CIRCUITOS ELÉTRICOS EM UMA AULA DE ELETRICIDADE BÁSICA

## CIRCUITOS ELÉTRICOS EM UMA AULA DE ELETRICIDADE BÁSICA

## Giseli de Oliveira Cardoso , Jonny Nelson Teixeira 1 2

1 IFSP, giseligoc@hotmail.com 2 IFSP, jonny@if.usp.br

## Resumo

No âmbito Edital 01/2007 CAPES/DEB, do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID), a Licenciatura em Física do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP) desenvolve seu Subprojeto com a perspectiva maior de promover uma iniciação à docência concomitante à iniciação à pesquisa em ensino de física. O PIBID tem por objetivo incentivar a integração entre a escola e o centro formador, garantindo aos licenciandos uma iniciação à docência supervisionada pelo professor da escola básica, que acaba por se constituir formador do licenciando quando, além de garantir a regência efetiva, orienta e avalia suas ações, contribuindo para sua formação inicial. Os licenciandos, por sua vez, ajudam os professores na sua tarefa, escolhendo uma sala de aula para ajudar e aprender com o professor supervisor, realizando pesquisas em ensino, participando do planejamento das aulas e das atividades, sempre em parceria com um professor do centro formador. Este trabalho foi realizado em uma escola estadual de São Paulo, com turmas do 3º ano do ensino médio regular, e em particular tem como objetivo principal analisar a interação e a aprendizagem dos alunos em aulas experimentais, tendo sido feita uma análise dos desenhos, respostas e esquemas feitos a partir de observações e interações dos alunos numa aula de laboratório de Eletricidade Básica. Tal experimentação trata-se da montagem de dois circuitos formados por lâmpadas incandescentes, utilizadas como resistores, sendo um em paralelo e o outro em série, os alunos eram orientados pelo roteiro á manusear separadamente cada circuito e depois comparar os resultados obtidos entre eles.

Palavras-chave : eletricidade básica, experimentação, estratégia de ensino

## Introdução

Por buscar compreender e promover a docência investigativa, o Subprojeto PIBID da Licenciatura em Física do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP) lida com três principais sujeitos: o licenciando (aluno bolsista), o professor da escola básica (professor supervisor, também bolsista) e o professor do curso formador (professor orientador, colaborador). Os três professores envolvidos (em formação, da escola básica e do centro formador) trabalham juntos e cumprem papéis diferentes no Subprojeto, não havendo ingerência do licenciando ou do formador sobre as aulas do supervisor, assim como não tornando o projeto apenas um meio de resolver dilemas das aulas da escola básica. A idéia central pressupõe uma iniciação à docência juntamente com uma iniciação em pesquisas educacionais, tornando a sala de aula espaço para aprender e articular o conteúdo específico da física e seu ensino.

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

Nesse sentido, essa iniciação à docência realizou-se na linha de investigação Formação de Professores de Física definida no Grupo de Pesquisa em Ensino de Física do IFSP (GPEF-IFSP), que busca também compreender e promover uma docência investigativa, ou seja, o professor enquanto um pesquisador da sua prática pedagógica, refletindo sobre os meios e resultados obtidos com os diversos espaços de aprendizagem promovidos pelas situações impostas/propostas por eles.

- O licenciando em questão elaborou, sob supervisão do orientador e do supervisor, seu projeto individual de iniciação à docência, com viés de pesquisa também, intitulado 'A experimentação nas aulas de física do ensino médio regular', que tem como objetivo analisar como a experimentação interfere no processo de ensino e aprendizagem dos alunos do ensino médio regular, através de proposição de roteiros para as aulas experimentação contidas no planejamento do professor.

Tal projeto esta sendo desenvolvido na escola Estadual da rede pública de São Paulo, a E. E. Brigadeiro Gavião Peixoto, que possui aproximadamente 3600 alunos e cerca de 8500m² de área construída, situada no bairro de Perus, região Noroeste da capital.

