DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

I. Professor PDE: José Antonio Spessato

II. Área PDE: Física

III. NRE: Maringá

IV. Professora Orientadora IES: Profa. Dra. Polônia Altoé Fusinato

V. Professora co-orientadora: Silvia Oliveira Resquetti

VI. IES vinculada: Universidade Estadual de Maringá – UEM

VII. Escola de Implementação: Município: Maringá

VIII. Público objeto de intervenção: Alunos da 3ª série do Ensino

Médio.

TEMA DE ESTUDO: Eletrodinâmica

TÍTULO DO PROJETO DE INTERVENÇÃO PEDAGÓGICA NA

ESCOLA:

Uso de kits de eletricidade aplicados às leis de ohm em circuitos simples, no

entendimento de dispositivos eletrodomésticos.

PRODUÇÃO DIDÁTICO-PEDAGÓGICA: Unidade Didática.

1

ÍNDICE.

UNIDADE-01.

Levantamento prévio e contextualização da eletricidade na

evolução histórica e social..............................................................05

UNIDADE-02.

Condutores, isolantes, corrente elétrica e iônica...........................06

1ª atividade-Condutores e isolantes de eletricidade....................07

2ª atividade-Condutibilidade iônica em líquidos e gases.............07

UNIDADE-03.

2ª de Ohm, resistividade elétricas dos materiais...........................10

UNIDADE-04.

1ª Lei de Ohm, corrente continua e alternada...............................13

1ª atividade-Corrente continua e alternada.................................13

2ª atividade-1ª lei de Ohm............................................................15

UNIDADE-05.

Associação de resistências em série e paralelo..............................17

1ª atividade-Associação de resistências em série........................17

2ª atividade-Associação de resistências em paralelo...................19

UNIDADE-06.

Associação de receptores em série e paralelo................................20

1ª atividade-Associação de receptores em série..........................20

2

2ª atividade-Associação de receptores em paralelo.....................21

UNIDADE-07.

Fusíveis e disjuntores.....................................................................22

1ª atividade-Fusível......................................................................22

2ª atividade-Disjuntor...................................................................22

UNIDADE-08.

Consumo de energia elétrica de aparelhos eletro-

eletrônicos......................................................................................24

POTENCIÔMETRO.......................................................................26

UNIDADE-09. Efeito Joule............................................................27

AVALIAÇÃO...................................................................................30

REFERÊNCIAS..............................................................................31

APRESENTAÇÃO

O presente trabalho refere-se à produção didático-pedagógica, elaborado de

acordo com o projeto de intervenção pedagógica na escola “Uso de kits de

eletricidade aplicados às leis de Ohm em circuitos simples, no

entendimento de dispositivos eletrodomésticos”. O trabalho apresenta

atividades experimentais, com o uso de instrumentação de baixo custo

desenvolvida pelo professor autor e aplicáveis em sala de aula, não

necessitando do laboratório de Ciências. Os conteúdos propostos visam à

complementação dos temas abordados teoricamente em sala de aula.

A nossa preocupação foi elaborar atividades práticas contendo roteiros de

experiências simples, mas significativas, relacionadas aos conteúdos de

3

eletrodinâmica e a vivência cotidiana do aprendiz. Para o desenvolvimento

das atividades, que estão distribuídas em seis (06) unidades, propomos que

sejam compostos grupos com quatro (04) alunos. Utilizamos cinco (05) kits

experimentais, sendo que um dos kits, denominado “kit mestre”, tem

aplicabilidade em todas as experiências e devem ser distribuídos um para

cada grupo. Os outros quatro (04) kits, denominados “kits auxiliares” serão

utilizados de forma demonstrativa pelo professor, procurando-se empregar

linguagem acessível para alunos do Ensino Médio para a compreensão de

conceitos teóricos e formulação matemática adequada, não perdendo de vista

o foco principal que é a investigação cientifica no entendimento dos

conteúdos de eletrodinâmica. Ao selecionarmos as experiências, levamos em

conta a utilização do mínimo de material específico e a possibilidade de uma

intensa participação dos alunos.

Esperamos que através de processos metodológicos investigativos, os alunos

sejam sensibilizados e instigados a participar do debate, análise, levantamento

de hipóteses e conclusões envolvendo o tema proposto, de modo que sejam

capazes de relacionar os modelos teóricos e os conceitos científicos de forma

qualitativa ou quantitativa, objetivando a desmistificação dos paradigmas do

ensino de física mecanicista tradicional. Nosso objetivo é tornar a Física rica

em significado para o estudante, facilitar a construção do conhecimento

científico e integrá-los no entendimento das tecnologias presentes no seu dia-

a-dia.

CONTEÚDOS

Os conteúdos de eletrodinâmica trabalhados em cada unidade apresentada

têm caráter experimental e investigativo, tendo como suporte didático-teórico

o livro texto “Física ciência e tecnologia”, volume (03), adotado pela escola

de aplicação do projeto. A eletrodinâmica faz parte do conteúdo estruturante

Eletromagnetismo na grade curricular do 3º ano do Ensino Médio.

4

UNIDADE 01

Levantamento prévio e a contextualização da eletricidade na

evolução histórica e Social.

Inicialmente deve ser feito um levantamento prévio dos dispositivos

eletroeletrônicos utilizados cotidianamente e através do quadro de giz,

classificá-los conforme a função de transformar energia elétrica em outras

formas de energias (térmica, luminosa, sonora, etc.). Posteriormente, devem

ser formadas equipes de 04 alunos e distribuídos os temas de pesquisas,

contextualizando-se a epistemologia, a evolução da eletricidade, as

transformações políticas, sociais e tecnológicas ocorridas desde a Antiguidade

até os tempos modernos.

