ENSINO DA LEI DE LENZ ADAPTADO PARA A DEFICIÊNCIA VISUAL: UM EXPERIMENTO COM CIRCUITO OSCILADOR

## ENSINO DA LEI DE LENZ A ADAPTADO PARA A DEFICIÊNCIA VISUAL: UM EXPERIMENTO COM CIRCUITO OSCILADOR

## TEACHING LENZ'S LAW TO VISUALLY I IMPAIRED PERSONS: AN EXPERIMENT WITH OSCILLATORY CIRCUIT

## Jacques BORGES 1 , Ed -e -ek SOARES SILVA 2, Zanoni SANTOS 3

1CEFET/T/DAFOP/Natal - RN

,

cousteau@cefetrn.br

2CEFET/DAFOP/N/Natal - RN ,

edek20@hotmail.com

3CEFET/DAFOP/N/Natal -

RN, zanoni@cefetrn.br

## Resumo

O presente trabalho o aborda a necessidade de se estudar as Leis de indução de Faraday e Lenz no Ensino médio, visto que a compreensão dessas leis é base para o entendimento da geração, transmissão e parte da utilização da energia elétrica que chega ás residências . Neste sentido o é proposto um estudo experimental, onde é possível haver uma interação aluno-experimento, tanto para alunos videntes como para alunos que apresentem algum tipo de deficiência visual. Com isto, busca-ase promover r a inclusão, ou seja, , igual acesso aos conhecimentos físicos. Neste experimento, diante da deficiência, a lei de Farady-y-Lenz é tratada de forma sonora, a partir da implementação de um alto-falante ligada a um circuito eletrônico, no lugar do tradicional amperímetro. Assim, a partir da variação na freqüência do som emitido que se pode perceber a variação da corrente elétrica. Apesar das dificuldades encontradas e descritas nesse trabalho, propomos aos docentes e pesquisadores a observação dessa prática experimental readaptada e aqui empregada a para um melhor desenvolvimento dos conteúdos em sala de aula, de uma forma prática, dinâmica e inclusiva.

Palavras -chave: : Ensino de Física, Deficiência visual, Leis de Faraday e Lenz.

## Abstract

In the present work we highlight the necessity of studying the laws of electric induction o of Faraday-y-Lenz in secondary level , since the understanding of these laws is the basis to understand generation and transmission of electric energy that comes in our homes. It is proposed a experimental approach where is possible an interaction studenttexperiment, for both visually able and impaired students. The purpose is to promote equal access of all students to physics science. In this experiment, Faraday-y-Lenz law is worked with a sound effect, by implementing a speaker connected to an electronic circuit instead of the traditional amperimeter. In spite of the difficulties to accomplish this experiment we suggest it to teachers and researchers in order to improve the development of this subject matter in a more dynamical and inclusive way.

Keywords: Physics teaching, visual disability, Fraday-y-Lenz law.

## Introdução

O presente trabalho aborda a problemática do ensino de Física para pessoas com deficiência visual, no contexto atual da Educação Inclusiva. Em particular, trata-se de uma abordagem detalhada do estudo das leis de Faraday e de Lenz, a partir da experimentação, direcionada tanto para alunos videntes, como também para alunos não-videntes.

Historicamente, em 1831 se formulou que "a força eletromotriz induzida num circuito elétrico é igual a variação do fluxo magnético concatenado ao circuito". Esta é a lei de Faraday-Lenz, uma das leis fundamentais do eletromagnetismo. Em outras palavras, quando uma espira ou bobina é exposta a uma variação de um campo magnético, nesta surge uma corrente elétrica denominada corrente induzida . Conforme demonstra a figura 1:

Figura 1: Demonstração da Lei de Lenz

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A imimportância da compreensão desse fenômeno Físico é observada já na formação de crianças entre 10 e 12 anos, onde a Física desempenha um papel fundamental, pois grande parte dos questionamentos dos alunos sobre o seu dia a dia se discute a partir de conceitos da Física, sendo necessário, portanto, que os educadores do nível fundamental também conheçam os fundamentos desta ciência. (PAIXÃO, 2006).

Em relação ao ensino de Física no Nível Médio, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) propõem um currículo baseado no domínio de competências básicas e que tenham vínculo com as diversas situações do cotidiano dos alunos, buscando dar significado ao conhecimento escolar, mediante a contextualização dos conteúdos trabalhados em sala de aula (ROMANO 2004).

