Coltec/UFMG – Física – 1º Ano – 2015
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Modelomicroscópicodofluxodeelétronsemumcircuito
Introdução
Nesta atividade você aprenderá a interpretar duas ilustrações do processo de criação de corrente elétrica em um
condutor metálico. A primeira é o vídeo electrons flow (fluxo de elétrons, em português), que pode ser encontrada
no
link
https://sites.google.com/site/1anofisicacoltecufmg/materiais-de-apoio-1/videos-e-animacoes/circuitoseletricos. A segunda é a animação Circuito Bateria-Resistor, que pode ser encontrada no link
http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/battery-resistor-circuit. Seu professor descreverá os fenômenos
representados nessas duas animações. Em seguida, você atuará sobre algumas imagens para: (a) identificar os
elementos nela representados; (b) produzir pequenos textos com o intuito de relatar os diversos acontecimentos e
processos representados em cada animação.
Parte I- Interpretação do vídeo electrons flow
O vídeo electrons flow apresenta um modelo microscópico sobre o que ocorre no interior de materiais metálicos
conectados aos polos de uma fonte de tensão. Seu professor exibirá o vídeo em silêncio e convidará você e seus
colegas a dizer o que viram no vídeo. Depois, ele descreverá os fenômenos representados no vídeo, do ponto de
vista científico, dando destaque a três conceitos estruturantes: organização dos átomos em um sólido metálico,
carga elétrica e força elétrica. Se for necessário, interrompa a fala do professor e faça todas as perguntas que você
achar necessárias ao entendimento dos fenômenos que o vídeo foi criado para representar.
A imagem abaixo foi inspirada no vídeo. No lado esquerdo, vemos a mão de uma pessoa prestes a fechar um
interruptor e, assim, ligar o filamento de uma lâmpada a uma fonte de tensão. No lado direito, vemos uma “lente
mágica” que focaliza um pequeno pedaço do filamento. Na parte central da figura, vemos bolas maiores unidas por
linhas pontilhadas que representam a organização dos átomos do filamento da lâmpada. Há também bolinhas
menores para representar elétrons que pertencem aos átomos, mas que podem se mover no interior do filamento.
O vídeo electrons flow será exibido, repetidamente, para que você volte a observar os processos nele representados
e, a partir daí, comece a produzir riscos, desenhos ou anotações sobre a imagem apresentada a seguir. O objetivo
dessa ação é que você possa usar essa imagem, posteriormente, para remeter sua imaginação aos processos
mostrados no vídeo e para dar sentido à descrição que seu professor fez desses processos.
Levando em consideração sua compreensão acerca dos processos representados no vídeo e da descrição desses
processos feita pelo professor, assinale V ou F nas frases a seguir.
(....)
O filamento de uma lâmpada é feito por átomos metálicos reunidos em uma estrutura muito organizada. A
ligação entre os átomos pode ser representada por linhas pontilhadas.
(....)
O elétron mais externo de cada átomo que compõe o filamento é repelido pelos elétrons que se encontram
mais próximos do núcleo; esse último elétron é fracamente ligado ao seu “átomo de origem”.
(....)
Se uma tensão elétrica for aplicada às extremidades do filamento, os elétrons fracamente ligados aos seus
“átomos de origem” passam a se mover como elétrons “livres”, por todo o volume do material.
(....)
No circuito mostrado no vídeo, ocorre uma colisão entre as cargas positivas que emergem de um polo e as
cargas negativas que emergem do outro polo; a colisão, no filamento da lâmpada, gera calor e luz
(....)
Quando o elétron mais externo de um átomo se afasta do seu núcleo de origem, esse átomo se comporta
como um íon positivo; o átomo, então, atrai, fracamente, qualquer elétron situado em suas proximidades.
(....)
Em um pedaço de fio de cobre, que não está conectado a nenhuma fonte de tensão, o movimento dos
elétrons não caracteriza uma corrente elétrica, visto que ocorre sem uma direção preferencial.
(....)
Os átomos que compõem o filamento da lâmpada se decompõem; assim, os elétrons desses átomos se
movem em direção ao polo positivo, enquanto os prótons se movem em direção ao polo negativo.