OBJETIVOS

• Estudar a epistemologia da história da eletricidade.

• Contextualizar a evolução da eletricidade com a evolução social, política

e econômica desde a Antiguidade até a Idade Contemporânea.

PROCEDIMENTO

Sugerimos que os temas sejam apresentados em equipes de 04 alunos, com a

utilização de cartazes e multimídias disponíveis como TV-pendrive, slides, etc.

Os temas propostos versam sobre a:

a)Epistemologia dos fenômenos elétricos.

b)Contribuição do motor a vapor no surgimento da 1ª Revolução Sócio-

Econômica, no século XVIII (1ª Revolução Industrial).

c)Contribuição do motor elétrico e dos dispositivos eletrônicos, como a

válvula e o transistor, deram para a 2ª Revolução Sócio-Econômica (2ª

Revolução Industrial).

d)Contribuição dos computadores e máquinas computadorizadas para a

Revolução Sócio-Econômico da Idade Contemporânea (3ª e 4ª revolução

industrial).

ANÁLISE

5

Para cada trabalho apresentado, propomos que as equipes sejam distribuídas

em forma de mesa redonda, para que sejam analisados e discutidos os

seguintes itens:

• Como a evolução da Ciência contribuiu para uma mudança social,

política e econômica da humanidade.

• Como a evolução da ciência contribui para o surgimento dos problemas

sociais como o desemprego.

• Como o computador, dispositivo atuante num mundo informatizado,

interfere no desenvolvimento da sociedade globalizada contemporânea.

UNIDADE 02

Condutores, Isolantes, Corrente elétrica e iônica

Nesta atividade experimental utilizamos o “kit mestre” para diagnosticar a

condutibilidade dos materiais, inserindo-se no circuito materiais como fios

metálicos, plásticos, madeira, etc. Através do brilho da lâmpada, pode-se

analisar qualitativamente e registrar em tabela os elementos condutores e

isolantes de eletricidade, detectando-se macroscopicamente a passagem da

corrente elétrica nos corpos. Posteriormente, com a mesma metodologia,

analisaremos a condutibilidade nos líquidos, caracterizando assim a corrente

iônica.

OBJETIVOS

• Observar e classificar macroscopicamente a condutibilidade elétrica

nos materiais sólidos e líquidos.

• Relacionar os materiais em estudo e sua aplicabilidade em dispositivos

elétricos e eletrônicos.

• Entender microscopicamente a condução elétrica e iônica.

MATERIAL DO KIT MESTRE

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fig. 01: kit mestre. (autoria própria)

• Porta pilhas (04 pilhas médias)

• Dois multímetros.

• Garras-jacaré

• Molas fixadoras em série e paralelo

• Materiais sólidos, conforme tabela.

1ª ATIVIDADE: Condutores e Isolantes de eletricidade.

PROCEDIMENTO

Monte o kit mestre, conforme mostra a figura 1. Insira os materiais sólidos na

ordem conforme mostra a tabela 1, entre os terminais (molas) do kit, de forma

a fechar o circuito, verificando-se se a lâmpada acende ou não. Caso a

lâmpada acenda, observe a intensidade de seu brilho, ou seja, a potência

elétrica dissipada, completando com (X) as lacunas da tabela abaixo.

Tabela 1

Tipo de material Brilho mais intenso

Brilho menos intenso

Lâmpada apagada

Alumínio (fio 20 cm)Cobre (fio 20 cm)Chumbo (fio 20 cm)Níquel-cromo (fio

20cm)Grafite (lápis, 20

cm)Madeira (palito)Plástico (canudinho)Borracha (filete)PorcelanaMica

ANÁLISE

1. De acordo com os dados obtidos na tabela 1, discuta a condução de

eletricidade nos sólidos e responda as seguintes questões propostas:

• Quais são os materiais utilizados no experimento que permitiram brilho

mais intenso da lâmpada? Esses materiais são bons ou maus condutores

de eletricidade?

7

• Em quais materiais o brilho da lâmpada foi menos intenso? Esses

materiais são bons ou maus condutores de eletricidade?

• Quais são os materiais que não permitiram que a lâmpada ascendesse?

Como são denominados?

2.Pesquise no livro didático e analise o conceito microscópico da corrente

elétrica nos materiais sólidos e, depois, responda às seguintes questões:

• O que acontece no interior destes materias que permite a passagem de

eletricidade? Defina corrente elétrica.

• Como é denominada a corrente elétrica nos sólidos?

• Pesquise sobre materiais semicondutores e suas aplicações em

eletrônica.

• Pesquise sobre materiais supercondutores e suas aplicações.

3. São apresentados os seguintes dispositivos elétricos: soquete, tomada,

lâmpada incandescente, fusível, resistores de ferro de passar e chuveiro

elétrico, chave de faca, interruptor, diodo, brinco da torre de alta tensão.

Observe detalhadamente esses dispositivos, analise o tipo de material de que

eles são construídos, sua função nos circuitos elétricos e complete a tabela

2.

8

Tabela 2

2ª ATIVIDADE: Condutividade iônica em líquidos e gases.

