CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 13 (01): 1401.1-6, 2015
FATORES QUE INTERFEREM NA RESISTÊNCIA ELÉTRICA DE
UM CONDUTOR METÁLICO
FACTORS THAT INTERFERE IN THE ELECTRICAL RESISTANCE OF A METALLIC CONDUCTOR
Luiz Marcelo Darroz, [email protected]; Carlos Ariel Samudio Pérez, [email protected]; Tadeu Clair
Fagundes de Souza, [email protected]; Cleci Werner da Rosa, [email protected]
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, Brasil.
Apresenta-se, neste trabalho, uma atividade experimental simples, de baixo custo e de fácil montagem para a
comprovação dos fatores que interferem na resistência de um condutor metálico. Ela é construída com materiais
alternativos e visa a proporcionar que os conceitos abordados sejam relacionados aos conhecimentos prévios
presentes na estrutura cognitiva dos estudantes.
Palavras-chave: Leis de Ohm. Ensino de Física. Resistência elétrica.
Is presented in this work, a simple experimental activity, low cost and easy assembly for verification of the factors
affecting the resistance of a metallic conductor. It is built with alternative materials and aims to provide that the
concepts discussed are related to prior knowledge present in students' cognitive structure.
Keywords: Ohm’s Law. Physics Teaching. Electrical resistance.
INTRODUÇÃO
A Física é considerada por muitos estudantes como uma disciplina complexa, fato que se deve, na
maioria das vezes, à dificuldade encontrada no entendimento dos seus conceitos básicos. A eletricidade é
um dos campos da área em que os estudantes apresentam enormes dificuldades de aprendizagem, as quais
são de ordens conceituais, de concepções alternativas e do uso demasiado de linguagem e raciocínio
errôneos no estudo de conceitos elétricos simples [1]. Tudo isso leva a que se perpetue a ideia de que os
fenômenos relacionados com a eletricidade somente podem ser compreendidos por um grupo seleto de
estudantes.
Diante disso, o desafio atual é proporcionar um ambiente favorável para facilitar a compreensão
dos fenômenos elétricos de forma significativa. Isso ocorrerá quando o material a ser aprendido tiver
estruturação lógica, puder ser relacionado, de maneira não arbitrária e não literal, à estrutura cognitiva dos
estudantes e, ainda, quando estes apresentarem uma disposição para aprender significativamente [2].
Em uma perspectiva convergente a esse âmbito de objetivos, o uso de atividades experimentais
como estratégia de ensino de Física tem sido apontado por professores e estudantes como uma das
maneiras mais frutíferas de se minimizar as dificuldades de se aprender e ensinar Física [3] de modo
significativo e consistente. Nesse sentido, este trabalho apresenta uma proposta de atividade experimental
simples, que relaciona os fatores que influenciam na resistência elétrica de um condutor ôhmico. A
atividade, que procura mesclar conceitos teóricos com materiais concretos, tem como objetivo vincular
esses conceitos a aspectos relevantes preexistentes na estrutura cognitiva1 dos estudantes e estimulá-los
para estudos posteriores.
RESISTÊNCIA E LEI DE OHM
1 Conjunto de conteúdos, ideias, conceitos e pensamentos e a forma como estão organizados na mente de uma
pessoa.
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A velocidade de migração dos elétrons em um fio com corrente está relacionada com o campo
elétrico no condutor. Se o campo aumentar, a força elétrica sobre os elétrons é aumentada, da mesma
forma que a velocidade de migração. Para um campo uniforme em um condutor de seção transversal
uniforme, a diferença de potencial no condutor é proporcional ao campo elétrico. Assim, quando uma
diferença de potencial é aplicada nas extremidades de um condutor metálico, a corrente observada é
proporcional à voltagem aplicada. Essa proporcionalidade é representada por
(1)
onde
corresponde à diferença de potencial aplicada ao condutor, , à intensidade da corrente no interior
do condutor e
, à constante de proporcionalidade denominada resistência do condutor. A resistência é a
grandeza que determina a corrente devida a uma dada voltagem em um circuito simples. Se a resistência
diminuir, a corrente aumentará, e vice-versa.
Para muitos materiais, os experimentos mostram que a resistência é constante para grande parte
das voltagens aplicadas. Esse comportamento, observado pela primeira vez por Gerog Simon Ohm (1787
– 1854), ficou conhecido como Lei de Ohm, a qual não se trata de uma lei fundamental da natureza, mas
de um relacionamento empírico válido somente para determinados materiais e dispositivos, sob uma
escala limitada de condições. Os materiais ou dispositivos que a obedecem e, portanto, têm uma
resistência constante em uma ampla escala de voltagem são denominados ôhmicos. Por conseguinte, os
materiais ou dispositivos que não a obedecem são chamados de não ôhmicos.
