Uma análise sobre o desenvolvimento histórico do efeito fotoelétrico em livros didáticos de Física do Ensino Médio selecionados no PNLD

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## Uma análise sobre o desenvolvimento histórico do efeito fotoelétrico em livros didáticos de Física do Ensino Médio selecionados no PNLD

## An analysis of the historical development of the photoelectric effect in Physics textbooks of secondary education selected from PNLD

## Matheus Furtado da Silva Netto¹ Andreia Guerra²

- ¹ Mestrando no programa PPECM do Centro Federal de Educação Tecnológica (CEFET/RJ), mathpdm@gmail.com

²Centro Federal de Educação Tecnológica (CEFET/RJ) - RJ, aguerra@tekne.pro.br

## Resumo:

O intuito deste trabalho é analisar o desenvolvimento histórico do efeito fotoelétrico nos livros didáticos de Física relacionados no PNLD 2012. Baseado no artigo 'A sense of history: history of science and the teaching of introductory quantum theory', de Helge Kragh, analisamos se as obras selecionadas rompem com a tendência apontada por pesquisas na área de ensino de ciências, de história whig no capítulo referente ao Efeito Fotoelétrico. Através da análise de conteúdo de Bardin (2009) categorias temáticas distintas foram criadas para a análise da contextualização histórica oferecida pelos livros e para a qualidade da história da ciência apresentada. Após leitura livre dos capítulos das obras selecionadas, foi possível constatar uma única tendência quanto à contextualização dos elementos históricos apresentados e verificamos que, apesar da presença de concepções simplistas sobre a história da ciência, há uma preocupação por parte de certos autores quanto à apresentação de uma visão mais adequada para a história da ciência nos livros didáticos.

Palavras-Chave: História da Ciência, quasi-história, efeito fotoelétrico.

## Abstract

The purpose of this paper is to analyze the historical development of the photoelectric effect in Physics textbooks related on PNLD from 2012. Based on the article "A sense of history: history of science and the teaching of introductory quantum theory", from Helge Kragh, we analyze if the texts break with the trend indicated by research in science teaching , of Whig history in the chapter on the Photoelectric Effect . Through content analysis of Bardin (2009 ) distinct thematic categories were created for the analysis of historical contextualization offered by books and the quality of the history of science presented . After reading the chapters of the selected textbooks, we observed a trend towards the unique context of the historical evidence presented and found that, despite the presence of simplistic conceptions about the history of science, there is a concern by some authors as the presentation of a better insight into the history of science in textbooks.

Keywords: History of science, quasi-history, photoelectric effect.

## Introdução

Nos últimos anos é possível verificar que a História e Filosofia da Ciência (HFC) ganhou espaço nos livros didáticos (LD) de Física do Ensino Médio (EM) brasileiro. Essa tendência está de acordo com as recomendações dos PCNEM (2002), que entende que a Física deve 'ser reconhecida como um processo cuja construção ocorreu ao longo da história da humanidade, impregnada de contribuições culturais, econômicas e sociais, que vem resultando no desenvolvimento de diferentes tecnologias e, por sua vez, por elas sendo impulsionado (pag. 2)'.

Esse cenário converge com resultados de pesquisas (MATTHEWS, 1994; VANNUCCHI, 1996; PEDUZZI, 2001; ATAIDE e SILVA, 2011) que defendem a introdução da HC no ensino de Física no EM citando como contribuições, por exemplo, a possibilidade de discussões sobre teorias científicas e suas concepções, a relação entre a ciência e a sociedade, a percepção da ciência como uma construção humana, a falibilidade dos cientistas, a demonstração de que a ciência é mutável e dinâmica e que o conhecimento científico, inclusive o atual, é suscetível de ser transformado, entre outros.

Nesse sentido, torna-se importante um olhar sobre os LD, uma vez que eles, como relatam como Leite (2002) e Pereira e Amador (2007), são as principais, por vezes as únicas, formas de acesso à HC para os professores.