PROCEDIMENTO

Para estudar a condutibilidade elétrica nos líquidos, siga os seguintes passos:

a)Utilize o kit mestre e ligue entre seus terminais (entre as molas) a lâmpada.

Em seguida, mergulhe suas extremidades nos líquidos, um de cada vez,

conforme mostra a figura 2.

Fig-02. Corrente iônica. (autoria própria)

b)Observe atentamente se a lâmpada acende e, caso positivo, o brilho do

diodo, completando a tabela abaixo.

Material Dispositivo Função

Latão (Zn + Cu)

Estanho

Níquel-cromo

Alumínio

Plástico

Mica

Porcelana (cerâmica)

9

Tabela 3

Líquido Conduz eletricidade Não conduz

eletricidadeÁgua desmineralizadaÁgua de torneiraÁgua + açúcarÁgua + sal

ANÁLISE

• Analise os dados obtidos na tabela e comente o observado sobre a

condutibilidade elétrica nos líquidos. Há alguma semelhança com a

condutibilidade dos sólidos?

• Discuta com seu professor de Química, como surge a corrente elétrica

nos líquidos e gases e como é denominada.

• As lâmpadas fluorescentes utilizam gases na condução de eletricidade

para emitir luzes (vermelhas, azuis, amarelas, etc.). Explique como

surgem as cores nestas lâmpadas.

4. Considerando tudo o que foi estudado nas etapas anteriores, faça uma

conclusão sobre a condutibilidade elétrica nos sólidos, líquidos e gases.

UNIDADE 03

2ª lei de Ohm, resistividade elétrica dos materiais

Nesta unidade apresentamos atividades que permitem estudar mais

detalhadamente a resistência elétrica que os materias oferecem à passagem

da corrente elétrica. A obtenção de dados experimentais quantitativos

possibilita a construção de tabelas, gráficos, levantamento de hipóteses,

elaboração de conclusões qualitativas e formulação matemática a respeito das

proporcionalidades entre as grandezas que envolvem a 2ª lei de Ohm, descrita

por (R = δL/А).

OBJETIVOS

• Discutir a dependência da resistência elétrica em relação à espessura e

comprimento do material condutor.

10

• Analisar a dependência da resistividade elétrica com o tipo de material

e sua influência na condução da corrente elétrica.

• Verificar a importância do uso de fios mais espessos em dispositivos

potentes, como chuveiros, em relação a dispositivos menos potentes,

como lâmpadas, ventiladores, etc.

MATERIAL

• Kit mestre;

• 2 m de fio condutor (níquel-cromo, arame ou resistência de chuveiro

“queimada”);

• 1 grafite – lápis carpinteiro;

• 1 grafite – lapiseira 07 mm ou 05 mm;

• 1 alicate medidor de espessura.

PROCEDIMENTO

a)Utilize o alicate e meça a espessura do grafite de maior área

(carpinteiro), fixando-o entre os terminais (molas) no kit mestre.

b)Faça as medidas da resistência com o multímetro, posteriormente ligue

a lâmpada em série com o grafite, feche o circuito ligando às pilhas.

Observe a intensidade do brilho da lâmpada.

c)Repita os passos acima para o grafite de menor espessura (lapiseira) e

registre os dados na tabela 4.

OBS: Se preferir não cortar o grafite de carpinteiro, apenas encaixe-o

comprimento desejado entre as molas fixadoras ou entre os terminais do

multímetro.

Tabela- 4

Material Comprimento (cm)

Área (mm²) Resistência (Ω)

Brilho (+) ou (-)

Grafite de carpinteiro

5 cm

Grafite de lapiseira

5 cm

Grafite de carpinteiro

10 cm

Grafite de carpinteiro

15 cm

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ANÁLISE

1.Após analisar e discutir entre os grupos os valores obtidos das grandezas

medidas analise as seguintes questões:

• Os valores das resistências (R) em função das áreas (A) dos grafites, são

diretamente ou inversamente proporcionais? Represente, em forma de

função matemática, a resistência em função da área do material.

• Os valores da resistência (R) em função do comprimento (L) do grafite

de 10 cm, são diretamente ou inversamente proporcionais?

• Utilize um dos fios condutores fixando a garra jacaré do multímetro em

uma das extremidades e com a outra garra aumente a distância em

relação à primeira. Observe o valor da resistência registrada no visor do

multímetro. O que foi concluído no item anterior entre a resistência R e

o comprimento L pode ser verificado também para outros materiais

incluindo fios metálicos usados em dispositivos elétricos? Justifique sua

resposta.

• A relação de proporcionalidade entre o valor das resistências e o brilho

da lâmpada.

2.Utilize papel milimetrado e represente graficamente os valores obtidos na

tabela, colocando a resistência R no eixo Y, em função do comprimento L do

grafite no eixo X.

• A forma do gráfico confirma a relação de proporcionalidade entre R e L

analisada anteriormente? Explique.

• Calcule a inclinação da reta R/L: o valor obtido é constante? Discuta

com o professor e com o grupo o significado deste valor.

• Represente a função matemática que relaciona as grandezas físicas

estudadas acima e formalize a segunda lei de Ohm.

• Discuta com o grupo sobre a importância de utilizar fios de espessura

diferentes em dispositivos elétricos como chuveiros, ventiladores,

churrasqueiras elétricas, chapinhas, abajur, etc.

12

UNIDADE 04

1ª lei de Ohm, corrente continua e corrente alternada.

