menor luminosidade de duas
lâmpadas quando elas ficam dispostas ou associadas em paralelo, pois a
corrente se divide. Portanto, ao entender as especificações indicadas nos
aparelhos eletrônicos tais como voltagem e amperagem, o usuário do módulo
poderá fazer melhor uso deles e entenderá como conservá-los por maior tempo.
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Uma das razões porque a instalação elétrica de uma casa precisa ser
checada de vez em quando é porque um fio descascado pode ser uma fonte de
‘perda/desperdício’ de energia ou a causa de um choque elétrico ou até de um
incêndio. Quando a corrente que passa pelo fio excede a sua capacidade o calor
produzido pode provocar um curto-circuito, ou seja, a corrente elétrica atravessa
o fio sem nada para lhe oferecer resistência e, como conseqüência, pode
queimar o fio ou os aparelhos eletrônicos ligados a esse fio.
Um exemplo comum dessa sobrecarga de corrente elétrica acontece em
um chuveiro elétrico e a gente precisa trocar o fusível porque ele queimou.
Normalmente se reclama, mas este fusível é a nossa salvação, pois eles são
compostos de fios finos que se fundem quando a corrente elétrica fica muito alta
e interrompe a passagem da corrente elétrica, evitando assim problemas
maiores. Mas, grande sobrecarga vem também de uma descarga elétrica de um
raio durante uma tempestade, por isso é comum a utilização de aparelhos que
‘brecam’ essas cargas elétricas repentinas; quando os protetores ou filtros de
linha não são suficientes os equipamentos eletrônicos geralmente queimam.
Uma solução que os mais velhos utilizam é desligar os eletrônicos das tomadas
quando começa a trovejar, talvez os alunos, depois deste Objeto, possam
explicar aos seus pais a razão desse costume!
Objetivos
- Indicar os elementos que caracterizam a montagem de um circuito
elétrico utilizando diferentes componentes e diferentes aparelhos resistivos para
que o aluno possa compreender as condições elétricas indicadas pelo aparelho
e obter o seu melhor funcionamento.
Verificar que, com uma diferença de potencial elétrico (voltagem) em um
circuito elétrico fechado surge uma corrente elétrica (ampère) que será
diretamente proporcional a essa diferença de potencial elétrico (volt), e
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dependente da resistência elétrica (ohm). A relação entre estes fatores é
conhecida como Lei de Ohm ( U = RI ),
Observar que, quando se tem uma fonte de maior potencial elétrico maior
será a corrente que passa no circuito, conforme a Lei de Ohm. Contudo,
colocando muitas lâmpadas ou ventiladores (resistores) a corrente vai se dividir
entre eles e o resultado vai ser lâmpada com menos brilho, ventiladores mais
fracos, etc.
Identificar a diferença no resultado do circuito elétrico quando os
resistores são dispostos em série e quando em paralelo.
- Experimentar o resultado e o perigo de se conectar vários aparelhos de
tensão ou diferença de potencial (d.d.p) alta na mesma fonte, o perigo dos
curtos-circuitos e das instalações provisórias e a importância da manutenção
desses aparelhos e dos circuitos elétricos.
- Compreender a importância de conhecer o funcionamento de uma
ligação elétrica na prática, esperando que o próprio aluno naturalmente aplique a
lição no cotidiano e discuta com amigos e familiares diferentes maneiras de
conservação e manutenção dos aparelhos eletrônicos e dos cuidados
necessários com os circuitos elétricos.
- Experimentar fios de diferentes capacidades de condução da corrente
elétrica para observar que existe material bom condutor (baixa resistividade
elétrica) de energia e também material mal condutor ou isolante (alta
resistividade elétrica).
- Compreender que aparelhos fabricados para funcionarem com voltagem
de 110 V queimam quando ligados em uma fonte de 220 V (sobrecarga) e no
caso contrário o aparelho pode não queimar, mas seu rendimento será muito
baixo.
