Circuitos - Propostas para o Ensino de Física

Atividade 1
1) PROBLEMATIZAÇÃO:
Se observarmos uma lanterna, um rádio ou alguns tipos de brinquedos,
perceberemos que estes aparelhos só funcionam enquanto estão sendo “alimentados” por
uma fonte de energia elétrica, que pode ser uma pilha, por exemplo.
Um outro bom exemplo de circuito elétrico é o que temos em nossas casas.
Diversos aparelhos são ligados e desligados a todo o momento. Quando queremos
assistir à televisão, se a mesma estiver ligada ao circuito da residência, basta acionar um
botão, manualmente ou com o controle remoto e, imediatamente, passamos a nos divertir
ou ficar entediados com os programas que as emissoras nos apresentam. Mas que fonte
de energia elétrica é essa que possibilita seu funcionamento? Quais são os elementos
necessários para que se possa montar um circuito elétrico? O que é um circuito elétrico?
2) PERGUNTAS-CHAVE:
•
•
•
O que é uma fonte de energia elétrica?
Quais são os elementos básicos que constituem um circuito
elétrico?
Nos circuitos elétricos simples, o que possibilita a transferência de
energia elétrica da fonte ao aparelho que se deseja colocar em
funcionamento?
3) CONCEITOS-CHAVE:
3.1) GERADOR ELÉTRICO:
Dispositivo que transforma alguma modalidade de energia em energia potencial
elétrica.
3.2) CORRENTE ELÉTRICA:
É o movimento ordenado de portadores de cargas elétricas por um meio condutor
produzido pela ação de uma força eletromotriz.
3.3) TENSÃO ELÉTRICA:
É a grandeza que expressa a diferença de energia potencial elétrica entre dois
pontos do espaço que não estejam sobre uma mesma superfície equipotencial.
3.4) RESISTOR:
É um dispositivo elétrico que tem a finalidade de transformar a energia elétrica em
energia térmica.
3.5) INSTRUMENTOS DE MEDIDAS ELÉTRICAS:
São instrumentos utilizados para medir grandezas físicas (tensão, resistência,
intensidade de corrente elétrica, potência...) associadas aos fenômenos elétricos.
4) ATIVIDADES EM GRUPO:
4.1) Introdução:
As atividades propostas para o estudo dos tópicos de eletrodinâmica pressupõem a
utilização de um kit experimental em todas as suas etapas. Dentre as estratégias, o
experimento pode contribuir para: gerar o conflito cognitivo; favorecer a discussão sobre
as concepções dos estudantes; introduzir as explicações e procedimentos científicos;
sistematizar o conteúdo; possibilitar a articulação dos saberes escolares com situações do
cotidiano.
4.2) Seqüência das atividades:
1ª- Aplicação do primeiro teste de sondagem, com o intuito de verificar o conhecimento
prévio dos alunos sobre circuitos elétricos simples;
2ª- Realização de um debate a partir das respostas apresentadas pelos alunos, tendo o
professor a oportunidade de definir cientificamente os conceitos de gerador elétrico,
corrente elétrica, tensão elétrica, circuito aberto e fechado e resistência elétrica;
3ª- Apresentação do kit experimental aos alunos, a fim de que eles possam, inicialmente,
não só visualizar, como também manusear alguns componentes importantes que
integram a maioria dos circuitos elétricos. Este momento é propício para os alunos
realizarem algumas experiências, dentre elas: comprovação da 1ª lei de Ohm,
medidas de resistência, de intensidade da corrente e de tensão elétricas. Para tanto, é
necessário que o professor previamente ensine os principais procedimentos para
evitar acidentes;
4ª- Aplicação de um segundo teste de sondagem enfocando associação de geradores e
de resistores, com o intuito de verificar os conhecimentos e/ou concepções dos alunos
sobre o assunto e, também, contribuir para estimulá-los ao estudo;
5ª- Discussão das respostas dos alunos referentes às perguntas do segundo teste e
introdução das explicações científicas com auxílio do kit experimental. Assim, o
professor, através de atividades práticas, poderá explorar diversos tópicos inerentes
ao tema circuitos elétricos (associação de resistores e resistência equivalente;
associação de geradores; medidas de diversas grandezas físicas);
6ª- Utilização para aprofundar o conteúdo, realizando uma última seqüência de atividades
práticas. Nesta etapa o professor poderá criar situações de forma que os alunos
possam: medir os valores de tensão e de intensidade de corrente elétricas em
diversos trechos do circuito; calcular a potência total, a útil e a desperdiçada; calcular o
rendimento;
7º- Avaliação da aprendizagem através de perguntas relacionadas aos conteúdos, porém
aplicado em novas situações, preferencialmente relacionadas ao dia-a-dia.