Essas experiências do cotidiano podem ser desenvolvidas em laboratórios de Física com um mínimo de equipamentos. É possível a um docente demonstrar a lei de Faraday-y-Lenz apenas com uma espira, ou bobina e com um amperímetro (ou galvanômetro). Ao passar o ímã pela espirar é possível visualizar uma deflexão no ponteiro do galvanômetro.

Esse expxperimento é de extrema importância, pois essas duas leis da Física são o principio básico de funcionamento de inúmeros equipamentos de geração de energia, que vão desde dínamos de bicicletas aos gigantescos geradores das hidroelétricas.Fundamento tatambém de sistemas como motores elétricos, existentes em eletrodomésticos e indústrias, assim como os transformadores de tensão, atuantes tanto nas grandes subestações de energia elétrica como no carregador de celular.

Lembrando que a Física é uma ciência experimental e quando trazida para a sala de aula, deve traçar um paralelo da teoria física com a experiência diária dos alunos. Também vale salientar r que é proposta pedagógica dos PCNs "aplicar as tecnologias associadas às Ciências Naturais na escola, no trabalho o e em outros contextos relevantes para sua vida" (MEC, 2000, p 96). E completa Castro: "[...] Assim, enquanto educadores devemos romper com uma diretriz de conteúdo e estanque, trazendo cada vez mais para a sala de aula temas modernos, mais próximos da realidade dos alunos [...]" (CASTRO, CORREIA; GONÇALVES, 2003, p.3).

Porém, para um aluno cego o ou de baixa visão presente em sala de aula, este simples experimento quando aplicado com um aparelho de percepção visual torna -se algo extremamente abstrato e um tanto "longe" da realidade. Nesse contexto, pensando em uma sala de aula inclusiva, é realizada a adaptação desse tradicional experimento , proporcionando a compreensão da temática a por todos os alunos presentes em sala de aula ou laboratório de Física, sendo eles capazes de enxergarem ou não.

## Metodologia

Um passo fundamental é elaborar como um experimento com muitas informações visuais pode ser adaptado para alguém que não dispõe deste sentido . Observou -se que para isto era necessário observa-lo a partir de informações táteis e sonoras.

Figura 2: Galvanômetro - Laboratório de Física CEFET -RN

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- O equipamento acima expreresso é um galvanômetro, ou amperímímetro. Tal equipamento serve para medir corrente elétrica de baixa intensidade. A questão é transformar r uma informação visual (o ponteiro do galvanômetro) em uma informação sonora ou tátil. Em função disso, foi projetado o um pequeno circuito eletrônico que pode variar a intensidade e ou freqüência de um som emitido em função da corrente elétrica induzida nas bobinas. Assim, um equipamento sonoro foi escolhido como sendo o mais viável, pois, o contato tátil com o instrumento de medição pode alterar as informações a serem coletadas dificultando a elaboração de tal instrumento.
- O restante do experimento segue conforme o original: Bobinas com diferentes números de espiras, e ímãs. Observaram-se melhoras na utilização do experimento ao utilizar ímãs que possuíam diferentes intensidades de campo magnético.

Elaborado o projeto e feita a construção o do circuito, resta levar o experimento a um aluno cego, ou de baixa visão, para que esse possa apreciá-lo após uma previa explicação do conteúdo. Com a finalidade de encontrar falhas e a

fim de que ele sugira correções e melhorias, já que este experimentador é o mais adequado para avaliar a eficácia ou não desse recurso didático.

## Procedimentos

O equipamento sonoro consiste em um circuito oscilador conhecido como multivibrador. Intuitivamente, a definição fundamental de um multivibrador é a de um circuito digital cuja saída se alterna entre dois estados lógicos: 1 (um) e 0 (zero) ou, on (ligado) e off (desligado). A intercalação entre os estados, caracterizada como oscilação, pode ocorrer espontaneamente em caso de instabilidade do estado em que se encontra ou forçadamente, caso o estado possa ser considerado estável. Neste caso, em particular, o oscilador ou multivibrador usado no experimento apresenta dois estados instáveis. Sendo assim o circuito utilizado é classificado, na eletrônica digital, como um multivibrador astável e em seu sinal de saída é observada uma onda que oscila infinitamente entre os dois estados (figura 3) , conhecida como onda quadrada .