O estudo do conceito de corrente continua. Corrente alternada e retificação

de corrente são apresentadas nesta unidade de forma qualitativa, com o uso

do kit auxiliar desenvolvido especialmente para esta atividade. Analisaremos

dispositivos eletrodomésticos classificando-os conforme o tipo de corrente

utilizada no seu funcionamento.

A primeira lei de Ohm (R=U/I) é apresentada a partir de dados experimentais

quantitativos, utilizando associação de resistências em série e em paralelo,

possibilitando assim, a construção de tabelas e gráficos e a análise do

princípio de funcionamento de alguns dispositivos eletrodomésticos de nosso

cotidiano.

1ª ATIVIDADE: Corrente contínua e corrente alternada

OBJETIVOS

• Analisar qualitativamente os tipos de correntes contínua e alternada.

• Relacionar os tipos de correntes que dispositivos eletroeletrônicos

utilizam durante seus funcionamentos.

• Entender o processo de retificação de corrente alternada em contínua.

MATERIAL.

• 4 pilhas médias;

• Motor de 6 v (motor de brinquedo);

• Transformador CA-127 V, CA - 6 V;

• Garras jacaré fixadoras;

• Retificador de corrente.

13

fig-03. Corrente continua e alternada. (autoria própria)

PROCEDIMENTO

a) Utilize o kit de retificação de corrente. Ligue as pilhas nos terminais do

motor, convencionando que o sentido horário é o sentido da corrente

elétrica.

b) Ligue os pólos das pilhas aos terminais do motor. Observe o sentido de

rotação do motor e responda:

• Qual o sentido de rotação do motor? É o sentido convencional da

corrente?

c) Inverta os pólos das pilhas nos terminais do motor e observe.

• Qual o sentido de rotação do motor? É o sentido convencional da

corrente?

d) Represente o esquema do circuito apresentado no painel e indique o

sentido convencional da corrente.

• Como é denominado este tipo de corrente? Justifique sua resposta.

e) Ligue transformador na tomada da rede elétrica, associe os fios da saída

no motor e observe o movimento de rotação.

• Descreva o que você observou quanto ao movimento da polia do

motor.

• Como é denominado este tipo de corrente?

• Quais os tipos de geradores que produzem correntes contínuas ou

correntes alternadas?

• Utilize o multímetro e meça a tensão de entrada da rede elétrica e a

tensão de saída no transformador, não se esquecendo de que ambas

são alternadas. De acordo com os valores obtidos, discuta com o

grupo e descreva qual a função deste transformador.

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f) Mantenha o transformador ligado na tomada da rede elétrica, ligue os

fios de saída na entrada do retificador de corrente, e a saída do

retificador nos pólos do motor. Observe o sentido de rotação do motor.

• O motor gira constantemente ou fica oscilando?

• A corrente é continua ou alternada? Explique qual a função do

retificador de correntes.

g) Pense, discuta em grupo e responda.

• O aparelho de tocar CD pode ser ligado na tomada da rede elétrica

que fornece corrente alternada?

• Explique como é possível o motor girar num único sentido, como se a

corrente fosse contínua igual à de pilhas e baterias?

h) Dispositivos como lâmpadas chapinhas, chuveiros, ferros de passar

roupa e churrasqueiras elétricas são ligados na rede elétrica que

fornece corrente alternada. Explique como isto é possível.

2ª ATIVIDADE. 1ª lei de Ohm

OBJETIVO

Nesta atividade são utilizados multímetros para medir quantitativamente a

variação de tensão e a corrente elétrica que atravessa um pedaço de grafite.

Com os dados experimentais obtidos propõe-se a construção de tabelas e

gráficos e a partir da análise dos mesmos, a formulação da 1ª lei de Ohm, uma

das equações fundamentais da eletrodinâmica.

MATERIAL

• Kit mestre

• grafite

fig. 04: Circuito 1ª Lei de Ohm. (autoria

própria)

PROCEDIMENTO:

Faz-se passar corrente pelo grafite fixado nas molas do kit mestre.

Varie as tensões do circuito colocando sucessivamente as pilhas em série.

Registre na tabela abaixo as medidas da corrente e tensão obtida pelos

multímetros, em cada caso.

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Tabela 5

01 pilha 02 pilhas 03 pilhas 04 pilhas

Tensão (U)Volt

Corrente (i) Ampére

U/i

ANÁLISE

• Represente, em forma de desenho, a associação em série dos geradores

(pilhas). Faça uma analise dos valores das tensões neste tipo de

associação.

• De acordo com os dados tabelados, represente graficamente num papel

milimetrado, as grandezas tensão (U) no eixo (Y) em função da corrente

elétrica (i) no eixo(X).

• Qual a relação de proporção entre tensão (U) e corrente elétrica (i): são

grandezas direta ou inversamente proporcionais? Justifique sua

resposta.

• O resultado obtido U/i registrado na tabela refere-se à inclinação da

reta. Este valor é aproximadamente constante. Discuta com seus colegas

do grupo, consulte o livro didático e explique o significado físico que

representa este valor.

• Desligue o circuito, utilize o multímetro e meça diretamente a

resistência (R) do pedaço de grafite, compare com o resultado obtido

acima. O que se pode concluir com os valores destas medidas? Atenção,

não se esqueça de levar em consideração que a resistência varia com o

aumento da temperatura.