Os dados aos quais se refere esta pesquisa foram obtidos por regências feitas pelo licenciando supervisionadas pelo professor supevisor, realizadas em uma sala do 3º ano do ensino médio do período noturno, tratando-se de aulas sobre eletricidade, mais precisamente de associação de resistores. Como objetivo principal, os participantes desse projeto em especial investigaram a capacidade que os alunos têm de diferenciar as duas associações de resistores, além dos fenômenos que podem acontecer quando se mudam algumas variáveis presentes no experimento.

Além disso pretendia-se investigar a qualidade da observação dos alunos no que diz respeito ao caminho feito pela corrente elétrica no circuito, tendo como finalidade a compreensão de fenômenos que ocorrem quando esta corrente é interrompida ou não por troca de lâmpadas ou por retirada delas, como será apresentado no trabalho a seguir.

## Metodologia

Nas aulas de física, os conceitos carga, corrente, resistência, potencia e circuitos foram desenvolvidos teoricamente com aulas expositivas e com resolução de exercícios, trazendo a formalização aos alunos assim como contextualizando seus significados no uso que fazemos da eletricidade, numa tentativa de articular noções teóricas e práticas desses conceitos.

Dentre os experimentos previstos no planejamento do professor supervisor para desenvolvimento do conteúdo, havia a possibilidade de uma montagem para trabalhar associação de resistores, que consistia num arranjo experimental de fácil montagem e com material de baixo custo. Em duas tábuas de madeirite, foram fixados três soquetes de cerâmica para lâmpadas incandescentes de uso doméstico. Em uma das tábuas a ligação elétrica entre os soquetes foi feita 'em série', com o fio de alimentação estabelecendo um caminho único para a corrente que atravessava o circuito; em outra tábua foi feita ligação 'em paralelo', dividindo o fio de alimentação em três caminhos, que se juntavam novamente após cada um dos soquetes terem sido alimentados. Foram usadas lâmpadas de 40 W, e esse circuito era alimentado pela rede de distribuição na tensão 127V.

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Para levar essas montagens à aula, foi montado um roteiro para orientar o trabalho dos alunos (em anexo), que foram divididos em grupos de cinco integrantes. Esse roteiro foi proposto não apenas pensando num trabalho em grupo, mas, principalmente, na tentativa de resgatar elementos de aulas anteriores, além de trazer novo significado para o conhecimento envolvido.

Nesta primeira parte do experimento os alunos deveriam observar o aparato experimental apresentado a eles, com o objetivo de registrar componentes, fazer um esquema do aparato (desenhar) e realizar algumas medidas básicas em eletricidade, como a resistência elétrica, necessária para a análise deste experimento. Na segunda parte o roteiro é igual, apenas diferenciando a montagem das lâmpadas. Na terceira parte do roteiro do experimento, os alunos deveriam observar e analisar as diferenças entre as ligações e as observações feitas nas duas partes.

Esta experimentação foi realizada em duas aulas de 45 minutos. Para analisar se os alunos conseguiram ou não diferenciar o circuito em série do circuito em paralelo, analisaremos as questões 1,7 e 8 das partes I e II do roteiro, e questões 1,3 e 4 da parte III do roteiro.

Na questão 1Faça um desenho esquemático do circuito e liste seus componentes e quantidades -das partes I e II do roteiro, os alunos são orientados a desenhar e listar os componentes de cada circuito. Os dois circuitos possuem os mesmos componentes, apenas a ligação dos fios é feita de forma diferente. O objetivo desta questão é fazer com que o aluno perceba que os componentes são os mesmos e chamar a atenção para a forma como os fios estão ligados em cada circuito.

