ABORDAGEM DO CONCEITO DE CORRENTE ELÉTRICA EM UM CIRCUITO ELÉTRICO SIMPLES POR MEIO DE ANALOGIAS COM UM APARATO EXPERIMENTAL

## ABORDAGEM DO CONCEITO DE CORRENTE ELÉTRICA EM UM CIRCUITO ELÉTRICO SIMPLES POR MEIO DE ANALOGIAS COM UM APARATO EXPERIMENTAL

Vitor Marques Pereira , Luciano Carvalhais Gomes 1 2

## Resumo

Na área de Ensino de Física, há quase um consenso formado de que o paradigma de aprendizagem por simples transmissão e recepção é ineficiente para a construção de uma aprendizagem significativa para a maioria dos alunos. Ao terem contato com os conceitos físicos por meio das aulas tradicionais, os alunos reclamam que a matéria é chata, difícil, sem significado, com muitas equações e exigências de cálculos matemáticos. Para tentar superar esses obstáculos, várias pesquisas foram feitas e outras tantas estão em andamento. No entanto, não se pode esperar dessas pesquisas soluções milagrosas, ou panacéias, para resolver todos os problemas que permeiam o processo de ensino e aprendizagem de física, sempre há espaço para novas ideias. Desse modo, apresentamos neste trabalho, procedimentos 'passo-a-passo' para montagem de um instrumento didáticopedagógico cujo objetivo é auxiliar os professores de Física do Ensino Médio e Superior na explicação de alguns conceitos presentes em um circuito elétrico simples. Além de mostrar como confeccionar o artefato, apresentamos algumas sugestões de analogias que podem ser feitas entre o material e um circuito elétrico simples, principalmente, para se ensinar o conceito de corrente elétrica.

Palavras-chave : Corrente elétrica, circuito elétrico, analogia.

## Introdução

A proposta deste trabalho é contribuir com as reflexões feitas por outros pesquisadores sobre o ensino do conceito de corrente elétrica (DUPIN, JOSHUA, 1989; EYLON, GANIEL, 1990; FREDETTE, CLEMENT, 1981; HARTEL, 1982; PACCA et al, 2003; SOLOMON, BLACK, STUART, 1985; SOLOMON et al., 1985; VIEIRA, 1986) apresentando-se uma abordagem inovadora em que se emprega um aparato experimental e analogias.

Acreditamos descrever aqui uma boa alternativa para o professor utilizar no processo de argumentação com os alunos, essencialmente ao se lidar com as principais concepções alternativas apontadas pela literatura, assim elencadas por Silveira (2011, p. 61-62):

- · A corrente é uma forma de fluido produzido pela fonte ou gerador;
- · A fonte é um depósito desse fluido, liberando-o para o circuito;
- · A fonte produz ou armazena cargas para fornecê-las ao circuito;
- · A corrente que "sai", que é "emitida" pela fonte (gerador) é uma propriedade exclusiva desta, não sendo afetada pelos demais elementos do circuito;

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- · A corrente 'desgasta-se', 'dissipa-se' ao passar por "obstáculos" no circuito (lâmpadas, resistores, etc.), podendo até ser extinta caso passe por muitos "obstáculos";
- · Conforme a corrente vai 'passando' pelos "obstáculos', vai se tornando mais fraca;
- · A intensidade da corrente elétrica é determinada pelo local em que ela "está passando" e pelos locais onde já "passou". Ela não pode ser influenciada pelos elementos onde ainda "não passou".

## Analogia

Na área de Ensino de Ciências, há muitos estudos '[...] sobre a utilização das analogias e metáforas como recursos didáticos mediadores entre os processos de ensino e aprendizagem [...]' (BOZELLI, NARDI, 2006, p. 12). Todavia, Duit (1991) deixa claro que apesar das potencialidades do uso das analogias, o professor tem que ficar atento quanto as suas limitações. Bozelli e Nardi (2006, p. 12) resumiram as potencialidades apresentadas por Duit (1991) do seguinte modo:

[...] a) são ferramentas valiosas na aprendizagem sob mudança conceitual, pois abrem novas perspectivas; b) podem facilitar a compreensão dos abstratos, apontando para as semelhanças; c) podem provocar a visualização dos abstratos; d) podem provocar o interesse dos alunos e, assim, motivá-los; e) forçam o professor a levar em conta os conhecimentos prévios dos alunos, além de revelar concepções 'errôneas' nas áreas já ensinadas.

## Quanto às limitações, temos:

- [...] a) uma analogia nunca se baseia em uma combinação exata entre analógico e alvo . Geralmente, há características do analógico 1 que são diferentes do alvo e isso pode induzir ao erro; b) o raciocínio analógico somente é possível se as analogias pretendidas realmente são formuladas pelos alunos. Se os alunos mantiverem conceitos errôneos no domínio analógico, o raciocínio analógico os transferirá para o domínio alvo; c) apesar de o raciocínio analógico ser comum, o uso espontâneo das analogias proporcionadas pelos professores ou alunos ainda são raros. O uso de analogias em situações de aprendizagem exige orientações consideráveis. O acesso às analogias dadas é facilitado por semelhanças superficiais e por aspectos de estrutura profunda, mas somente este aspecto tem poder inferencial (BOZELLI, NARDI, 2006, p. 12).