• De com os dados obtidos nesta experiência, formalize a equação

matemática da 1ª lei de Ohm e o seu enunciado

• Calcule a potência elétrica dissipada no grafite em forma de

aquecimento, utilizando uma das seguintes equações matemáticas:

a) P = U.i b) P = R.i² c) P = U²/R

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UNIDADE 05

Associações de resistências em série e paralelo

OBJETIVOS

• Aplicar a 1ª lei de Ohm em circuitos série e paralelo.

• Determinar a corrente elétrica nestas associações.

1ª ATIVIDADE: Associação de resistências em série

MATERIAL

• Kit mestre

• Resistência R1= 10 Ω

• Resistência R2= 20 Ω

• 2 multímetros c.c (pode ser utilizado apenas 01 multímetro).

Fig. 05 Circuito associação em série. (autoria própria)

PROCEDIMENTO

a) Com o auxilio do kit mestre, associe as resistências R1 e R2 em série

(foto) mantendo o circuito aberto (desligado), e faça as seguintes

medidas das resistências:

R1 = R2 = Req =

b) Ligue as pilhas fechando o circuito. Utilize o multímetro (voltímetro) e

faça as medidas das tensões (U), nos seguintes casos:

U1 = (entre os terminais de R1)

U2 = (entre os terminais de R2)

Ueq = (entre os terminais de R1 e R2)

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c) Faça a medida da corrente elétrica (i) com o amperímetro antes e depois

das resistências em série.

Valor de (i) antes = Valor de (i) depois =

d) Calcule a corrente elétrica (i) no circuito utilizando a 1ª lei de Ohm U =

R.i, fazendo a seguinte adaptação: Ueq = Req.i

Com o auxilio da tabela do código de cores, compare os valores obtidos das

resistências medidas com o multímetro com os valores obtidos através das

cores.

Tabela 6

Cor 1ª Banda 2ª Banda Multiplicado

r

Tolerância

Preta 0 0 x1Marrom 1 1 x10 2%Vermelho 2 2 x100Laranja 3 3 x1.000Amarelo 4 4 x10.000Verde 5 5 x100.000Azul 6 6 x1.000,000Violeta 7 7 -----Cinza 8 8 -----Branco 9 9 -----Ouro ----- ----- x0,1 5%Prata ----- ----- ----- 10%Sem cor ----- ----- ----- 20%

ANÁLISE

• Observe o resultado da resistência equivalente (Req), com os valores de

R1 e R2. O que se pode concluir por resistência equivalente do circuito?

Represente em forma de formulação matemática as grandezas aqui

apresentadas.

• Qual a relação de proporcionalidade entre o a resistência equivalente

(Req), com os valores de R1 e R2?

• Observe o resultado da tensão equivalente (Ueq), com os valores de U1 e

U2. O que podemos concluir sobre a distribuição da tensão entre as

resistências? Represente matematicamente a relação de

proporcionalidade entre estas grandezas.

• Determine a potência dissipada em cada resistência e a potência total

do circuito.

18

• Utilize o livro didático e resolva os exercícios do módulo.

2ª ATIVIDADE: Associação de resistências em paralelo

MATERIAL

• Kit mestre

• 2 resistências de 10 Ω

• 2 multímetros c.c ( pode ser utilizado apenas 01 multímetro).

PROCEDIMENTO

a) Utilize o kit mestre e ligue duas resistências de 10 Ω em paralelo.

Mantenha o circuito aberto e faça a medida da resistência equivalente:

Req = ---------

b) Feche o circuito ligando as pilhas entre os terminais das resistências

(molas), faça a medida da tensão para cada resistência e da tensão total

(Ut) entre as resistências:

U1 = --------- U2 = --------- Ut = ----------

c) Meça a corrente elétrica (i) que atravessa cada resistência, e a corrente

total (it) no circuito.

i1 = ---------- i2 = -------- it = ----------

ANÁLISE

• O valor da resistência equivalente foi maior, menor ou igual ao valor de

cada resistência? O que se pode concluir sobre o valor da resistência

equivalente quando associamos resistências em paralelo?

• O que se pode concluir com a proporcionalidade entre a resistência

equivalente (Req), e o valor de cada resistência quando associadas em

paralelo? Dê a formulação matemática da resistência equivalente desta

associação.

• Pesquise no livro didático e dê a formulação matemática da resistência

equivalente da associação em paralelo nos seguintes casos:

a) duas resistências diferentes. b) Várias (n) resistência

iguais.

19

• O que se pode concluir com o valor da tensão distribuída em cada

resistência e a tensão total no circuito?

• O que se pode concluir com o valor da corrente distribuída em cada

resistência e a corrente total do circuito? Expresse matematicamente a

corrente total (it) em função de i1 e i2.

• Utilize o livro didático e resolva os exercícios do módulo.

UNIDADE 06

Associações de Receptores

1ª ATIVIDADE: Associação de receptores em série

Receptores elétricos são dispositivos que transformam energia elétrica em

outras formas de energia, enquanto que resistores elétricos transformam

energia elétrica em calor. Como exemplo, temos as lâmpadas incandescentes e

chuveiros elétricos, entre outros. Nesta atividade utilizamos o kit da figura 7.

MATERIAL

• Kit placa com bocal.

• Lâmpadas de 30 W, 40 W e 60 W, para 127 V.

Fig-06. Associação de receptores em série.

(autoria própria)

PROCEDIMENTO

A) associação em série

Nos bocais da placa apropriada, rosqueie as

lâmpadas de 30 W, 40 W e 60 W e ligue o

conjunto à rede elétrica.