A questão 7Com o circuito desligado, substitua uma das lâmpadas por uma lâmpada queimada. Depois disso ligue novamente o circuito, observe e anote o que aconteceu. Faça a mesma substituição para as outras lâmpadas. Compare o que aconteceu em relação à posição que ocupou a lâmpada substituída. Explique o observado -das partes I e II pede para que os alunos troquem umas das lâmpadas que esta funcionando por uma lâmpada queimada e varie a posição da lâmpada no circuito, esperava-se com essa questão que o aluno observa-se por onde passa à corrente, ou seja, que ele visualiza-se que na lâmpada queimada falta o filamento, e que é por esse filamento que a corrente passa, e na ausência deste o 'caminho' da corrente é interrompido

Já a questão 8 Desligue o circuito e retire uma das lâmpadas. Depois disso, ligue-o. O que aconteceu? Por que aconteceu? -das partes I e II solicita ao aluno para que este retire uma lâmpada do circuito, e varie a posição da lâmpada retirada, novamente a intenção era a de chamar a atenção do aluno para a necessidade de um 'caminho' para a corrente.

Apesar dos resultados das questões 7 e 8 das partes I e II serem os mesmo, pretendia-se que o aluno percebesse que a corrente passava pelo filamento da lâmpada, e não pela rosca de metal da lâmpada.

Na parte III os alunos comparam as observações feitas nas partes I e II, a questão 1 Há diferença de montagem do circuito entre as tábuas A e B? Se houver, descreva-as. -pede para que os alunos descrevam as diferenças existentes entres as montagens dos dois circuitos, esperava-se com esta questão chamar novamente

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a atenção do aluno para a disposição dos fios e que esta era a única diferença entre as duas montagens.

A questão 3 Ao fazer as substituições que foram pedidas na questão 7 de cada montagem, houve diferença entre os resultados obtidos em cada uma delas? Se sim, quais são essas diferenças, e por que elas aconteceram? - pede que os alunos apontem e expliquem os resultados obtidos ao colocarem uma lâmpada queimada no circuito, eles devem dizer porque que no circuito em serie nenhuma lâmpada acende e no circuito em paralelo as outras lâmpadas acendem, novamente chamamos a atenção para o 'caminho' que a corrente percorre no circuito.

A questão 4 Para cada montagem, houve diferença entre retirar uma lâmpada ou trocá-la por uma queimada. Por quê? -pede para que o aluno reflita e justifique os resultados obtidos nas questões 7 e 8 das partes I e II.

## Resultados

O roteiro permitiu entender a visão dos alunos sobre circuitos, e percebemos que os alunos recorrem a suas próprias concepções para explicar os resultados obtidos com a experimentação.

Ao responderem a questão 1 das partes I e II do roteiro, somente um grupo (G2) dos cinco, fez o mesmo desenho para o circuito em serie e para circuito em paralelo,os demais grupos fizeram o desenho correspondente ao circuito observado.

Nenhum dos desenhos feitos pelos grupos foi um desenho técnico, mesmo que estes já tenham tido contato com desenhos técnicos de circuitos nas aulas teóricas. Outros aspectos que chamaram a atenção nesta questão, é que ao desenhar o circuito eles representavam os fios, mas apenas um grupo listou os fios como componente do circuito (G3), os demais grupos listaram como componente do circuito o multímetro (G1, G2, G4 e G5), porém todos representaram no desenho e listaram como componentes dos circuitos as lâmpadas, tomadas e soquetes.

Na questão 1 da parte III os alunos deveriam dizer se havia diferenças entre as montagens dos circuitos, e quais seriam elas, ao responderem esta pergunta todos disseram que tinha diferenças.

Nos soquetes da A (montagem em paralelo) a energia elétrica é passada individualmente em cada fio. Já na B (montagem em série) a energia passa em um fio só. (G1)

Sim, há diferença na montagem. A tábua A (montagem em paralelo) contem dois circuitos, um de cada lado das lâmpadas onde os fios ao passarem pelas lâmpadas vão direto a tomada. E a tábua B (montagem em série) contém um único circuito, onde passa pelas 3 lâmpadas e depois vai à tomada. (G2)

Na tábua A (montagem em paralelo) a corrente passa em série, uma depende da outra, na tábua B (montagem em série) a corrente passa em paralelo, uma lâmpada não depende da outra. (G3)

'Sim, enquanto o circuito A (montagem em paralelo) a luz é mais forte o circuito B (montagem em série) a luz é mais fraca. (G4)