Contudo, pesquisas realizadas no Brasil (SILVA e TEIXEIRA, 2009; SILVA e PAGLIARINI, 2008; LEITE, 2002) evidenciam que as discussões históricas presentes nos LD brasileiros são simplistas e baseadas na chamada pseudo-história (ALLCHIN, 2004), sendo sua tônica uma abordagem através da historiografia whig (BUTTERFIELD, 1931) e mitos sobre cientistas famosos.

Seguindo essa linha, surge uma questão: os novos livros apresentados no PNLEM 2012 rompem com a tendência apontada pela pesquisa na área de uma abordagem de história whig e pautada em mitos? Apontamos essa possibilidade, porque os livros surgem após críticas feitas pela pesquisa na área em torno à abordagem simplista encontrada em LD.

Para responder essa pergunta, delimitamos o objeto de análise para os capítulos referentes ao efeito fotoelétrico (EF). Essa escolha deve-se ao fato dessa pesquisa se inserir num projeto maior que visa discutir possibilidades e obstáculos para a História e Filosofia da Ciência como caminho de inserção de temas de Física Moderna e Contemporânea no Ensino.

## A HC e o efeito fotoelétrico: principais simplificações

Não apenas pesquisadores brasileiros apontaram simplificações indevidas na abordagem histórico-filosófica de LD. O historiador da ciência Helge Kragh no artigo 'A sense of history: history of science and the teaching of introductory quantum theory' de 1992 avalia a abordagem histórica do EF presente em LD. O autor considera que as visões históricas apresentadas são rudemente simplificadas, com erros e mitos sobre a descoberta, o que as caracterizam como quasi-história (WHITAKER, 1979).

Basicamente, a quasi-história é o 'resultado de muitos e muitos livros cujos autores sentiram a necessidade de dar vida aos registros desses episódios usando um pouco de história, mas que, de fato, acabavam re-

evendo a história de tal forma que ela segue lado a lado com a física' (Whitaker 1979, p. 109). Nesse sentido, Kragh (1992) aponta seis casos frequentes de quasi-historia quando o tema EF é tratado nos livros de física analisados por ele:

- '1) a teoria do efeito fotoelétrico de Einstein foi uma extensão da teoria de Planck aplicada para o caso da natureza da luz.
- 2) o artigo "Sobre um ponto de vista heurístico concernente à geração e transformação da luz", publicado por Einstein em 1905, foi exclusivamente sobre a teoria do efeito fotoelétrico.
- 3) o principal aspecto da teoria de Einstein sobre o efeito fotoelétrico foi uma explicação de experimentos que estavam sem explicações. Esses experimentos mostravam que a energia cinética dos fótons dependia linearmente da frequência da luz incidente, mas independia da sua intensidade.
- 4) que o fato experimental era inexplicável sem a hipótese do fóton de luz.
- 5) como não havia uma hipótese alternativa, a de Einstein ela foi aceita.
- 6) que o experimento de Milikan foi a verificação final da teoria de Einstein.' (pag. 352)

De acordo com Allchin (2003), casos como esses apontados fazem parte de uma história moldada na tentativa de destacar aspectos que correspondem ao conhecimento científico atual. Dessa forma, particularidades sobre a sua descoberta, colaborações da comunidade científica e detalhes da época, lugar e cultura tornam-se idealizadas.

No caso das afirmações 1 e 3, o problema encontra-se no fato de que na época da publicação do artigo de Einstein sobre o EF, não haviam dados experimentais que sugerissem uma relação linear entre frequência e energia. Além disso, em seu artigo de 1905, Einstein não expressou a equação da forma que ela hoje aparece nos LD. Ele não utilizou a constante de Planck, mas sim outras constantes fundamentais (KRAGH, 1992).

Sobre a afirmação 2, o artigo de 1905 apresentava uma teoria da quantização de luz e tinha no total dezessete páginas. Dessas dezessete páginas apenas três referem-se ao EF, o qual era usado para exemplificar a teoria do quantum de luz. Cabe ressaltar, ainda, que a palavra 'fóton' não foi usada por Einstein no artigo (KRAGH, 1992).