ANÁLISE

a) Qual das lâmpadas brilha mais: a de 30 W, 40 W ou a de 60 W?

b) O que acontece se desrosquearmos uma lâmpada do circuito?

c) A intensidade da corrente nesse tipo de circuito é constante ou variável?

d) Meça a tensão entre os terminais de cada lâmpada e registre os valores

correspondentes na tabela abaixo.

20

Lâmpadas

(W)

Tensão(V)

30 U1=40 U2=60 U2=

e) Analise os resultados obtidos e responda: As lâmpadas em nossas casas

podem ser associadas em série?

f) As lâmpadas da árvore de natal são associadas em série e submetidas a

uma tensão de 127 V. Como estão distribuídas as tensões entre as

lâmpadas?

2ª ATIVIDADE-Associação de receptores em paralelo.

Rosqueie as lâmpadas de 30 W, 40 W e 60 W nos bocais apropriados do kit

(fig.7) em paralelo e ligue o circuito na tomada da rede elétrica.

ANÁLISE

a) Qual das lâmpadas brilha mais: a de 30 W, 40 W ou a de 60 W?

b) O que acontece de desrosquearmos uma lâmpada?

c) A intensidade da corrente neste tipo de ligação é a mesma em todas as

lâmpadas ou é variável?

d) Meça a tensão entre os terminais de cada lâmpada e verifique se é a

mesma ou se é diferente.

e) Que tipo de ligação elétrica você deve usar em nossas casas para que,

quando queimar uma das lâmpadas, as outras não se apaguem?

f) Discuta com seus colegas do grupo e comente se houve coincidência ou

não das lâmpadas que brilhavam mais na ligação em série e em paralelo.

g) Faça um desenho que represente o circuito da fiação da rede elétrica de

sua casa e insira alguns equipamentos ligados nesta rede.

h) Agora vamos comparar as potências de duas lâmpadas de mesma

potência (60 w) e tensão nominal diferente (127 V), ligadas na mesma

rede de distribuição elétrica (127 v). Observe o brilho das lâmpadas e

responda:

• O brilho é o mesmo? Explique o observado.

• O que acontecerá, se a lâmpada de 127 V for ligada numa tensão

superior, por exemplo, 220V?

21

UNIDADE-07 Fusíveis e disjuntores

Fusíveis e disjuntores são dispositivos cuja finalidade é a de proteger os

circuitos elétricos. São constituídos basicamente de um fino filamento de

chumbo ou estanho, o qual possui um baixo ponto de fusão. Na tarja dos

fusíveis e disjuntores estão registrados a corrente máxima que o fio pode

suportar (10 A, 20 A, 30 A, etc.), caso o aparelho seja submetido às altas

tensões ou a uma eventual sobrecarga de energia. Os disjuntores são

utilizados geralmente nas caixas de luz de instalações elétricas, sejam elas em

residências, estabelecimentos ou indústrias. A diferença entre os dois

dispositivos é que o fusível funde o filamento e o disjuntor desarma a chave,

desligando imediatamente a eletricidade no local.

Apresentamos, a seguir, duas atividades referentes aos dispositivos citados.

1ª ATIVIDADE-Fusível

MATERIAL

• Kit mestre;

• Lâmpada de árvore de natal;

• Filamento de palha de aço.

PROCEDIMENTO

Utilize o kit mestre e insira a lâmpada e a palha de aço em série entre as

molas, em seguida ligue as pilhas fechando o circuito.

ANÁLISE

• Descreva o que você observou durante a passagem da corrente elétrica

no filamento

• Como é denominado o efeito observado.

• Este material pode ser utilizado como fusível num circuito elétrico?

Explique sua resposta.

2ª ATIVIDADE-DISJUNTORES

OBJETIVO

• Determinar a corrente elétrica (i) nos cômodos de uma residência.

• Analisar a espessura do fio na instalação elétrica.

PROCEDIMENTO

22

Faça uma pesquisa e verifique a potência elétrica (Watts) encontrada nas

tarjas dos aparelhos de sua casa. Comece, por exemplo, pela cozinha, depois

banheiro e assim por diante. Como exemplo prático, vamos determinar a

corrente elétrica que passa nos circuitos do banheiro, determine as seguintes

grandezas:

a) Potência total (de todos os aparelhos elétricos do banheiro):

Exemplo: Potência total (Pot) = potência (chuveiro + lâmpadas + secador

de cabelos + barbeador elétrico, etc.).

Tensão da rede elétrica: U = 127V ou 220 V

b) Utilize a equação matemática (Pot = U.i) e determine a corrente elétrica

(i) total máxima no banheiro, supondo que todos os aparelhos estejam

ligados ao mesmo tempo.

c) A tabela abaixo fornece os valores da espessura do fio e a máxima

corrente elétrica (i) no circuito. Compare o valor calculado da corrente

total (i) e especifique a espessura do fio e a amperagem do disjuntor que

pode ser instalado no banheiro sem risco de curto circuito. Proceda

igualmente para outras partes da casa.

Tabela 7

i

(Àmper

es)

15,5 21 28 36 50 68 89 111 134

Área

(mm²)

1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50

ANÁLISE

• Supondo que a corrente elétrica calculada na área do chuveiro fosse em

torno de 40 A. Neste caso, qual a espessura do fio e qual o disjuntor

apropriado para esta instalação?

• Ouve-se falar que “quando o chuveiro é ligado as lâmpadas ficam

vermelhinhas, o ventilador parece girar mais lento ou às vezes o relógio

cai”. De acordo com que estudamos anteriormente, como podemos

explicar este fato?