Sim, há diferença de montagem. A tábua A (montagem em paralelo) tem dois circuitos um de cada lado e os dois circuitos (fios) após passar pelas lâmpadas vão direto para a tomada. A tábua B (montagem em série) tem apenas um circuito que passa pelas três lâmpadas e depois vai para a tomada. (G5)

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Os grupos G1, G2, G3 e G5, apresentaram como principal diferença entre as montagens as disposições dos fios, mas somente o grupo G1 falou em fio e o grupo G3 falou em corrente, os grupos G5 e G2 se referiram aos fios como circuito. Percebemos que os alunos entendem como circuito somente os fios, não há uma compreensão de que o circuito é todo o aparato experimental. Já o grupo G4, justificou a diferença entre os circuitos relatando a diferença entre a intensidade da luz observada em cada montagem, ou seja, justificou-se pela conseqüência e não pela causa.

Nas questões 7 das partes I e II, os grupos apresentaram as seguintes respostas para os circuitos em serie e em paralelo:

No circuito em série para explicar o fato das demais lâmpadas não acenderem quando uma lâmpada queimada é inserida no circuito;

Devido à lâmpada queimada as correntes não se encontram e as lâmpadas não acenderam. (G1)

Nenhuma ligou. (G2)

Com a substituição de cada uma das lâmpadas as demais não acenderam, isso ocorre porque o circuito torna as lâmpadas totalmente dependente umas das outras para recebimento da energia pelo fato de a lâmpada queimada não possibilitar a passagem de energia. (G3)

A lâmpada não acende em nenhuma posição. (G4)

A lâmpada queimada ocupando qualquer lugar das lâmpadas acesas, não acendem porque o circuito esta interrompido, pois a apenas um circuito. Assim uma lâmpada queimada interrompe na distribuição da corrente. (G5)

Já no circuito em paralelo justificando o fato das demais lâmpadas acenderem quando uma lâmpada queimada é inserida no circuito;

'Que quando as três estão ligadas, tem um brilho intenso e quando troca por uma lâmpada queimada o brilho diminui.' (G1)

'Todas as lâmpadas menos a queimada acenderam, das três lâmpadas duas acenderam porque há uma carga para cada fio.' (G2)

'Com a substituição apenas a lâmpada queimada na acendeu, pois o circuito faz com que a energia percorra todas as lâmpadas independentemente umas das outras.' (G3)

'A lâmpada substituída (queimada) não acendeu as demais acenderam normalmente.' (G4)

'A lâmpada queimada ocupando qualquer lugar das lâmpadas acesas, não interferem em nada porquê as lâmpadas acendem normalmente' (G5)

A questão 3, da parte III solicita que os alunos comparem os resultados obtidos nas questões 7 das partes I e II, apontando as diferenças e o porque que alas ocorrem.

Aconteceram porque na B (montagem em série) as cargas vêm dos dois lados em um fio só, e tendo que passar por cada lâmpada para que as duas se encontrem. Já na A (montagem em paralelo) as cargas são separadas e passam individualmente -e e e+ se encontram dentro de cada soquete. (G1)

Houve diferença nos resultados obtidos. No circuito A (montagem em paralelo) a diferença nas substituições foi quando colocamos a queimada o brilho das lâmpadas diminuiu, e quando tínhamos todas as lâmpadas funcionando o brilho era intenso. E o circuito B (montagem em série) nenhuma ligou. (G2)

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Sim, na tábua A (montagem em paralelo) as lâmpadas não acenderam e na B (montagem em série) acenderam. Isso aconteceu por causa do tipo de ligação uma estava em serie não permitido à passagem de corrente para as outras e a outra em paralelo permitindo a passagem de corrente para as lâmpadas. (G3)

Sim houve diferença. A diferença é que na montagem A (montagem em paralelo) apenas a lâmpada queimada não acendeu, já na tábua B (montagem em série) nenhuma lâmpada acendeu, porque os circuitos eram diferentes, na tábua A tem dois e na B apenas um. (G5)

Os alunos do grupo G1 recorreram aos seus repertórios particulares para responder a questão 7 do circuito em paralelo, justificaram o fato das lâmpadas não acenderem porque as corrente não se encontram.