4.3) Modelos para os testes de sondagem:
1º TESTE DE SONDAGEM – CIRCUITOS ELÉTRICOS
1) Quais dos elementos citados abaixo são geradores elétricos? Por quê?
a) pilha
b) rádio
c) lâmpada
d) usina termoelétrica
e) compressor
2) Nas opções abaixo estão representadas ligações de uma lâmpada a uma fonte de
energia elétrica. Em qual(is) dela(s) a lâmpada acenderá? Justifique.
3) No desenho abaixo está representada a ligação de uma lâmpada L a uma fonte
de energia elétrica F através de fios metálicos. Nesta ligação a lâmpada está acesa
ou apagada? Justifique.
4) Nos cabos das tomadas dos eletrodomésticos vem colado, geralmente, um selo dos
fabricantes com o seguinte aviso: “VERIFIQUE O VALOR DA VOLTAGEM (110 V –
220 V) NO SELETOR DO APARELHO ANTES DE LIGÁ-LO À REDE ELÉTRICA”.
Para você qual é o significado da palavra voltagem? O que pode ocorrer se uma
pessoa compra um eletrodoméstico e não leva em consideração o aviso do
fabricante?
2º TESTE DE SONDAGEM – CIRCUITOS ELÉTRICOS
1ª- As figuras abaixo representam ligações de geradores “alimentando” uma lâmpada. Em qual
delas eles estão ligados em série? Justifique sua resposta.
2ª- Para se obter uma tensão maior nos terminais da lâmpada, qual das ligações acima seria a
mais indicada? Justifique sua resposta.
3ª- Abaixo estão representadas duas formas (I e II) de associação de resistores.
(II)
(I)
a) Classifique as associações de resistores quanto à forma de ligação (série ou paralelo).
b) Se os terminais das associações, em momentos distintos, forem conectados aos de uma
fonte de energia elétrica, em qual delas ocorrerá maior resistência à passagem da corrente
elétrica?
4ª- Foi feita uma experiência, associando de maneiras diferentes lâmpadas incandescentes de
igual potência. Nas associações, uma das lâmpadas foi marcada com uma estrela
vermelha, conforme figuras I, III e III abaixo.
(I)
(II)
Assinale a(s) figura(s) em que a lâmpada marcada com a
estrela terá o brilho mais intenso. Justifique sua resposta.
(III)
6ª- Como são ligadas as lâmpadas utilizadas para enfeitar as árvores de Natal?
Se você estivesse perto de uma dessas árvores e precisasse realizar uma experiência para
ratificar sua resposta, o que você faria?
7ª- Qual é o tipo de circuito elétrico (série ou paralelo) utilizado na sua residência? Apresente
uma justificativa para a sua resposta.
5) CONSTRUÇÃO E MONTAGEM DO EQUIPAMENTO:
5.1) Material necessário:
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1 placa de madeira com dimensões de 20 cm x 40 cm x 1 cm;
10 resistores com diferentes valores de resistência elétrica;
1 m de cabinho (o mais fino possível) para ligações elétricas;
20 garras jacarés;
2 lâmpadas miniaturas (baixa voltagem);
2 bocais compatíveis com as lâmpadas;
2 suportes para pilhas AA;
4 pilhas AA;
solda;
8 pregos de comprimento em torno de 3 cm.
5.2) Equipamento necessário:
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1 multímetro;
1 ferro de solda;
1 fonte de tensão (opcional).
5.3) Construção do kit:
Fixar os pregos na placa de madeira, deixando metade do comprimento de cada
um deles acima da base superior e, em seguida, os bocais. A figura 1 ilustra a distribuição
desses componentes do Kit sobre a placa de madeira.
Figura 1
Conectar pedaços do cabinho de ligação elétrica aos terminais de cada bocal e
depois soldar as extremidades livres aos pregos que se encontram entre eles.
A figura 2 ilustra como deve ser esta etapa da
construção do Kit.
Com pedaços de cabinhos será possível
associar os bocais em série ou em paralelo.
Figura 2
Deve-se soldar as garras jacarés aos terminais dos resistores, dos cabinhos que
serão utilizados como pontes e aos terminais dos suportes para pilhas.