A resistência de um fio condutor ôhmico é proporcional ao seu comprimento (l) e inversamente
proporcional à sua área de seção transversal (A). Isto é,
(2)
onde a constante de proporcionalidade
é denominada resistividade do material. Cada material ôhmico
tem uma resistividade característica, um parâmetro que depende das propriedades do material e da
temperatura. Por outro lado, a resistência de um condutor depende de seu tamanho e de sua forma. Assim,
a atividade proposta busca proporcionar aos estudantes a oportunidade de visualizar a relação existente
entre a resistência de um condutor ôhmico, o material que o constitui, o seu comprimento e a área de sua
seção transversal.
A ATIVIDADE EXPERIMENTAL
A atividade compreende um experimento simples, de baixo custo e de fácil montagem para a
comprovação dos fatores que interferem na resistência de um condutor metálico. Antes de tudo, é preciso
construir um sistema de testes simples que será usado para obter as medidas da resistência em condutores
de diferentes formas. Para isso, são necessários seis pedaços de fio de níquel-cromo com 1,0 m de
comprimento e 0,02 mm de espessura cada um; um pedaço de fio de cobre, também com 1,0 m de
comprimento e 0,02 mm de espessura; uma madeira com dimensões iguais a 90 x 10 x 2 cm; dez
toquinhos de madeira com dimensões de 10 x 0,5 x 0,3 cm; cola quente ou cola de madeira e oito
preguinhos. Será necessário, ainda, um medidor de resistência elétrica, que pode ser adquirido em lojas
especializadas em material eletroeletrônico. Normalmente, essas lojas vendem multímetros simples, mas
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que incorporam as funções de amperímetro, voltímetro e ohmímetro, o que é necessário para efetuar as
medidas da resistência elétrica nos condutores.
Constrói-se, inicialmente, o suporte para estender os pedaços de condutores nos quais serão
efetuadas as medidas, com vistas a que os estudantes percebam a relação entre a resistência elétrica de um
fio com o seu comprimento, sua área de seção transversal e do material que o constitui. Assim, é
necessário dividir a madeira em nove partes iguais, fixando-se, em cada uma dessas subdivisões, com
cola quente, um toquinho de madeira (Figura 1). Como esses toquinhos servirão para apoiar os fios, neles
é necessário fazer pequenas fissuras por onde os fios passarão.
Figura 1: Madeira que servirá de suporte para a atividade experimental.
Para demonstrar que a resistência depende do material que constitui o condutor, prendem-se no
suporte o fio de cobre e o fio de níquel-cromo (Figura 2). No entanto, a fim de comprovar a relação da
resistência com a área de seção transversal (espessura), enrolam-se de modo uniforme dois fios de níquelcromo, com o objetivo de dobrar a espessura do condutor. Da mesma forma, com o intuito de triplicar a
área de seção transversal, enrolam-se três fios de níquel-cromo. Em seguida, prendem-se no suporte esses
dois condutores construídos (Figura 3), concluindo-se a construção do sistema de testes que será utilizado
na atividade prática proposta.
Figura 2: Suporte com os fios de cobre e de níquel-cromo.
Figura 3: Sistema construído para relacionar os fatores que interferem na resistência elétrica.
A construção propicia outra atividade fundamental para os estudantes, que é a participação no
desenvolvimento do sistema. Sugere-se que o sistema aqui proposto seja desenvolvido em aula, pois,
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assim, podem-se combinar conceitos teóricos com os componentes usados, facilitando a interação dos
conteúdos estudados com o que o estudante já conhece sobre o tema e motivando-o para o que vai ser
abordado.
Após a montagem do sistema de teste, parte-se para a atividade que se divide em três momentos.
Recomenda-se que essas etapas sejam realizadas em pequenos grupos de estudantes, a fim de que se crie
um ambiente favorável para a ocorrência da reconciliação integrativa, ou seja, para que haja condições
propícias ao estabelecimento de relações entre os conceitos já existentes na estrutura cognitiva e os novos
conhecimentos que se organizam e adquirem novos significados [4].
O primeiro momento da atividade visa a demonstrar a relação existente entre a resistência e o
comprimento do condutor. Então, como a espessura e a resistividade devem se manter constantes, as
medidas devem ser feitas no fio de cobre. Estando o multímetro disposto na função de ohmímetro em
uma escala pequena, toca-se o condutor com um dos cabos no primeiro toquinho de madeira do sistema
de teste e, com o outro, no segundo toquinho (Figura 4), mede-se a resistência do fio e anota-se o valor
encontrado. Na sequência, mantendo o primeiro cabo no mesmo lugar, toca-se o condutor no segundo
toquinho de madeira, mede-se o novo valor da resistência e, novamente, anota-se o valor. E assim,
repetem-se os procedimentos para os demais toquinhos de madeira. Com os dados obtidos, forma-se uma
tabela e constrói-se um digrama da resistência em função do comprimento do fio de cobre. A intepretação
dos resultados levará à verificação de que a resistência aumenta com o aumento do comprimento do fio,
como se percebe na Figura 5.