Esta concepção esta ligada ao fato do aluno supor que pelos pólos da tomada entra uma corrente positiva e outra negativa, e que é necessário que as duas correntes se encontrem para as lâmpadas acenderem. Isso fica bem claro quando o mesmo grupo é chamado a comparar, na parte III questão 3, os resultados obtidos em cada circuito, no circuito em série eles identificam que a corrente só tem um caminho para percorrem, e que em cada ponta do fio entra uma corrente diferente, correntes com sinais opostos e que as duas só se encontram dentro do soquete e isso faz com que a lâmpada acenda. O mesmo grupo ao analisar circuito em paralelo comete um equivoco ao apresentar a sua reposta, já que o resultado apresentado não era o esperado, porem ao comparar os dois circuitos aponta como motivo para as demais lâmpadas acenderem o fato de que este circuito apresenta dois possíveis caminhos para as correntes e por isso as correntes percorrem caminhos diferentes, não vão mais pelo mesmo fio, mas o grupo persiste no fato de que as correntes positiva e negativa se encontram dentro do soquete para a lâmpada acender.

Tal concepção de corrente já foi alvo de estudos sobre concepções espontâneas (Pacca e Fukui, 2003), onde o aluno acredita que é necessário que duas correntes opostas se encontrem para que a lâmpada acenda, não há a concepção de a corrente flui de um pólo para o outro.

- O grupo G2 no circuito em série não justificou o fato das lâmpadas não acenderem. Já no circuito em paralelo acusaram que as demais lâmpadas acenderam por que há uma carga para cada fio, não acusando se a ligação é dependente ou não. Na questão 3 parte III somente descreveram o que observaram, sem apresentar justificativas.

Ao responder as questões 7 das partes I e II, o G3 identificou que no circuito em paralelo havia uma dependência entre as lâmpadas, e que a lâmpada queimada impedia a passagem de energia para as demais lâmpadas, no circuito em série a energia passava independentemente entre as lâmpadas. Porem o grupo não identificou que no circuito em série ao inserir a lâmpada queimada circuito não se fechava. O grupo ao comparar os dois circuitos na questão 3, parte III,conclui que a diferença esta nas ligações, e menciona que um esta ligado em série e o outro em paralelo.

- O grupo G4 foi o que demonstrou menos disponibilidade para responder as perguntas, imitando-se apenas a descrever o que observou.

Percebemos que o grupo G5, confunde os fios com circuito, concluindo que o circuito em série possui somente um 'circuito' e que as lâmpadas não acendem

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porque o circuito está interrompido, identificaram que a lâmpada queimada impede a passagem da corrente. Fica bem clara a confusão do grupo em relação a circuito na questão 3 da parte III, quando acusam que a diferença é o fato de que no circuito em paralelo há dois 'circuitos' e no circuito em série há apenas um 'circuito'.

## Considerações

Os resultados obtidos nos permite inferir que não houve uma perfeita compreensão por parte dos alunos do que venha a ser corrente elétrica, e principalmente sobre o comportamento da mesma nos diferentes circuitos. Muitos alunos recorreram à concepções espontâneas para explicar os fenômenos observados, tendo em vista que os mesmos tiveram aulas teóricas sobre o assunto, esperava-se que as respostas apresentassem os elementos científicos estudados anteriormente.

Isso reforça a necessidade de se planejar um curso voltado para os objetivos que se deseja alcançar, tornando as ações intencionais, segundo Luckesi (1995):

O ser humano age em função de construir resultados. Para tanto, pode agir intencionalmente ou de modo planejado. Agir aleatoriamente significa 'ir fazendo as coisas', sem ter clareza de onde se quer chegar, agir de modo planejado significa estabelecer fins e construí-los por meio de uma ação intencional.

Tal planejamento deve ser feito de forma que cada etapa do processo de ensino e aprendizagem do aluno ofereça subsídios para a etapa seguinte.

