ANÁLISE HISTÓRICA DO EFEITO FOTOELÉTRICO EM LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA PARA GRADUAÇÃO

## ANÁLISE HISTÓRICA DO EFEITO FOTOELÉTRICO EM LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA PARA GRADUAÇÃO

## HISTORICAL ANALYSIS OF THE PHOTOELECTRIC EFFECT IN PHYSICS TEXTBOOKS FOR GRADUATION

Joana Menara Souza Soares 1 , Marcos Antônio Barros 2·.

1 Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Educação Matemática UEPB/menara.fisica@gmail.com

2 Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Educação Matemática - UEPB/ marcos\_fis@hotmail.com

## Resumo

Entre as discussões atuais que visam à melhoria da qualidade do ensino de ciências, mais especificamente do ensino de Física, a incorporação de elementos de História da Ciência (HC) tem sido adotada como uma proposta promissora, defendida sob diversas perspectivas e por vários autores. Associado a essa premissa, uma crescente produção de trabalhos acadêmicos tem enfatizado uma abordagem histórica inserida em conteúdos de Física. Contudo, alguns desses trabalhos não chegam aos professores, deixando-os a mercê de histórias (ou estórias) distorcidas e/ou simplificadas, presentes na maioria dos livros didáticos (LDs). Ao considerarmos a possibilidade do uso da HC no ensino e a importância de se ensinar um conteúdo relacionado a uma Física dita moderna, torna-se relevante examinar essa articulação nos livros didáticos, uma vez que esses são os mais utilizados para consultas e estudos. A pseudo-história encontrada em alguns LDs de Física reforçam conhecidos mitos científicos e transmitem falsas concepções históricas a estudantes e professores. Tais percepções evidenciam a necessidade de trabalhos que realcem abordagens históricas de boa qualidade acerca de conteúdos de Física. Assim, considerando a importância da HC, destacamos a relevância de se examinar a presença dessa inter-relação nos LDs de Física para o ensino superior, investigando como o conteúdo histórico referente ao efeito fotoelétrico está apresentado nesses materiais. Para isso, tomamos como base dois critérios: o primeiro se refere à fidelidade do material analisado, em comparação com os trabalhos originais, e o segundo critério consiste na análise da presença de concepções inadequadas, distorcidas e simplificadas e a presença de mitos científicos.

Palavras-chave : Efeito fotoelétrico, História das Ciências, Livros Didáticos.

## Abstract

Among the current discussions aiming to improve the quality of science teaching, specifically the teaching of Physics, the incorporation of the History of Science

elements (HC) has been adopted as a promising proposal, and is been defended from different perspectives and by various authors. Associated with this premise, we have seen a growing production of academic papers, in which it is emphasized a historical approach embedded in contents of Physics disciplines. However, one can still see that some of these studies do not reach professors, leaving them susceptible to distorted and / or simplified histories (or stories), present in most textbooks. When considering the possibility of using the HC in education and the importance of teaching a content related to a Physics that is said to be modern, it is relevant to examine this linkage in the textbooks, since these are the most used for consultations and studies. The pseudo-history found in some didactic Books of Physics reinforce known scientific myths and convey false historical concepts to students and teachers. Such perceptions highlight the need for works that emphasize historical approaches of good quality about Physics content. So, considering the importance of HC, we highlight the importance of examining the presence of this interrelationship in Physics textbooks in higher education, we investigated how the historical content for the photoelectric effect is inserted in these materials. For this, we take on two criteria: the first refers to the fidelity of the analyzed material, compared to the original work and the second criteria is the analysis of the presence of inadequate, distorted and simplified designs. Our results point to a sharp conceptual discrepancy, strongly signaling the presence of scientific myths.

Keywords: Photoelectric effect, History of Science, Textbooks.

## Introdução

A escolha de se trabalhar essa temática está diretamente relacionada a situações vivenciadas ao longo da nossa vida estudantil. Durante a nossa formação em Licenciatura em Física bem como no Mestrado, tivemos a oportunidade de discutir alguns fundamentos históricos relativos à Mecânica Clássica, Física Moderna e Quântica, que nos forneceram uma visão histórica diferente daquela que tínhamos anteriormente. No desenvolvimento da nossa pesquisa, várias referências bibliográficas (KUHN, 1998; MARTINS, 2005; MARTINS, 2007; MATTHEWS, 1994; WHITAKER, 1979) apontavam, de forma significativa, para uma percepção estéril, distorcida e superficial da HC.

Neste contexto, nossa preocupação se volta para os livros didáticos usados na formação de futuros professores de Física, utilizados na maioria das Universidades. Como discutido em Martins (2006) e Whitaker (1979), esses materiais estão permeados por inadequações, mediante narrativas que se estruturam em diversos artifícios retóricos, estabelecendo o mito de que serve para explicar e justificar a autoridade da ciência. Segundo Allchin (2003), esses elementos conspiram juntos para desmoronar a natureza científica em uma pseudohistória, que se torna muito familiar, de Como a Ciência encontra a verdade .