(....)
Os elétrons mais externos dos átomos dos metais que constituem um circuito elétrico fechado são,
simultaneamente, repelidos pelo polo negativo da fonte e atraídos pelo polo positivo desse dispositivo.
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(....)
Sob o efeito de uma tensão elétrica, os elétrons “livres” existentes no filamento de uma lâmpada entram em
movimento e transferem energia aos átomos/íons positivos do filamento.
(....)
Os átomos/íons positivos que compõem o filamento de uma lâmpada transferem energia para o ambiente
situado no seu entorno, após receberem energia dos elétrons “livres” que fluem pelo interior do filamento.
Parte II- Interpretação da animação Circuito Bateria-Resistor
Seu professor o guiará no processo de interpretação da animação apresentada pelo aplicativo Circuito BateriaResistor. Basicamente, ele irá ligar e desligar as três opções de visualização que aparecem no Painel de Controle,
situado no lado superior direito da janela aberta pelo aplicativo. A opção do Painel de Controle chamada Mostrar
Cálculo da Voltagem contém um pequeno defeito que, todavia, não nos impede de utilizá-la. Além disso, ele
manipulará botões deslizantes que permitem alterar: (i) a tensão elétrica aplicada no circuito; (ii) a resistência à
passagem de elétrons oferecida pelo material situado acima da pilha. Considere que esse material é o filamento de
uma lâmpada incandescente. Tendo essa informação em mente, acompanhe o uso do aplicativo pelo professor e
dirija a ele todas as perguntas que você achar necessárias ao entendimento dos fenômenos representados. Depois
disso, faça as tarefas propostas a seguir.
Insira legendas para identificar os elementos representados na imagem abaixo, bem como escreva pequenos
comentários que ajudem a identificar e caracterizar esses elementos.
Levando em consideração o que você pôde compreender até aqui sobre o modelo microscópico do fluxo de elétrons
em um circuito, assinale V ou F nas frases a seguir.
(....)
O vídeo electrons flow mostra mais detalhadamente o movimento dos elétrons livres no interior do filamento,
além de indicar que os átomos do filamento emitem luz após interagirem com os elétrons. O aplicativo
Circuito Bateria-Resistor mostra que essa interação pode aumentar o grau de agitação dos átomos e, por
conseguinte, elevar a temperatura do material.
(....)
O aplicativo Circuito Bateria-Resistor mostra todos os átomos que compõem o material condutor situado
acima da pilha. O botão deslizante usado para alterar a resistência à passagem de elétrons que é oferecida
pelo material nos mostra como materiais diferentes podem conter mais ou menos átomos.
(....)
Quando fechamos o circuito formado por uma fonte de tensão, por fios de cobre e pelo filamento de uma
lâmpada, os átomos que compõem o filamento oferecem resistência ao movimento dos elétrons livres.
(....)
A interação entre os elétrons livres e os átomos que compõem o filamento de uma lâmpada provoca o
aquecimento do filamento; o calor gerado nesse processo é transferido para o ambiente situado no entorno.
Parte III- Registro de sua compreensão dos fenômenos ilustrados nas animações reunidas nesta atividade
A partir das animações usadas nesta atividade, escreva um texto relatando o que acontece no filamento de uma
lâmpada incandescente quando o circuito elétrico no qual ela foi inserida é fechado. O texto deve ser escrito de tal
forma que uma pessoa que leu ou ouviu o que você escreveu entenda os processos microscópicos que ocorrem no
interior do filamento. As afirmações que você identificou como sendo verdadeiras nas Parte I e II deste roteiro podem
ajudá-lo nessa tarefa. Evite, contudo, fazer cópias literais e muito extensas dessas afirmações. Tente produzir um
texto com o máximo de palavras e expressões que você puder inserir “da sua própria cabeça”. O texto não precisa
ficar “cientificamente correto”. Você pode voltar a ele e até corrigi-lo, quando avançar seus estudos sobre os
circuitos. O importante agora é utilizar a escrita como um processo de elaboração de ideias e como uma ferramenta
de aprendizado.