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1) PROBLEMATIZAÇÃO2
A vida moderna, cercada como é de artefatos elétricos, torna a sociedade
extremamente dependente do uso da eletricidade. E onde existe eletricidade, existe
fio, conforme ilustram as Figuras 1 e 2. Ao menos por enquanto. Eu me lembro de ter
de quebrar a cabeça imaginando onde eu poria os 20 fios que ligavam os vários
componentes do meu equipamento de som sem embolá-los, uma tarefa quase
impossível. Mas, uma vez solucionado o complicado problema estético, a mágica não
falha jamais: é só conectar o fio na tomada, ligar o amplificador e tocador de cd, e a
música jorra dos alto-falantes. A “alma” dessa mágica é a corrente elétrica, bilhões
de trilhões de elétrons fluindo pelos fios e circuitos elétricos, como água em um rio.
Figura 13
Figura 24
2) PERGUNTAS-CHAVE
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Perguntado pelo professor sobre a diferença entre condutores e isolantes,
Juquinha respondeu: “– Um condutor pode ser carregado eletricamente,
enquanto que um isolante não pode”. Você concorda com essa distinção?
Justifique.
É do conhecimento de todos que se levamos um choque, ele é mais intenso se
estivermos molhados. Como se explica esse fato?
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3) CONCEITOS-CHAVE5
Condutores e Isolantes6
Osborne Reynolds (1842 - 1912)
Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem os metais - ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros -, a última
órbita eletrônica perde um elétron com grande facilidade. Por isso seus elétrons recebem o nome de elétrons livres.
Estes elétrons livres se desgarram das últimas órbitas eletrônicas e ficam vagando de átomo para átomo, sem direção definida. Mas os
átomos que perdem elétrons também os readquirem com facilidade dos átomos vizinhos, para voltar a perdê-los momentos depois. No
interior dos metais os elétrons livres vagueiam por entre os átomos, em todos os sentidos.
Devido à facilidade de fornecer elétrons livres, os metais são usados para fabricar os fios de cabos e aparelhos elétricos: eles são
bons condutores do fluxo de elétrons livres.
Já outras substâncias - como o vidro, a cerâmica, o plástico ou a borracha - não permitem a passagem do fluxo de elétrons ou deixam
passar apenas um pequeno número deles. Seus átomos têm grande dificuldade em ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas
eletrônicas. São os chamados materiais isolantes, usados para recobrir os fios, cabos e aparelhos elétricos.
Essa distinção das substâncias em condutores e isolantes se aplica não apenas aos sólidos, mas também aos líquidos e aos gases.
Dentre os líquidos, por exemplo, são bons condutores as soluções de ácidos, de bases e de sais; são isolantes muitos óleos minerais. Os
gases podem se comportar como isolantes ou como condutores, dependendo das condições em que se encontrem.
O que determina se um material será bom ou mau condutor térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou molecular.
Assim, os metais são excelentes condutores de calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos "fracamente" ligados,
tornando-se livres para transportar energia por meio de colisões através do metal. Por outro lado temos que materiais como lã, madeira,
vidro, papel e isopor são maus condutores de calor (isolantes térmicos), pois, os elétrons mais externos de seus átomos estão firmemente
ligados.
Os líquidos e gases, em geral, são maus condutores de calor. O ar, por exemplo, é um ótimo isolante térmico. Por este motivo
quando você põe sua mão em um forno quente, não se queima. Entretanto, ao tocar numa forma de metal dentro dele você se queimaria,
pois, a forma metálica conduz o calor rapidamente.
A neve é outro exemplo de um bom isolante térmico. Isto acontece porque os flocos de neve são formados por cristais, que se
acumulam formando camadas fofas aprisionando o ar e dessa forma dificultando a transmissão do calor da superfície da Terra para a
atmosfera.
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De um modo geral, podemos dizer que um material é condutor elétrico quando
permite a movimentação de cargas elétricas, caso contrário, ele é chamado de isolante ou
dielétrico.
O comportamento do condutor ou isolante de uma substância depende do tipo de
átomos que a constitui e da ligação entre eles.