23

• Suponha que o aparelho de CD de seu carro parou de funcionar

repentinamente. O que poderia ser checado antes de levar para

assistência técnica?

UNIDADE-08 Consumo de energia elétrica dos aparelhos

eletro-eletrônicos.

OBJETIVOS

• Determinar o consumo de energia de aparelhos eletrodomésticos e

eletroeletrônicos.

• Despertar no aluno a preocupação em relação ao desperdício do

consumo de energia elétrica.

• Verificar a aplicação da lei de Ohm no cálculo do consumo de energia.

MATERIAL

• Vídeo – conpet na escola “uma aula de economia”

• Dados de pesquisas obtidos pelos alunos: especificações de aparelhos

eletrodomésticos e eletroeletrônicos.

PROCEDIMENTO

a) Inicialmente, os alunos devem fazer uma pesquisa coletando

informações através das tarjas de dispositivos eletrodomésticos ou

eletroeletrônicos mais comuns existentes em suas casas e nas lojas.

b) Utilizando as formulações propostas anteriormente e com dados obtidos

nas pesquisas dos alunos, propomos calcular o custo médio de energia

elétrica destes aparelhos, em função do tempo de funcionamento.

c) Posteriormente, sugerimos analisar o conteúdo existente no vídeo,

levantando uma discussão entre os grupos. O objetivo é levar esses

conhecimentos para suas casas, sensibilizando a comunidade para uma

possível redução do consumo de energia elétrica.

RESULTADOS OBTIDOS

• Com os dados obtidos na pesquisa, preencha a coluna correspondente à

potência (Watt) de cada aparelho.

• Utilize a equação matemática abaixo para calcular o consumo de

energia elétrica de cada aparelho:

24

E = Potência x horas de funcionamento/dia x dias de uso no mês 1000

Tabela 8: Estimativa de consumo mensal de energia dos principais

eletrodomésticos.

Aparelhoelétrico

Potência

média(Watt)

Dias estimados(uso/mês)

Média de utilização

pordia(horas)

Consumomédiomensal

Gasto mensa

l(R$)

Aparelho somAr condicionado.Cafeteira elétrica.Computador.

Forno microondas.FreezerGeladeiraLâmpada flúor/Lâmpada inc/TV em cores.Ventilador.Aparelho dvd Chapinha cabelo.Secador cabelo.Lancheira elétricaFerro elétrico

• Calcule o quanto você pode economizar de energia elétrica, registrando

o tempo que o aparelho ficará desligado e proceda da mesma forma do

item anterior utilizando a equação da seguinte forma.

E = Pot x horas de economia por dia x dias de uso no mês

1000

25

ANÁLISE

• Analise os resultados obtidos nos cálculos da economia de energia

elétrica dos aparelhos elétricos. Comente com seus colegas se vale à

pena desligá-los quando em desuso.

• Discuta em grupo quais as principais dicas de economia de energia

elétrica propostas no vídeo.

• Elaborar um texto fazendo uma análise dos eletrodomésticos que mais

gastam energia elétrica, sugerindo medidas de intervenção na

contensão destes gastos.

Obs.Após esta pesquisa, os alunos poderiam desenvolver um projeto

direcionado à contensão de gastos de energia, em setores de interesse.

POTENCIÔMETRO. São dispositivos cuja função é a do controle da corrente

elétrica e consequentemente de sua potência elétrica, por exemplo, em alguns

eletrodomésticos de uso diário. O objetivo desta experiência demonstrativa é

utilizar o equipamento abaixo apenas para verificar como podemos controlar a

corrente e a potência da lâmpada conforme o material ilustrado na figura

abaixo.

Fig-07 Potenciômetro. (autoria própria)

Com a ponta da agulha presa na extremidade do fio, esfregue sobre a

resistência (fio de níquel-cromo), enrolada no cilindro.

ANÁLISE.

• Observe o brilho da lâmpada, o potenciômetro é capaz de controlar sua

potência, explique como.

• O potenciômetro pode ser comparado a uma resistência variável?

Explique.

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• Alguns dispositivos como chuveiros que tem um cabinho que o girarmos

sua temperatura pode variar sensivelmente. Cite outros dispositivos de

uso diário que utilizam potenciômetro para o controle de potência.

UNIDADE-09 Efeito Joule

Efeito Joule é um processo de aquecimento que dispositivos elétricos

apresentam ao serem submetidos a uma corrente elétrica. Este efeito é mais

acentuado em aparelhos como aquecedores, lâmpadas incandescentes,

chuveiros elétricos, ferros de passar roupa, fusíveis de proteção de circuitos

elétricos, etc., uma vez que esses dispositivos têm como principal função o

aquecimento.

Quando aquecemos filamentos metálicos como os das lâmpadas

incandescentes suas cores começam a variar de acordo com sua temperatura

atingida, conforme tabela abaixo:

Tabela 9: Cor da luz emitida por filamentos de lâmpadas incandescentes em

função da temperatura.

Luz (cor) Temperatura

Castanho De 520°C a 650°C

Vermelho De 650°C a 1050°C

Amarelo De 1050°C a 1250°C

Branco acima de 1250°C

Fonte: Resquetti, 1994.

O efeito Joule será apresentado quantitativamente utilizando um conjunto de

equações da termodinâmica, dispositivos de aquecimento que proporcionará

calcular aproximadamente as quantidades de energia elétrica convertida em

térmica.