A propósito da afirmação 4, Philipp Lenard já havia concluído, a partir de dados experimentais, que a corrente fotoelétrica era proporcional à intensidade da luz e independente do comprimento da onda, e que a energia cinética dos elétrons variava com a intensidade da luz (KLASSEN, 2008).

Quanto a afirmação 5, a teoria de Einstein a respeito da quantização da luz não ganhou confiabilidade no meio científico, pois contrariava a teoria eletromagnética da luz, uma das mais sólidas da época (KRAGH, 1992).

¹Traduzido do trecho: a) Einstein's 1905 theory of the photoelectric effect relied on and was a natural extension of Planck's theory of 1900, which Einstein adopted and applied to the nature of light; b) Einstein's 1905 paper was primarily a theory of the photoelectric effect; c) the main aspect of Einstein's theory of the photoelectric effect was an explanation of experiments which showed that the kinetic energy of the photoelectrons depends linearly on the frequency of incident light but is independent of its intensity; d) the experimental fact of the photoelectric effect is inexplicable without the photon hypothesis; e) since there were no classical alternatives to Einstein's explanation, it was, of course, accepted; f) the final verification of Einstein's theory was provided by Millikan in his experiments of 1916.

No caso da afirmação 6, Milikan, em 1915, ao tentar obter resultados experimentais que contestassem a hipótese corpuscular da luz proposta por Einstein, acaba obtendo resultados capazes de legitimá-la. Contudo, mesmo após o Prêmio Nobel de 1921, o conceito de quanta de luz ainda não era aceito pela comunidade cientifica. Somente em 1926, com o suporte da teoria do efeito Compton, a teoria corpuscular de Einstein vem a ser mais bem aceita (KLASSEN, 2008).

Com o aporte das considerações de Kragh (1992), a análise dos trechos de HFC referentes ao EF nos LD de física brasileiros consistiu na verificação da presença ou não dessas concepções errôneas nas obras escolhidas para essa pesquisa.

## Metodologia da pesquisa

Como destacamos, os objetos dessa pesquisa são os livros do PNLD do ano de 2012. Tais livros são selecionados a partir da avaliação de seis critérios gerais e comuns a todas as áreas do conhecimento, e vinte e seis de critérios específicos eliminatórios para o componente curricular da Física. No que tange a HFC, o PNLD avalia se a obra:

'Apresenta os conteúdos da Física considerando a sua contextualização, seja em relação a aspectos sociais históricos, culturais e econômicos, seja em relação àqueles do cotidiano em que suas utilizações se façam pertinentes, evitando a utilização de contextualizações artificiais para esses conteúdos.' (pag. 21)

No total, o PNLD disponibiliza dez obras para a escolha dos professores. Todas as obras (tabela1) foram consultadas para essa pesquisa.

Tabela 1: Relação de obras disponibilizadas pelo PNLD

Para a análise da exposição do conteúdo histórico dessas obras utilizamos a análise de conteúdo (Bardin, 2009). Assim, após leitura livre dos capítulos das obras que tratavam do tema selecionado e da contraposição com as questões tratadas por Kragh (1992), passamos à construção das categorias temáticas. A partir desse recorte, duas categorias, indicadas na tabela 2, foram construídas. Para cada categoria, subcategorias foram elaboradas, com intuito de melhor delimitar a análise.

Tabela 2: Relação das categorias e subcategorias construídas

Sendo que a segunda categoria visa avaliar se as obras analisadas apresentam as questões visões simplistas apontadas por Kragh (1992). Dessa forma, as subcategorias estão relacionadas com as considerações de Kragh (1992).

## Análise dos resultados

Dividiremos a análise dos resultados em duas partes. Na primeira apresentamos duas tabelas. A tabela 3 indica apenas se na obra analisada determinada subcategoria da categoria 1 se faz presente. Já a tabela 4 indica se determinada subcategoria da categoria 2 está apresentada de forma simplista ou adequada.