A figura 3 representa um resistor com as
garras jacarés soldadas aos seus
terminais.
Figura 3
6) COMO FUNCIONA:
O Kit pode ser usado na obtenção experimental da 1ª lei de Ohm, associação em
série e em paralelo de resistores, medidas de voltagem e de intensidade de corrente
elétrica, associação de geradores, circuitos com mais de uma fonte de energia conectada
em trechos diferentes do circuito em pontos diferentes. Enfim, com o Kit podem ser
criadas diversas situações didático-metodológicas que aproximam teoria e prática,
auxiliando o aluno no desenvolvimento de habilidades relacionadas tanto ao conteúdo
quanto aos procedimentos científicos.
7) SUGESTÕES PARA AVALIAÇÃO DA APRENDIZAGEM:
7.1) Abaixo estão representados esquemas de ligação de uma lâmpada a uma pilha, nos
quais os fios de cor azul são cabinhos para conexão elétrica.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Assinale o(s) esquema(s) que permitiria(m) acender a lâmpada. Justifique sua
resposta.
7.2) Uma pessoa associa uma lâmpada de 3 V a uma pilha AA
(pequena), conforme ilustração ao lado. Ao ver a lâmpada
acesa, avalia que seu brilho ficou aquém do esperado.
Ela pensa um pouco e, então, decide substituir a pilha AA por uma D (grande). Nesta
nova situação, o que aconteceu em relação ao brilho da lâmpada? Apresente uma
explicação para sua resposta.
7.3) Para avaliar os conhecimentos dos alunos sobre circuitos elétricos simples, um
professor dividiu a turma em grupos e distribuiu, para cada um, o seguinte material: 2
lâmpadas incandescentes de 3 Volts, 2 bocais soquete, 3 pilhas AA, cabinhos para
conexão e fita adesiva.
Como desafio propôs que os grupos fizessem a montagem de circuitos elétricos, de
modo a obter o melhor brilho para as lâmpadas.
As figuras a seguir ilustram as montagens de cada grupo.
Grupo I
Grupo II
Grupo III
Grupo IV
Qual dos grupos venceu o desafio proposto pelo professor? Justifique sua resposta.
7.4)
Realmente, além das agressões à natureza, muitas vezes não percebemos no diaa-dia o quanto desperdiçamos de energia.
Vamos ver em duas situações usuais se você tem contribuído para este
desperdício: lâmpada e chuveiro elétricos.
a) Verifique na lâmpada, normalmente utilizada em seu quarto, as indicações de
voltagem e potência. Anote esses valores. Repita esse procedimento para o chuveiro
elétrico. Lembre que geralmente o chuveiro possui duas indicações de potência
elétrica (quente/inverno – morno/verão). É importante que você faça a anotação das
duas.
Lâmpada
Voltagem:
Potência:
Chuveiro
Voltagem:
Potências:
b) Quanto tempo, em média, a lâmpada do seu quarto permanece acesa durante um
mês?
c) Durante seu banho, em que posição (quente/morno/desligado) a chave seletora é
usada?
d) De quanto tempo é, normalmente, a duração do seu banho? A partir deste valor,
determine o tempo que o chuveiro fica ligado em um mês?
e) Calcule, usando os dados fornecidos nos itens anteriores, os valores médios de
energia elétrica consumida mensalmente durante os funcionamentos da lâmpada e do
chuveiro.
f) Pegue a última conta de luz de sua residência e verifique qual foi o consumo
mensal de energia elétrica. Que porcentagem da energia consumida foi gasta nos
usos da lâmpada de seu quarto e do chuveiro com o seu banho diário?
g) Você acha que está desperdiçando energia elétrica? Esperamos que NÃO!!! Porém,
suponha que você ainda pudesse diminuir o gasto de energia elétrica, nestas duas
atividades, em 10%. Que economia, em Real (R$), estaria sendo feita? Para
responder verifique o valor atual do kWh?
8) PROPOSTAS PARA APROFUNDAMENTO DO CONTEÚDO:
8.1) Desenvolvimento de um trabalho interdisciplinar com o professor de Biologia sobre o
tema: Os efeitos da corrente elétrica no organismo dos seres humanos.
8.2) Propor aos alunos um trabalho de pesquisa sobre as fontes de geração de energia
elétrica no Brasil, incluindo uma avaliação sobre os aspectos positivos e negativos,
de cada uma delas, em relação ao meio ambiente.