Assim, diante desse quadro, propusemos o seguinte questionamento: Como a história do efeito fotoelétrico é descrita nos livros de Física (ou Física Moderna) para o ensino superior? Buscando responder a essa questão, inicialmente, recorremos à literatura (KLASSEN, 2009b; LEITE, 2002; PAGLIARINI, 2007; NIAZ et

al., 2010) que aponta para lacunas e inadequações presentes em conteúdos históricos incluídos nos livros didáticos de Física, no que se refere aos ensinamentos do efeito fotoelétrico. Esses autores apresentam um quadro geral de livros voltados para o nível médio e alguns materiais de divulgação da ciência. Contudo, apenas Niaz et al. (2010) discute sobre livros para a graduação, só que fazendo uma análise de forma bastante superficial. Desse modo, nossa pesquisa visa delinear a história do efeito fotoelétrico presente nesses materiais.

## Análise e discussão dos livros didáticos

Para análise e discussão, verificamos como os autores das obras citadas a seguir exploram e explicam a evolução do fenômeno referente ao efeito fotoelétrico, dentro de um processo de produção histórica, cultural e do conhecimento ou se simplesmente procuram resumi-la a biografias de cientistas ou a descobertas isoladas. Foram analisados os livros:

Livro 1: Física moderna ;

Livro 2: Fundamentos da Física ;

Livro 3: Física IV: Ótica e física moderna ;

Livro 4: Ótica, relatividade e física quântica. Curso de Física básica .

É importante ressaltar que elencamos apenas alguns tópicos para verificação. Tendo em vista as possibilidades que poderiam ser abordadas, é perceptível a necessidade de delimitar nossa pesquisa, norteando-nos para um estudo mais específico. Muitas teorias e muitos experimentos foram realizados para elucidação do efeito fotoelétrico, entretanto não seria viável abordar aqui todos esses episódios. Por conseguinte, elaboramos dois critérios gerais que nortearam nossa pesquisa:

## Critério 1: A concisão do material sobre o conteúdo histórico do fenômeno

- a) Através de Hertz (1893), pudemos ter maior conhecimento acerca dos trabalhos deste pesquisador. Além disso, verificamos que existe certa incoerência ao afirmar que teria sido Hertz o descobridor do que atualmente denominamos efeito fotoelétrico , pois, embora ele tenha verificado o efeito experimentalmente, ele não se dedicou a esse estudo. A partir dessas informações, buscamos verificar como esse episódio histórico é colocado nos livros que iremos analisar.
- b) Por meio de Lenard (1902; 1906), podemos afirmar que Philipp Lenard forneceu importantes contribuições para a elucidação do efeito fotoelétrico ao discutir sobre a hipótese do gatilho, determinando experimentalmente que a velocidade dos elétrons ejetados independe da intensidade da luz. A ideia de Lenard foi amplamente aceita e considerada a sugestão mais correta para a explicação do fenômeno até aproximadamente 1910, como aponta Wheaton (1983). Segundo Niaz et al. (2010), a hipótese do gatilho

teria sido uma das maiores contribuições na elucidação do fenômeno. Por isso, é importante que esse teórico seja contemplado nos livros. Diante dessas considerações, verificamos a presença dessas informações e como ela é apresentada.

- c) Em dias atuais sabemos que Einstein forneceu importantes contribuições para elucidação do efeito fotoelétrico, escrevendo uma nova teoria para descrever o fenômeno e sumarizando a famosa equação fotoelétrica. O trabalho de Einstein (1905) foi por ele próprio considerado revolucionário, pois, além de se tratar de um trabalho heurístico, estava em desacordo com as teorias vigentes na época (teoria ondulatória). Utilizando a hipótese quântica, esse físico conseguiu explicar, de forma relativamente simples, o fenômeno em questão. Nesse ponto, verificamos como as contribuições de Einstein para o efeito fotoelétrico são apresentadas nos livros analisados.
- d) Após a publicação do trabalho de Einstein em 1905, vários pesquisadores começaram a desenvolver, individualmente, pesquisas para comprovar que a teoria einsteiniana estava equivocada, como assinala Wheaton (1983). A maioria desses não obteve aceitação em suas teorias, visto que não conseguiam explicar e reproduzir o fenômeno com clareza. A explicação para o fenômeno só foi aceita no ano de 1916, com os trabalhos realizados por Robert Millikan, que se destacou como físico experimental. Millikan tinha o intuito de comprovar experimentalmente que Einstein estava equivocado, no entanto, seu trabalho evidencia a validade geral da equação de Einstein, mesmo que continuasse discordando de sua teoria. Nesse último ponto a ser avaliado, dedicamo-nos a verificar como os livros didáticos apresentam o conteúdo referente às contribuições de Millikan para o estudo do efeito fotoelétrico.

## Critério 2: A presença de concepções inadequadas sobre aspectos históricos da ciência, como mitos, inadequações e anacronismos.

- a) Verificamos as situações inadequadas na descrição de um episódio histórico presentes nesses materiais. Desse modo, analisamos se os livros apresentam: descrição do fenômeno pela simples sucessão de datas e nomes, bem como a ideia de uma ciência linear, desenvolvida por grandes gênios e imune ao erro; ademais, se há presença de anacronismos, pseudo-histórias e mito.