Na segunda parte dos resultados, discutiremos de forma mais detalhada os resultados expostos nas duas tabelas.

Tabela 4: Resultado da analise da categoria 2.

*Não apresenta um capítulo referente ao estudo do Efeito Fotoelétrico.

Tabela 3: Resultado da analise da categoria 1.

*Não apresenta um capítulo referente ao estudo do Efeito Fotoelétrico.

- S = Concepção simplista
- A = Concepção adequada

Dos livros analisados, apenas a obra D não apresenta um capítulo referente ao estudo do EF. Nas demais obras, percebe-se uma aproximação entre a teoria do EF e a HC, uma vez que conteúdo histórico está presente ao longo dos textos principais.

Todas as obras que não se resumem a datas e nomes de personagens destacam uma contextualização técnica, no sentido de usarem a questão experimental de Philipp Lenard como suporte para a explicação do EF de Einstein. Outro dado importante é que se percebe, em todas as obras analisadas, a ausência do aspecto histórico-cultural da época, suprimindo, dessa forma, a visão das questões da cultura e sociedade da época.

Quanto à segunda categoria, os resultados evidenciaram:

- a) que todas as obras, quando confrontadas á análise feita por Kragh (1992) apresentam erros em relação à HC, sobretudo na relação entre a teoria de Einstein e os experimentos de Lenard.
- b) que os mais recorrentes erros referem-se às subcategorias 2.1, 2.2 e 2.3, pelo fato dos textos apresentados nos LD relacionarem os experimentos de Lenard, a teoria de Planck e a teoria de Planck ao EF de Einstein, numa tentativa de interligar linearmente esses estudos. Um exemplo desse caso é o texto presente na obra A:

'Albert Einstein (1879-1955) de alguma forma relacionou dois fatos: primeiro, a necessidade de uma dependência da

energia da luz com a sua frequência e, segundo, a conclusão de Planck de que a energia de um oscilador harmônico era quantizada em unidades de hf , propondo, então, a ideia de um quantum de luz [...]. Com isso conseguiu explicar a experiência do efeito fotoelétrico num artigo publicado em março de 1905, três messes antes de publicar o artigo sobre a relatividade restrita.' (pag. 351)

- c) que a obra J apresenta um número maior de concepções adequadas (2.2, 2.3 e 2.6), contrastando com as demais obras.

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## Conclusões

- O intuito deste trabalho foi criar subsídios para responder a seguinte questão: os novos livros apresentados no PNLEM 2012, no capítulo referente a EF, rompem com a tendência apontada pela pesquisa na área de história whig e pautada em mitos?

Para responder essa questão realizamos a análise em duas frentes distintas, forma em que tema é apresentado e qualidade da apresentação. Apesar de distintos, as duas frentes se completam.

Nesse recorte, foi possível verificar, que apesar de se adaptarem às exigências do PNLD, incluindo elementos da HFC no capitulo referente ao EF, os livros apresentam deficiências quanto à contextualização dos elementos históricos. Ao concentrar a discussão na parte técnica e experimental do problema, os LD negligenciam os aspectos históricos e culturais, que foram fundamentais para o desenvolvimento dos trabalhos dos cientistas da época e das implicações da teoria na comunidade cientifica (KLASSEN, 2008).

No que tange à qualidade da HC, a análise mostra que os livros selecionados para a pesquisa apresentam, em sua maioria, concepções simplistas acerca da teoria do EF. Considerando a importância e a abrangência dessas obras analisadas, a inserção da HC não pode ser feita de maneira aleatória, ou seja, não pode ser recortada, selecionada, e moldada com o objetivo de incorporá-la a um tema específico, sem que ela seja transformada, nesse processo, em alguma coisa menos do que história (KLEIN, 1972).

Contudo, verificamos uma preocupação dos autores das obras C, G e J com relação à apresentação mais adequada para a HC nos LD, o que aponta uma tendência de evolução nesse sentido.

## Referências

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