Acreditamos que o papel da experimentação no planejamento não deve ser somente de caráter ilustrativo, pelo contrário, a experimentação deve apresentar característica investigativa, propiciando ao aluno a possibilidade de analisar, questionar, racionalizar e justificar os fenômenos observados. Isso faz com que o aluno deixe de ser coadjuvante e passe a ser agente do seu próprio conhecimento.

Para o aluno bolsista este projeto constituiu-se como um importante aprendizado no seu processo de formação, apresentando a este elementos práticos da vida docente e propiciando uma reflexão desta pratica.

## Referências

LUCKESI, Cipriano Carlos. Avaliação da Aprendizagem Escolar . São Paulo: Cortez, 1995.

PACCA, L. A. Jesuína; FUKUI, Ana. CORRENTE ELÉTRICA E CIRCUITO ELÉTRICO: ALGUMAS CONCEPÇÕES DO SENSO COMUM . Cad. Bras. Ens. Fís.,v.20, n.2: p.151-167,ago.2003.

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## Anexo

Segue em anexo o roteiro utilizado.

## Aulas de Física - 1º Atividade experimental do 2º bimestre

## Titulo: Associação de resistores.

Foram colocadas à disposição de vocês duas montagens experimentais, montagem A e B. Verifique que montagem encontra-se sobre a sua bancada, e antes de iniciar suas anotações, identifique-a. Vocês têm 15 minutos para realizar a experimentação em cada montagem, e, após esse tempo, devem liberar a bancada que ocupou para outro grupo e, procurar uma bancada que possua uma montagem diferente da que você já experimentou. Novamente identifique a montagem e realize a experimentação.

Ao realizar suas experimentações e observações, procure fazer isso de forma organizada e o mais detalhista possível, pois desta forma vocês terão uma maior facilidade na hora de responder ou realizar relatórios posteriores.

## I - Montagem experimental: ( ) A ( ) B (partes I e II do roteiro)

- 1Faça um desenho esquemático do circuito e liste seus componentes e quantidades.

- 2Anote a potência das lâmpadas.

- 3Com o multímetro meça a resistência das lâmpadas antes de encaixá-las na tabua.

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- 4Depois de encaixá-las, meça a resistência de cada lâmpada, de duas lâmpadas e de três lâmpadas associadas.

Lâmpada 1

Lâmpada 2

Lampada3

Resistência ( Ω )

- 5Com o multímetro meça a tensão da tomada.
- 6Ligue o circuito e observe o brilho de suas lâmpadas. Descreva esse brilho.
- 7Com o circuito desligado, substitua uma das lâmpadas por uma lâmpada queimada. Depois disso ligue novamente o circuito, observe e anote o que aconteceu. Faça a mesma substituição para as outras lâmpadas. Compare o que aconteceu em relação à posição que ocupou a lâmpada substituída. Explique o observado.
- 8Desligue o circuito e retire uma das lâmpadas. Depois disso, ligue-o. O que aconteceu? Por que aconteceu?
- 9Utilizando os dados das questões 2 (questão 4 resistência das lâmpadas 1+2+3) e 5, calcule a corrente do circuito.

## III - Relacionando as montagens A e B

Após realizar as experimentações, e retomando as anotações e observações feitas por seu grupo, respondam as questões a seguir:

- 1Há diferença de montagem do circuito entre as tábuas A e B? Se houver, descrevaas.
- 2Compare as observações feitas na questão 6 de cada montagem e explique por que há diferença entre o brilho das lâmpadas da montagem A e o brilho das lâmpadas da montagem B.
- 3Ao fazer as substituições que foram pedidas na questão 7 de cada montagem, houve diferença entre os resultados obtidos em cada uma delas? Se sim, quais são essas diferenças, e por que elas aconteceram?
- 4Para cada montagem, houve diferença entre retirar uma lâmpada ou trocá-la por uma queimada. Por quê?

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- 5- Análise as respostas da questão 9 de cada circuito, há diferença entre os valores da corrente. Se sim, por que há essa diferença?

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