CONSTRUÇÃO DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS DE DEMONSTRAÇÃO COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE TÓPICOS RELACIONADOS À CORRENTE ALTERNADA AO NÍVEL DO ENSINO MÉDIO

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## CONSTRUÇÃO DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS DE DEMONSTRAÇÃO COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE TÓPICOS RELACIONADOS À CORRENTE ALTERNADA AO NÍVEL DO ENSINO MÉDIO

João Paulo Casaro Erthal [jperthal@uenf.br] a

Alberto Gaspar [Gaspar@feg.unesp.br] b a Universidade Estadual do Norte Fluminense b Universidade Estadual Paulista

## RESUMO

O trabalho consiste na produção de um material que auxilie o ensino da corrente alternada ao nível do Ensino Médio. Esse material é constituído de quatro equipamentos de demonstração que abordam os conceitos básicos de eletricidade, incluindo tópicos específicos relacionados a corrente alternada, como a indução eletromagnética, a lei de Lenz e os transformadores. Duas demonstrações exploram a indução eletromagnética -fenômeno descoberto por Faraday, princípio de funcionamento dos geradores eletromagnéticos -e inclui um modelo desses geradores. As outras duas demonstrações são motores de corrente alternada - um motor síncrono e outro de indução - montados de forma a permitir a a presentação e discussão de conceitos a eles relacionados com a corrente alternada. Finalmente, o material será apresentado em sala de aula e avaliado por meio de um questionário para verificar uma possível evolução conceitual.

## PALAVRAS-CHAVE

Corrente alternada, demonstrações, Ensino Médio.

## INTRODUÇÃO

Muitas são as críticas que costumam ser feitas ao currículo de Física do ensino médio em nossas escolas. Talvez a mais contundente seja o seu 'desligamento da realidade vivencial do aluno, o que leva a textos e materiais didáticos tão ou ainda mais desligados dessa realidade' [4], como o enfoque dado apenas a corrente elétrica contínua e o desprezo dado à corrente elétrica alternada, que está constantemente presente na vida dos alunos.

Poucos professores têm consciência disso, e ao que parece um número menor pensa em modificar esse quadro.

Na nossa visão, o que impede de fato a inclusão da corrente alternada no currículo de Física do ensino médio é a falta de uma proposta que viabilize a sua transposição didática para esse nível de ensino. Essa proposta deve ser incrementada com atividades experimentais que permitam a visualização de um determinado fenômeno e a participação efetiva dos alunos durante essas apresentações. As atividades experimentais funcionariam como elemento facilitador do processo de ensino e aprendizagem. 'A proximidade entre a linguagem formal-científica e a vivência pessoal torna-se viável por meio de características próprias do instrumento' [2].

## DESENVOLVIMENTO

As demonstrações escolhidas seguiram as orientações de um outro trabalho sobre préconcepções de eletricidade realizado com os alunos do ensino médio e abordaram seguintes tópicos: indução eletromagnética, geração mecânica de corrente elétrica e aplicações tecnológicas da corrente alternada focalizando preferencialmente transformadores e motores.

Para incentivar professores ou alunos a reproduzir os equipamentos para a sua escola demos preferência à utilização de sucata aproveitável ou material reciclado, pois são de baixo custo. Como material utilizado dessa natureza destacamos o uso de pedaços de madeira, pedaços de chapa de alumínio e aço, ímãs, uma 'roda de exercícios' de hamster , fios, lâmpadas pequenas, um transformador, pedaços de acrílico, etc.

## Foram construídas quatro demonstrações:

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1-Polia de arrasto magnético

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Na primeira montagem, a polia de arrasto magnético, tem-se dois discos dispostos frente a frente e que podem ser afastados ou aproximados. Um desses discos, de aço q ue contém os ímãs colados em sua superfície frontal, está ligado por meio de uma correia a uma manivela que o faz girar. O outro disco de alumínio pode girar livremente. Esse dispositivo de demonstração permite abordar tópicos como o arraste magnético, a i ndução de um campo elétrico a partir de um campo magnético e o princípio de funcionamento de alguns motores de corrente alternada (de campo magnético girante), além de aplicações tecnológicas cotidianas como os 'trens-bala" e os freios magnéticos.

## 2-Motor síncrono

Na segunda montagem -'o motor síncrono' [1] -temos uma bobina ligada a um transformador e uma hélice, com seis imãs, disposta em frente à bobina. Nessa montagem, além de evidenciar o caráter oscilante da corrente elétrica fornecida pelas companhias elétricas, podemos abordar diversos assuntos e conceitos relacionados a corrente alternada. Iniciamos pelo uso do transformador, que foi 'o dispositivo decisivo para a escolha de geração de corrente alternada ao invés da corrente continua na distribuição de energia elétrica, no inicio do século' [3]. Podemos ainda abordar a interação eletromagnética, que ocorre na bobina e também tópicos como freqüência e fase da corrente alternada, além do conceito de ressonância.