Pré-requisitos
Espera-se que o aluno tenha um conhecimento prévio sobre os conceitos
abordados: resistividade, fios (isolantes ou condutores), Lei de Ohm, corrente
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elétrica, resistência elétrica (em série ou em paralelo), capacitores elétricos,
potência elétrica e diferença de potencial elétrico (d.d.p.). Portanto, sugere-se
que o professor aborde o assunto em sala de aula antes, durante e após a
utilização do Objeto. Esses elementos elétricos e seus respectivos símbolos
serão destacados no Objeto, em uma tabela ao lado para montagem do circuito
elétrico. Aconselha-se também que seja realizada durante a aplicação do OA
uma breve reflexão sobre o processo de montagem de circuitos elétricos, por
exemplo, utilizando a Internet e livros como fontes de pesquisa indicados na
bibliografia.
Tempo previsto para as atividades
Sugere-se que o OA seja trabalhado em uma aula de 50 minutos,
lembrando que é importante que o aluno tenha conhecimento prévio (mas não
total, pois isso se fará durante o uso do objeto, caracterizando a construção co
conhecimento a partir da experiência), dos conceitos trabalhados. Após o
trabalho na sala ambiente de informática, sugerimos atividades complementares,
que poderão servir para o processo de avaliação, tais como: elaboração de
textos em forma de redação discursando sobre os conceitos e atividades
práticas trabalhadas no Circuito, apresentações em feiras de ciências de
circuitos reais montados a partir do planejamento no objeto, pesquisa em livros,
jornais e revistas, entre outras fontes.
Assim, ressaltando que esta pode ser uma atividade interdisciplinar que
alia diferentes disciplinas, envolvendo Língua Portuguesa (na elaboração dos
textos), Artes (desenho dos circuitos elétricos), História (pesquisa sobre a
história da eletricidade, descoberta da corrente elétrica ou quais foram os
primeiros circuitos), Matemática (cálculos de corrente elétrica, rendimento ou
voltagem), Geografia (quais localidades do território nacional ainda não possuem
eletricidade? E quais são as diferenças regionais de voltagem), entre outras.
Na sala de aula
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É aconselhável que o professor, após a aula de Eletrodinâmica, estimule
um debate entre os alunos, que os leve a refletir sobre qual a importância de se
estudar conceitos intrínsecos do circuito como: corrente elétrica, resistência
elétrica, capacitores elétricos, potência elétrica, resistores em série e em
paralelo, diferença de potencial elétrico (d.d.p.) e quais são as melhores
maneiras de manutenção, conservação e ainda economia de energia.
O professor pode utilizar o OA, solicitando que os alunos construam
circuitos de diversas maneiras de acordo com a programação do professor e
sugestões do aluno experimentador/cientista (liberdade para experimentar).
Podem ser propostos desafios que estimulem a criatividade na
elaboração de Circuitos mais complexos; exibição do objeto em feiras de
Ciências e até projetar o Circuito no objeto que posteriormente possa ser
concretizado em uma aula prática.
Preparação
Em todas as atividades, tanto em sala de aula quanto nas salas
ambientes de informática das escolas públicas, sugere-se que os alunos sejam
estimulados a trabalhar em grupo, e o professor deverá incentivar as
discussões, a observação, o questionamento e principalmente o pensar de todos
para que a aula seja uma experiência enriquecedora.
Sugere-se que na atividade de montagem do OA haja oportunidade de
uso individual para que o aluno possa montar o seu circuito sem limitações e
analisar o seu funcionamento com os componentes escolhidos por ele.
É pertinente a utilização de lápis e papel para anotações e eventual
formulação de textos e glossários, e também se recomenda o uso da Internet,
quando disponível, e livros textos para pesquisas.
Requerimentos técnicos
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Para utilização do OA é necessário navegador WEB com plug-in do
Adobe Flash Player ou superior.