Figura 4: Obtenção da resistência em um condutor.
Figura 5: Comportamento da resistência elétrica em função do comprimento para um condutor de cobre.
A segunda parte da atividade procura evidenciar a relação entre a resistência e o material que
constitui o condutor. Para isso, repetem-se os procedimentos do momento anterior; no entanto, devem-se
efetuar as medidas no fio simples de níquel-cromo. Isto é, no fio de níquel-cromo, toca-se o condutor com
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um dos cabos no primeiro toquinho de madeira do sistema de teste e, com o outro, no segundo toquinho,
mede-se a sua resistência e anota-se o valor encontrado. Assim como anteriormente, executam-se as
medidas em todos os toquinhos do sistema de testes, registram-se os valores encontrados e forma-se uma
tabela. Com os dados da tabela, constrói-se um novo diagrama da resistência em função do comprimento
do fio de níquel-cromo (Figura 6). A comparação dos diagramas permitirá que os estudantes percebam a
influência da resistividade na resistência elétrica de um condutor.
Figura 6: Comportamento da resistência elétrica em função do comprimento para um condutor de níquelcromo.
O último momento da atividade busca identificar a relação existente entre a resistência elétrica e a
espessura do condutor. Para atingir esse objetivo, as medidas devem ser realizadas nos condutores que se
formam por meio da união dos fios de níquel-cromo. Inicialmente, no fio condutor composto por dois fios
de níquel-cromo e de maneira análoga aos procedimentos adotados na primeira parte da atividade, medese a resistência do condutor para os diferentes comprimentos e anotam-se os valores obtidos. Na
sequência, repetem-se os procedimentos para o condutor composto por três fios de níquel-cromo, sempre
anotando os valores encontrados.
Com os valores da resistência para os condutores formados por um, dois e três fios de níquelcromo, constrói-se uma nova tabela, com base na qual se constroem, em um mesmo diagrama, as curvas
que representam o comportamento da resistência elétrica do condutor em função do comprimento para
condutores com áreas correspondentes a um, dois e três fios de 0,02 mm de diâmetro de níquel-cromo
(Figura 7). Esse diagrama leva os estudantes a concluírem que a resistência diminui com o aumento da
espessura (área de seção transversal) do condutor.
Figura 7: Comportamento da resistência elétrica em função do comprimento para condutores de
níquel-cromo com áreas correspondentes a um, dois e três fios de 0,02 mm de diâmetro.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por meio de uma atividade prática simples, de fácil montagem e de baixo custo, mostrou-se como
construir um sistema para identificar os fatores que interferem na resistência elétrica de um condutor
metálico. Com base nos resultados encontrados, que se aproximam muito dos esperados, acredita-se que
essa atividade pode enriquecer as aulas de Física do ensino médio, pois fortalece a concepção de que sua
utilização é capaz de contribuir para o aprendizado dos conceitos físicos, por meio de procedimentos que
vão desde uma mera observação de fenômenos até a criação de situações que permitam uma participação
ativa dos estudantes no processo de ensino-aprendizagem.
Sua construção fundamentada em materiais alternativos torna acessível o seu emprego e sua
adaptação em escolas que não disponham de laboratórios e de recursos materiais significativos. Salientase que, por opção do professor, os condutores de níquel e de cobre podem ser substituídos por fios de
qualquer outro material condutor, assim como a ampliação do comprimento do sistema de teste.
Ainda, a atividade pode ser ampliada para explorar os conceitos de tensão e corrente – Lei de Ohm
–, além dos conceitos de isolantes, condutores e condutores não lineares. Também, podem-se usar os
dados colhidos pelos estudantes para exercitar a representação de grandezas físicas em gráficos e analisálos em busca de informações relevantes sobre o sistema estudado.
REFERÊNCIAS
[1] Dorneles, P. F. T.; Araujo, I. S. e Veit, E. A. Simulação e modelagem computacionais no auxílio da
aprendizagem significativa de conceitos básicos de eletricidade: Parte I - Circuitos elétricos
simples. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 4, p. 487-496, 2006.
[2] Darroz, L. M. Uma proposta para trabalhar conceitos de Astronomia com alunos concluintes de
formação de professores na modalidade Normal. Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino
de Física) – Instituto de Física, UFRGS, Porto Alegre, 2010.
[3] Araújo, M. S. T.; Abib, M. L. V. S. Atividades experimentais no ensino de física: diferentes
enfoques, diferentes finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 25, n. 2, p. 176-194,
2003.
[4] Moreira, M. A. Teorias de aprendizagem. São Paulo: E. P. U., 1999. 195p.
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