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Figura 3: Onda quadrada emitida na saída do oscilador

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Para a construção deste oscilador foi usado um circuito integrado timer 555, criado para utilização geral de temporização e bastante empregado na produção de circuitos de atraso ou de osciladores. Pode ser utilizado em circuitos com períodos que variam entre microssegundos e horas.

## Montagem do Oscilador

## Materiais utilizados

- 01 circuito integrado 555;
- 01 diodo zener de 3,0v;
- 01 resistor d de 680O;
- 01 resistor de 1,0kO;
- 01 resistor de 10,0kO;
- 01 capacitor de 10nf;
- 01 capacitor de 100nf;
- 01 fonte de alimentação de 6v ou quatro pilhas simples;
- 01 alto -falante;
- 01 bobina com dois valores possíveis de número de espiras;

01 protoboard ou circuito impresso universal para pequenas montagens.

Fios de diferentes cores para ligações entre terminais.

## Montagem

O circuito completo é mostrado detalhadamente em seu diagrama esquemático, figura 4 . Para montagem do circuito basta seguir orientações básicas de eletrônica e conectar ou soldar r os componentes em seus devidos terminais, seja na protoboard ou placa de circuito impresso.

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Figura 4: Diagrama esquemático do circuito oscilador

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## Funcionamento

A freqüência do som emitido o depende do tempo de carga e descarga do capacitor C1 . O tempo de carga depende , além dos valores dos resistores R1 e R2 , da capacitância do C1, que determina por quanto tempo o circuito permanecererá no estado on. O tempo de descarga, além da capacitância do C1, vai depender apenas do valor do resistor R2 , determinando assim o tempo de permanência no estado off . O circuito integrado 555 utiliza o pino 7 ligado a um dos terminais do R2 para esta função. . Para melhor entendimento observe a figura 5, onde são representados em um gráfico a tensão em função do tempo de carga e descarga do capacitor C1, e onda quadrada resultante do circuito.

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## Figura 5: Gráfico de carga e descarga do capacitor (superior) e onda quadrada resultante do circuito (inferior).

No o funcionamento normal do oscilador astável l o capacitor C1 carrega até 2/3 da tensão de alimentação Vcc. Quando a tensão atinge este ponto o o c.i . 555 desliga a saída permanecendo no estado off e ativa a função de descarga fazendo a tenção no capacitor cair até chegar a 1/3 de Vcc. Neste ponto o 555 liga a saída ficando no estado on, ao passo que aciona a função de carga elevando a tensão no capacitor C1 até 2/3 de V Vcc e iniciando um novo ciclo.

- O pino 5 do c.i. 555 é o controle limite de carga do capacitor C1 . Na montagem esse recurso foi utilizado para fazer variar a freqüência do som emitido. Para este fim foi feita uma adequação com um diodo zener D1, fornecendo uma alimentação constante. Em serie com o diodo é ligada à bobina T1 onde serão testadas as as leis em estudo. Ao inserir o ímã no centro da bobina é criado um movimento de cargas elétricas pela variação do campo magnético, ou seja, há uma variação de tensão em seus terminais. Consequentemente varia também a tensão no pino 5, controle de carga do capacitor C1, dessa forma variando a freqüência das oscilações, ou seja, do som. Assim, quanto mais rápido for movido o ímã maior a tensão na bobina e maior será a alteração na freqüência do som de referência.

O tempo de carga do capacitor C1 é dado pela equação:

<!-- formula-not-decoded -->

E o tempo de descarga:

tD = 0,693 . R2 . C1

O período T T é dado pela soma dos tempos de carga e descarga:

T = tc tc+ c+td = 0,693(R1+R2)C1+0+0,693. R2.C1 = 0 0,693(RA+2RB)C1

A freqüência, finalmente, é o inverso do período:

```
f = 1 = 1,44 . T (R1 + + 2R2)C1
```

## Avaliação pelo Experimentador

Após a construção, o experimento foi montado em uma caixa plástica visando a praticidade no transporte e no manuseio. Em seguida foi levado ao alunobolsista Bruno, do núcleo de inclusão do CEFET-RN. A montagem é mostrada na figura 6.