Dica: o plug-in está disponível em
www.adobe.com.br
Durante a atividade
No decorrer da atividade é importante a presença do professor para
esclarecimentos de eventuais dúvidas. Também é importante que o professor
acompanhe quais serão os maiores interesses dos alunos para que, em um
segundo momento, possa explorar melhor o tema em sala de aula, por meio da
manipulação de objetos concretos ou mesmo no Laboratório de Informática,
utilizando as ferramentas disponíveis.
Os alunos também devem fazer anotações pessoais para usufruírem
posteriormente destas, na formulação de um texto ou de um trabalho, assim o
professor poderá realizar uma avaliação formativa, percebendo os avanços e
dúvidas dos alunos.
Depois da atividade
Questões para discussão
- Quais são as relações entre os componentes de um Circuito?
Pretende-se que o aluno relacione as funções particulares de cada
componente com as causas e conseqüências dentro do Circuito.
- Quais fatores externos e internos interferem no rendimento de um
aparelho eletrônico?
Analisando o comprimento do fio, tipo de material, disposição de
resistores, se o aparelho sofre manutenções periódicas são exemplos de
ocorrências que divergem um Circuito de outro.
- Qual a razão para não utilizar aparelhos elétricos mexendo em água?
- Por que devemos nos certificar da voltagem de uma tomada antes de
ligar um aparelho?
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Dica
O professor pode realizar ou incentivar os alunos a participarem de uma
feira de Ciências com experimentos eletrônicos onde os alunos montem
Circuitos elétricos na prática. Por exemplo, a experiência com a bateria, pilha e
lâmpada de lanterna é simples e sem grandes custos financeiros. Não
encontram-se grandes barreiras para localizar estes componentes: em oficinas
de serviços gerais e auto elétricas às vezes sobram materiais deste tipo. O
professor pode negociar com a loja para o fornecimento atacado, distribuindo
assim material suficiente para toda a sala.
Também sugerimos que seja realizado um concurso de idéias ou
invenções e até palestras com especialistas no assunto (que sejam convidados
pelo professor ou pelos próprios alunos), ou até mesmo uma visita a uma oficina
elétrica, visando esclarecer as dúvidas mais freqüentes e incentivando a
pesquisa e a experimentação.
Avaliação
Sendo possível, pode-se trabalhar o módulo várias vezes e o professor
propor uma infinidade de circuitos com diferentes graus de complexidade.
Observar as repostas dos alunos, verificando o que já sabiam, tópicos que
gostaram, o que deveria ser aprofundado, e, então, debater e esclarecer as
idéias na sala de aula comum (quadro e giz).
A avaliação pode ser baseada na evolução do aprendizado e coerência
nos argumentos às questões colocadas para discussão.
Atividades complementares - Para saber mais
-
Ler os textos propostos na bibliografia;
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- Passar adiante as informações de manutenção e outros cuidados
necessários para que os aparelhos eletrônicos tenham maior tempo de vida útil;
para se evitar choques elétricos, curto circuitos, etc...
- Montar um gráfico ou tabela, através dos dados obtidos durante a
utilização do módulo, onde o aluno possa comparar as diferenças entre os
arranjos de resistores, os tipos de materiais que são condutores ou isolantes e
quais são os tipos adequados de Circuitos para cada instalação;
- O professor também pode propor um debate aberto, onde o aluno
discutirá os conceitos e curiosidades aprendidas.
Bibliografia
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Nacionais do Ensino Médio: Física/ Secretaria da Educação Fundamental. –
Brasília: MEC/ SEF, 2000.
GASPAR, A.; Física 3 Eletromagnetismo e Física Moderna. São Paulo,
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HALLIDAY, D.; RESNICK, R. & WALKER, J. Fundamentos de Física. Ed.
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TIPLER, P. A. Física. Ed. Guanabara Dois, RJ. 2ª ed. 1985
YOUNG, H. D. & FREEDMAN, R.A. – Sears e Zemansky Física III:
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Sites Acessados:
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Disponível em: http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_T01.asp
Acessado em: 12/06/2007.
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Acessado em: 12/06/2007.
Disponível em http://www.udel.edu/present/showcase/watson/circuit.html
Acessado em: 12/06/2007.
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