Átomo que a constitui:
Elemento metálico: os elétrons de valência estão fracamente ligados, por isso,
possuem baixa eletronegatividade.
Elemento ametálico: os elétrons de valência estão fortemente ligados, por isso,
têm alta eletronegatividade.
Ligação entre eles:
Ligação iônica ou eletrovalente: ligação entre átomos metálicos e ametálicos.
O resultado dessa ligação é um composto de natureza isolante.
Ligação covalente ou molecular: ligação entre átomos ametálicos.
Uma ligação covalente dá origem a uma substância isolante, pois não há formação
de cargas livres.
Ligação metálica: ligação entre átomos metálicos. É devido ao elevado número de
elétrons livres que os metais são excelentes condutores elétricos.
4) ATIVIDADES EM GRUPO
Como essa atividade é para APNEE, também, sugere-se que na realização das
etapas descritas a seguir esses alunos sejam incluídos em grupos de alunos videntes,
de maneira que eles participem ativamente. E, para que tenham maior autonomia,
propõe-se que os textos relativos à problematização, às perguntas-chave e à avaliação
da aprendizagem sejam impressos em Braille.
a) O professor pode dividir a turma em grupos de 5 alunos no máximo.
b) Pedir aos alunos que discutam entre si as questões apresentadas no item 2. Em
seguida, propor aos grupos que apresentem suas respostas e promover um pequeno
debate entre os grupos.
c) Entregar os kits aos grupos para que sejam explorados. Nesse momento o
professor deve, apenas, auxiliar os alunos, permitindo que eles tirem suas
conclusões.
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d) Utilizar as conclusões dos alunos para introduzir as explicações científicas,
apresentando os conceitos-chave, a fim de que o aprendizado seja mais eficaz.
5) CONSTRUÇÃO E MONTAGEM DO KIT7
5.1) Material para construção
Placa de madeira 22 cm x 16 cm
5 interruptores pequenos
5 materiais condutores e isolantes
1 Buzzer (que suporte 9 Volts)
1 bateria de 9 Volts
Adesivo instantâneo universal
Fios diversos
2 parafusos em “L” de 2,5 cm ou porta-bateria (9V)
Conector para bateria de 9 Volts
Fio de solda
5.2) Montagem do kit
Com um lápis, desenhe o circuito na placa de madeira conforme exposto na
Figura 3, determinando a posição onde ficarão colados os materiais e os
interruptores. Isto ajudará na montagem do circuito proposto.
Corte a placa de madeira a fim de introduzir/fixar os interruptores. Escolha
5 materiais condutores e isolantes, preferencialmente da mesma espessura e
corte-os do mesmo tamanho – os materiais usados neste kit foram: fio de
arame, fio de cobre para bobina (lixado), grafite 0.9mm, palito de madeira e um
pedaço de capa de fio.
Prenda a bateria na lateral da placa de maneira que esta não atrapalhe a
construção do circuito. Para isto, use os parafusos em “L” ou o porta bateria e
siga as instruções abaixo:
1. Corte um fio (simples) do tamanho da largura da placa. Desencape o fio nas
duas pontas e em quatro posições no meio do fio – na altura aonde vão ficar
os materiais – Chamaremos este de fio A (em vermelho no esquema da
Figura 3);
2. Ligue este fio (A) ao terminal positivo da bateria;
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3. A partir do fio A, nas partes já desencapadas do fio, fixe outro fio que ligue
este fio A a uma das extremidades do material – um fio para cada material –
de maneira a formar um circuito paralelo, sendo os materiais as
“resistências” deste circuito. Depois de feito isto, cole o fio A na parte de
baixo da placa de madeira. (Na Figura 4, este fio está colado na parte
superior da placa).
Sugestão 1: estas ligações podem ser feitas (todas) por baixo da placa de
madeira, fazendo-se pequenos orifícios nesta. Isto para diminuir o número
de fios na parte de cima da placa, facilitando a percepção do material
através do tato.
Sugestão 2: A ligação do fio ao material pode ser feita usando-se pequenas
abraçadeiras de metal. Fios já com estas abraçadeiras são facilmente
encontrados em fios de fonte de computador, fios conectores USB e
conectores do gênero.