## Da avaliação dos livros didáticos

## Critério 1:

Todos os livros analisados apresentam algum relato histórico sobre esse episódio (embora nem sempre o faça de maneira correta). O livro 2 utiliza-se da história da ciência apenas para descrever o aparato experimental desenvolvido por Hertz, mesmo assim, essa é uma apresentação bastante rudimentar e não está de acordo com àquele que foi desenvolvido por Hertz. Os livros 1, 3 e 4 discutem sobre

a primeira verificação para o efeito fotoelétrico, que teria sido realizada por Hertz, mas não atribui a ele essa descoberta, o que pode ser considerado bastante positivo. Esses mesmos livros discutem sobre a teoria de Lenard sem, no entanto, trazer maior aprofundamento dessa temática, a hipótese do gatilho, por exemplo, não é citada em nenhum dos livros. Uma inadequação verificada nesses livros e que ocorrem com frequência, refere-se à nomenclatura e apresentação das equações. Nenhum dos livros analisados argumenta que Einstein não utiliza os termos fóton e efeito fotoelétrico, bem como não utiliza a constante de Planck (h). Frequentemente, assemelha a teoria de Einstein à de Planck, não levando em consideração que são teorias divergentes, ou seja, que nasceram por caminhos diferentes. Apenas o livro 1 comenta sobre a verificação experimental de Millikan, mostrando que o valor obtido nesse experimento é muito próximo ao valor definido para a constante de Planck e traz um gráfico (simplificado) dos resultados obtidos por ele.

Em linhas gerais, o livro 1 discute o episódio histórico de forma aceitável, no sentido de não cometer graves inadequações. Um ponto bastante positivo desse livro é que os autores recorrerem constantemente a materiais originais para fundamentar suas argumentações. Contudo, não o consideramos como sendo satisfatório por ele, mesmo tendo subsídio teórico (materiais originais), apresentar o conteúdo de forma bastante superficial, não permitindo discussões mais aprofundadas. O livro 2 apresenta uma restrita discussão histórica, não articulando suas argumentações em função do pouco de historia que apresenta, preferindo explorar o fenômeno de forma demonstrativa. O livro 3 também não apresenta conceitos históricos de forma coerente, cometendo algumas inadequações no que se refere à nomenclatura. Por outro lado, o livro faz uma apresentação do conteúdo de forma interessante, apresentando uma ligação do fenômeno com o processo de desenvolvimento tecnológico atual. O livro 4 traz a história do efeito fotoelétrico apresentada de forma mais precisa e coerente. É notável a preocupação do autor em descrever o episódio, respeitando o desenvolvimento dos fatos.

## Critério 2:

De uma maneira geral, podemos colocar que ainda existem algumas lacunas e inadequações nessa tentativa de estabelecer um ensino mais eficiente. A análise desses livros nos permitiu verifiar que há omissão de vários fatos importantes para elucidação de um fenômeno, fazendo com que o processo de construção histórica pareça instantâneo e livre de problemas. As incongruências dentro das próprias teorias bem como o episódio histórico marcado excessivamente por datas e nomes, nos faz crer em sua linearidade. Constantemente, os autores recorrem a anacronismos para explicar os fatos, como, por exemplo, a utilização de constantes, nomenclatura e conceitos que não fazem parte do trabalho desenvolvido na época. Mesmo que esse seja um recurso utilizado para fins pedagógicos, esse anacronismo acaba por danificar o conhecimento, ao passar ideias equivocadas para os alunos. Como sugestão, defendemos que ao utilizar anacronismos, esses sejam explicados no processo de ensino-aprendizagem, por exemplo, através de notas de rodapé ou barras laterais nos livros.

## Conclusões

Ao analisarmos o contexto histórico sugerido em nossa pesquisa e posto em alguns desses livros, podemos constatar que, na maioria deles, há uma inconsistência e superficialidade nos argumentos apresentados, levando-nos a verificar que essas características não foram obedecidas. O efeito fotoelétrico, comumente, apresenta-se de forma bastante resumida e, quase sempre, caracterizado pela excessiva simplificação, matematização e falta de contexto, fornecendo informaçoes inadequadas e desatualizadas. No entanto, esses resultados, segundo os autores previamente consultados, já haviam sido esperados.

Embora haja, em alguns livros didáticos aqui analisados, um estímulo explícito à leitura desse fenômeno, como por exemplo o quarto livro analisado, e as informações apresentadas sejam corretas do ponto de vista histórico, esses aspectos são pouco explorados em função de um tratamento algumas vezes superficial. Temos consciência de que nossa pesquisa não consegue abranger todos os pontos relevantes referentes ao efeito fotoelétrico e ainda existem muitas lacunas a serem preenchidas, todavia, ressaltamos que esse trabalho não é apresentado como uma pesquisa concluída e imutável. Esse aprofundamento é ponto ao qual nos deteremos em pesquisas futuras.

## Referências

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## Apêndice: referências dos livros analisados