Figura 6 - Kit do Experimento da Lei de Fararaday-Lenz readaptado

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Além do que já foi citado, também foi levada uma mola, para que ficasse mais claro o conceito de espira, solenóide e bobina. Os conceitos das Leis foram explicados enquanto o aluno com deficiência visual tocava e manuseava o experimento, fazendo o ímímã oscilar sobre o centro da espira .

Em primeiro lugar utilizou-se o conjunto de ímãs ãs de menor intensidade de campo magnético, com a bobina conectada na posição de 500 espiras (ou voltas). Com isso, fofoi possível perceber a alteração no som proporcional a alteração do campo magnético. Porém, esta alteração é mais p perceptível em oscilações maiores. Em seguida, trocou-se o conjunto de ímãs.

Utilizando um conjunto com campo magnético mais intenso, percebe-se uma mudança significativa na variação da freqüência do som emitido pelo "galvanômetro sonoro". Dessa forma, o aluno pode perceber que a corrente gerada depende da intensidade do campo.

Figura 4 - Experimento sendo avaliado por aluno com Deficiência Visual

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Em seguida, a ligação da bobina foi alterada, sendo agora ligada em 250 espiras. O objetivo deste passo é fazer o aluno perceber que com a redução do número de espiras temos uma redução da intensidade da corrente elétrica induzida, como também da variação na freqüência do som emitido. Este efeito foi perceptível , embora não de forma satisfatória. Foi sugerida a por nosso experimentador uma melhor adequação do som, ou da bobina, para que este efeito se torne mais claro.

Depois dos passos tomados conforme descrito, Bruno afirmou ter compreendido os conceitos descritos nesse trabalho.

## Conclusões

Visto que a lei de Faraday e a Lei de Lenz são conceitos de extrema importância para a compreensão dos fenômenos físicos que cercam motores, geradores e transformadores elétricos. Observa-se que o o experimento apresentado é de exextrema importância para um entendimento significativo dos conceitos e é capaz de proporcionar não apenas a compreensão deles, como também, é é um instrumento de inclusão.

Com a ligação do nosso "galvanômetro sonoro" em paralelo com o galvanômetro analógico tradicional, é possível ministrar a mesma aula para alunos videntes como para não videntes, como também para alunos não ouvintes, já que dessa forma o fenômeno pode ser observável tanto na forma visual como também na forma sonora.

Com apenas alguns pequenos ajustes, o experimento readaptado se torna bastante prático, de fácil transporte e entendimento por grande parte dos alunos.

Lembrando que este conteúdo possui como sustentação conceitos de corrente elétrica, de campo elétrico e de campo magnético, de indução, afinal, a lei de Faraday e de Lenz são leis mencionadas no final dos cursos de eletromagnetismo, por isso a sua compreensão exige tais conceitos.

## Referência

Ramalho, Nicolau e Toledo, Fundamentos da Física volume 3. 8º Edição, ed.morena, São Paulo-SP,2005

GREF 7 , E Eletricidade, ed. USP, São Paulo-SP.

ROMANO, Jair Carlos. Governo do Estado do Rio Grande do Norte: Ensino Médio de qualidade. Física. Natal: Sistema de Ensino Holos, 2004.

PAIXÃO, Maria de Fátima. Física na formação de professores do ensino básico: estratégia centrada na interpretação de fenômenos do dia a dia. Disponível em: http://webpages.ull.es/users/apice/pdf/342-098.pdf. Acessado em 28 de outubro de 2006.

CASTRO, Ronaldo A. de; CORREIA Filho, João A.; GONÇALVES, Heitor A., A inserçãção da física moderna no ensino médio, in: XV Simpósio Nacional do Ensino de Física, p 1780 - - 1789, 2003.

MEC, Bases Legais dos PCN - Ensino Médio, Ministério da educação , 2002. Disponível em &lt;http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/baseslegais.pdf&gt; acessado em 16 de dezembro de 2006.

BARBALHO, David Simonetti . Apostila de Eletrônica Digita II, Curso de Engª Elétrica, UFRN. Natal, 2006

TOCCI, Ronald J., WIDMER,Neal S. SISTEMAS DIGITAIS: Princípios e Aplicações. Editora Pearson / Prentice Hall (Grupo Pearson). 8ª Ed. São Paulo, 2003.