4. Corte outro fio (simples) do tamanho da largura da placa. Desencape o fio
nas duas pontas e em quatro posições no meio do fio – na altura aonde vão
ficar os materiais – Chamaremos este de fio B (em preto no esquema da
Figura 3).
5. A partir da outra extremidade (não conectada) de cada material, ligue um
fio do material até um terminal do interruptor – cada material ligado a um
interruptor. Para isto, recomenda-se, também, o uso das abraçadeiras de
metal, bem como as conexões por baixo da placa.
6. Conecte o outro terminal de cada interruptor ao fio B – analogamente ao
item 3.
7. Depois de todos os materiais conectados ao fio B, prenda-o na parte de
baixo da placa.
8. Com outro fio, conecte o fio B ao terminal positivo do Buzzer (em verde no
esquema da Figura 3). Com outro fio, conecte o terminal negativo do Buzzer
ao terminal negativo da bateria.
9. Prenda o Buzzer em algum lugar da placa.
Sugestão 3: Na ligação dos materiais com os fios A e B, foram feitos dois
furos na placa de madeira – um na altura de cada extremidade do material –
de maneira que as abraçadeiras de metal prendessem o material por entre
os furos da placa. Após isto, os materiais foram colados na placa de madeira.
Desta forma, praticamente não teremos fios na parte superior da placa de
madeira, o que facilitaria a percepção do aluno pelo tato.
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PRONTO!!!
Agora, ao apertar o interruptor, o circuito estará fechado e a corrente passará, ou
não, por dentro do material escolhido, indicando se este é um condutor ou um isolante.
Podem ser feitos alguns acabamentos no kit como, por exemplo, colocar alguns
“pés” de apoio na parte de baixo da madeira para que os fios não se soltem devido a um
possível choque ou atrito.
Esquema do circuito:
Figura 3: Esquema para montagem do circuito.
Figura 4: Ilustração do kit experimental.
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6) SUGESTÕES PARA AVALIAÇÃO DA APRENDIZAGEM:
1) Sabe-se que o corpo humano é capaz de conduzir cargas elétricas. Explique,
então, por que uma pessoa, segurando uma barra metálica em suas mãos, não
consegue eletrizá-la por atrito.
2) Para evitar a formação de centelhas elétricas, os caminhões transportadores de
gasolina costumam andar com uma corrente metálica arrastando-se pelo chão.
Explique.
3) Por que às vezes tomamos choques nas portas dos carros?8
1
Proposta reestruturada pelas licenciandas em Física, Karla Silene Oliveira Marinho, Lolita Lutz de Souza e
Ludmila Barbosa Salgado, a partir do projeto-aula elaborado, no 1º semestre letivo de 2008, na disciplina
Produção de Material Didático e Estratégias para o Ensino de Física (PMDEEF) II, com a participação dos
licenciandos Leduc Hermeto de Almeida Fauth e Fabiana Monteiro de Oliveira.
2
GUIMARÃES, Luiz Alberto Mendes; FONTE BOA, Marcelo Cordeiro. Física: Mecânica. Niterói-RJ:
Futura, 2004.
3
Disponível em: <http://www.vibrant.com/images/cables/racks-mess-andrew-mac.jpg >. Acesso em: 08 de
maio de 2008.
4
Disponível em: <http://esbatalha.ccems.pt/images/clipart/electricistas_med.gif >. Acesso em: 08 de maio
de 2008.
5
GUIMARÃES, Luiz Alberto Mendes; FONTE BOA, Marcelo Cordeiro. Física: Mecânica. Niterói-RJ:
Futura, 2004.
6
Disponível em: <http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/condutores-e-isolantes/condutores-eisolantes-1.php>. Acesso em: 24 de junho de 2008.
7
Agradecemos as críticas e sugestões dos eletricistas Alexandre Carvalho Pontes, Marcos Douglas
Nascimento e Narciza Maria Dias Tomkewitz.
8
Disponível em: < http://www.adorofisica.com.br/dfisica.html>. Acesso em: 24de junho de 2008.
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