## 3-Gerador eletromagnético

Na terceira montagem -o gerador de eletricidade -ao girarmos a roda de exercícios de hamster com os ímãs, provocamos a variação do fluxo magnético diante de cada uma das seis bobinas fixadas no anel de aço na qual estão acopladas bobinas. Essa variação induz nas bobinas uma tensão alternada que faz as lâmpadas acenderem. Essa montagem nos permite abordar o conceito de indução eletromagnética de Faraday, demonstrar o princípio de geração de corrente elétrica e fazer uma analogia com uma usina hidroelétrica.

## 4-Indução eletromagnética (experimentos de Faraday)

Na quarta montagem -experimentos de Faraday -os terminais de uma bobina são ligados a um miliamperímetro. Em seguida introduzimos e retiramos um ímã em barra no interior dessa bobina. Essa é uma montagem semelhante à feita por Faraday para demonstrar o principio da indução eletromagnética.

## APLICAÇÃO EM SALA DE AULA

As montagens foram trabalhadas com alunos do terceiro ano do ensino médio de Guaratinguetá. Deixamos os alunos bem à vontade para interagirem durante o processo e isso ocorreu com freqüência.

Iniciamos as apresentações das demonstrações pela polia de arrasto magnético para que pudéssemos introduzir o conceito de corrente elétrica e da interação dessas correntes (originárias de elétrons livres existentes no alumínio) com o campo magnético em movimento e da conseqüente indução eletromagnética. Depois exploramos os experimentos de Faraday para tratar da indução eletromagnética e, logo em seguida, apresentamos o gerador de corrente elétrica, que enfatiza o fenômeno da indução eletromagnética e a geração de corrente alternada, demonstrando como se dá a geração de eletricidade em usinas hidrelétricas. Durante essa demonstração começamos a definir as diferenças entre a corrente contínua e a corrente alternada em relação à utilização, geração e propriedades físicas. A última demonstração foi o motor síncrono que aborda características específicas da corrente alternada, como freqüência, fase e a importância dos transformadores. Uma semana após aplicação do material em salas de aula retornamos às mesmas turmas e apresentamos um questionário com três perguntas discursivas para avaliar o que eles realmente aprenderam.

As perguntas aplicadas aos alunos foram as seguintes:

- 1) Pode-se gerar eletricidade por meio do movimento? Justifique.
- 2) Qual o tipo de corrente elétrica chega através das tomadas de sua casa, a corrente alternada ou a corrente contínua? Cite alguma diferença entre elas.
- 3) Qual tipo de corrente elétrica é mais utilizada no dia a dia? Por que?

## RESULTADOS E DISCUSSÃO

A seguir temos uma tabela com as porcentagens de acertos e erros das respostas discursivas dos alunos entrevistados:

A primeira pergunta teve por objetivo verificar se os alunos assimilaram o conceito do movimento de um ímã em relação a uma bobina, ou vice-versa, na experiência da indução eletromagnética de Faraday. Em grande parte das respostas corretas, pudemos verificar citações referentes às demonstrações realizadas em sala de aula, principalmente em relação ao gerador de eletricidade.

A segunda questão teve como objetivo verificar uma possível evolução nos conhecimentos dos alunos em relação à qual tipo de corrente elétrica chega através das tomadas de suas casas e se eles conseguiriam de alguma foram diferenciar a corrente contínua da corrente alternada. É uma questão importante para alunos e professores, não só pelo conhecimento da realidade em que vivem, como também pelas características específicas da corrente alternada como a freqüência e as diferentes fases de tensão. Estas informações além de constarem nas etiquetas de especificação dos aparelhos fazem parte do vocabulário dos eletricistas e técnicos de eletrônica.

Nas respostas a essa questão verificamos que os alunos assimilaram bem que tipo de corrente elétrica chega até nossas casas e as diferenças existentes entre os tipos de corrente elétrica, principalmente em relação à como elas são geradas e ao fato de uma ter um único sentido e a outra sofrer variações no sentido.

A terceira questão tinha como objetivo verificar se os alunos entenderam porque um dos dois tipos de corrente elétrica, no caso a alternada, foi escolhido para ser distribuído em grande escala e quais eram as vantagens de sua utilização.

## CONCLUSÃO

Pudemos verificar que com o auxilio de atividades experimentais o processo de ensino e aprendizagem pode se tornar mais fácil, eficiente e prazeroso. Com a visualização do fenômeno, o aluno assimila melhor o conceito explorado. Com os resultados obtidos nesse trabalho acreditamos poder contribuir para que se investigue e pesquise mais sobre novas formas de se apresentar um conteúdo aos alunos, contribuindo para mudar a situação do ensino atual, não somente em relação ao conceito de corrente elétrica, mas também de vários outros tópicos que são, ou poderiam ser, abordados no ensino médio.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- [1] DAWES, L. C. - Curso De Eletrotécnica II Corrente Alternada, 1ª Edição, Vol.2, Editora Globo, Porto Alegre, 1974.
- [2] GASPAR, A. - Do Eletromagnetismo À Eletrônica - Editora Àtica, 1999.
- [3] GASPAR, A. - História Da Eletricidade- Editora Àtica, 1996.
- [4] GRAVINA, M. H.; BUGHWEITZ, B.- Mudança nas Concepções Alternativas de Estudantes Relacionadas com Eletricidade -Revista Brasileira De Ensino De Física Vol.16, números (1 a 4) , pág. 110, 1994.