OBJETIVOS

• Determinar aproximadamente a potência elétrica de um resistor.

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• Entender o processo de conservação da energia elétrica em energia

térmica.

Verificar sistemas conservativos e dissipativos.

MATERIAL

fig.08 - Efeito Joule (autoria própria)• Termômetro (0° C - 100°C);

• Ebulidor (rabo quente);

• Calorímetro (foto);

• Água;

• Cronômetro.

DESENVOLVIMENTO

a) Adicione no calorímetro certa massa de água. Introduza o ebulidor (de

baixa potência), juntamente com o termômetro. Ligue o ebulidor na rede

elétrica, até perceber o aquecimento. Meça a temperatura final da água.

Complete a tabela abaixo com os dados obtidos.

Tabela 10

Massa da água

(g)

Massa do

calorímetro(g)

Calor específic

o da água (cal/g°c)

Calorespecífic

o do caloríme

tro(cal/g°c)

Temperatura

inicial Ti (°c)

Temperatura

final Tf (°c)

ΔT (°c)

b) Considerando o calorímetro ideal e que toda energia elétrica fornecida

pelo ebulidor seja transformada integralmente em energia térmica no

sistema (água + calorímetro), estamos diante de um sistema

conservativo. Assim, podemos igual:

E = Q (eq-1)

28

E = energia elétrica dissipada em forma de calor, expressa por E = Pot.

Δt (eq. 2)

Q = quantidade de calor recebido pelo sistema (Água + calorímetro), Q

= m.c. ΔT (eq. 3)

Δt = tempo de funcionamento do ebulidor.

ΔT = variação de temperatura do sistema.

c) Através da equação-3, calcule a quantidade de calor recebida pelo

sistema:

Q = (m.c. ΔT) água + (m.c. ΔT) calorímetro

d) A unidade do valor de Q encontrado está em calorias (cal). Neste caso,

temos que transformá-la para Joule (J) através da seguinte relação:

1cal ≈ 4,2 J

e) Substituindo o valor encontrado de Q na equação (1), determine a

potência elétrica do ebulidor em Watt (W) com a equação-2, sabendo

que 1J/s = 1W:

Q = E → Pot.Δt = Q

f) Leia na tarja do ebulidor a potência nominal fornecida pelo fabricante e

registre na tabela 11:

Tabela 11

Potência nominal

(pn)

(W)Potência

calculada (pc)

(W)

Atenção: Se não encontrar a potência nominal podemos determiná-la,

aproximadamente, através das equações da eletrodinâmica. Por

29

exemplo: Pot = U²/ R, onde (U) é a tensão da rede elétrica e (R) a

resistência do ebulidor, que pode ser medido com o multímetro.

g) Discuta com o grupo os resultados obtidos, levando em consideração se

ocorreu conservação ou dissipação (perda) de energia durante a

conversão entre as energias térmica, fornecida pelo ebulidor, e a

energia térmica recebida pelo conjunto água-calorímetro.

h) Determine o erro percentual entre as potências encontradas, e analise

se o valor encontrado está entre o valor máximo aceito para este tipo de

experiência (20%). Discutam a validade desta experiência.

i) Diante dos resultados obtidos, qualquer processo em que ocorra

conversão de energia pode ser conservativo, ou seja, não ocorre perda

de energia? Por exemplo, toda energia térmica originada da explosão da

gasolina no interior do motor transforma-se integralmente em

movimento? Cite exemplos de outros processos de conversão de energia

encontrados em seu dia-a-dia.

PERÍODO DE APLICAÇÃO

As atividades propostas nas unidades foram elaboradas para que sejam

desenvolvidas durante o primeiro semestre de 2009, podendo variar quanto ao

número de horas aula de cada unidade.

SÉRIE DE APLICAÇÃO

Terceiro ano do ensino médio.

AVALIAÇÃO

Para o desenvolvimento desse trabalho, avaliaremos os seguintes pontos:

• O desempenho dos monitores (em sistema de rodízio), que se

responsabilizarão pelo transporte e organização do material da escola a

ser utilizado nas experiências.

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• O envolvimento dos alunos nas atividades, como também o

cumprimento das tarefas solicitadas pelo professor;

• O desempenho dos alunos nas tarefas de complementação das teorias

relativas a cada experiência através de discussão, análises e conclusões

dos conteúdos trabalhados;

• A execução dos exercícios desenvolvidos durante as atividades práticas

e teóricas.

Esperamos que essas sugestões sejam de grande valia.

Poderia ser desenvolvido algum projeto com os alunos, envolvendo estes

conceitos de eletrodinâmica para uma mostra no final do primeiro período

de 2009 ou em outra data, onde a comunidade escolar e a família pudesse ter

acesso.

REFERÊNCIAS

• PENTEADO, Carlos Magno A. Torres. Física: ciência e tecnologia. São Paulo: Moderna, 2005.

• RESQUETTI, Silvia Oliveira. Proposta de um Curso de Eletromagnetismo para o Ensino Médio. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Ensino de Física de 2º Grau) – Curso de Pós-Graduação em Ensino de Física de 2º Grau, Departamento de Física, Universidade Estadual de Londrina, 1994.

• SANTOS, Darcio Pereira dos. Física: dos experimentos à teoria: 2° grau. São Paulo, IBRASA, 1978.

• PARANÁ, Secretaria de Estado da Educação. Sugestões de Experiências de Física. Porf. Nilson Marcos Dias Garcia.

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