Com estas considerações, apresentamos algumas sugestões de analogias que podem ser feitas entre o aparato experimental que construímos (ver ANEXO) e um circuito elétrico simples.

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## 1ª analogia: elétrons livres

A primeira analogia entre um elemento visual e outro teórico, objetiva a compreensão do conceito de elétrons livres em um fio condutor. Aos alunos, pedese que considerem os tubos transparentes com flocos de isopor como se estes fizessem a vez dos fios condutores e elétrons livres, respectivamente. É importante enfatizar que os elétrons não estão em repouso, em relação aos fios que os contém, e muito menos com qualquer movimento previsível. Por isso, iniciam-se as analogias conforme a Figura 22, em que se ilustra um tubo sendo 'caoticamente' chacoalhado.

## 2ª analogia: força eletromotriz

Ao mostrar o experimento funcionando, chama-se a atenção dos alunos para a quantidade de flocos que entram e saem do secador. Este impõe, repentinamente, uma abrupta diferença de altura aos flocos que se movem contrariamente ao sentido natural de queda, aumentando a energia potencial gravitacional destes. Acredita-se, com isso, que das concepções elencadas por Silveira (2011, p. 61-62) tem-se bons argumentos que contrariem: 'a corrente é uma forma de fluido produzido pela fonte ou gerador'; 'a fonte é um depósito desse fluido, liberando-o para o circuito'; 'a fonte produz ou armazena cargas para fornecê-las ao circuito'.

## 3ª analogia: queda de potencial

Para contrariar as demais concepções, ou seja, de que 'a corrente 'desgastase', 'dissipa-se' ao passar por 'obstáculos' no circuito (lâmpadas, resistores, etc.), podendo até ser extinta caso passe por muitos obstáculos' e 'conforme a corrente vai 'passando' pelos 'obstáculos', vai se tornando mais fraca', temos a terceira analogia. Nela os degraus ilustram a conversão de energia potencial eletrostática em outras energias, por exemplo, trabalho mecânico, calor ou luz. Em outras palavras, reduzindo a energia potencial entre 'antes' e 'depois' dos dispositivos (resistências, por exemplo), sem que as a quantidade de cargas no interior o circuito se alterem.

Pode-se, também, auxiliar os alunos a imaginarem um possível obstáculo por onde passam os flocos. Tal situação influenciará o movimento de todos os flocos, simultaneamente, enfatizando-se assim que não há regiões no circuito cujo fluxo de cargas seja diferente de zero, ou seja, a quantidade que atravessa uma determinada seção reta há de deixá-la também. Com isto, acreditamos contrariar que 'a corrente que 'sai', que é 'emitida' pela fonte (gerador) é uma propriedade exclusiva desta, não sendo afetada pelos demais elementos do circuito'.

## Limitações

É importante ressaltar o risco de ocorrer das analogias reforçarem concepções alternativas, por isso, reforça-se a necessidade de se interagir melhor com os alunos, em contrapartida às clássicas exposições de conceitos. Quando se faz uso das analogias, enquanto professores, se pode inadvertidamente ignorar as diferenças entre análogo e alvo. É primordial ter o cuidado de explicitá-las constantemente aos estudantes.

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## Considerações finais

Quando as analogias aparecem nos manuais didáticos, poucos autores proporcionam aos alunos informações que os ajudem a interpretar a analogia e os previnam acerca das possíveis correspondências incorretas ou dos limites dos modelos propostos (OTERO, 1997 apud GLYNN et al, 1989; CURTIS; REIGELUTH, 1984). Considerando-se que os manuais exercem influência na ação pedagógica do professor (RESQUETTI; NEVES, 2011), ressaltamos a necessidade de que estes zelem por, primeiramente, explicitar o que são analogias e, depois, quais os domínios relacionados, metáforas utilizadas e, também, que se conscientizem dos limites metodológicos. Com os direcionamentos que expomos, acreditamos ser possível utilizar-se das analogias apresentadas para aflorar e discutir as concepções alternativas, elencadas por Silveira (2011, p. 61-62), com os alunos.

## Referências

BOZELLI, F. C.; NARDI, R. O discurso analógico no Ensino Superior de Física . In: NARDI, R.; ALMEIDA M. J. P. M. (Org.). Analogias, leituras e modelos no ensino da ciência: a sala de aula em estudo . São Paulo: Escrituras, 2006, p. 11-28.

DUIT, R. On the role of analogies and metaphors in learning science . Science Education, v. 75, p.649-672, 1991.

DUPIN, J. J.; JOSHUA, S. Una analogía térmica para la enseñanza de la corriente continua en electricidad: descripción y evaluación . Enseñanza de las Ciencias, v. 8 n. 2, p.119-126, 1989.

EYLON, B. S.; GANIEL, U. Macro-micro relationships: the missing linking between electrostatics and electrodynamics . International Journal of Science Education, v. 12, n. 1, p.79-94, 1990.

FREDETTE, H.; CLEMENT, J. Student misconceptions of an electric circuit: What do they mean?. Journal of College Science Teaching, v. 5, p.280-285, 1981.

HARTEL, H. The electric circuit as a system: a new approach . European Journal of Science Education, v. 4, n. 1, p.45-55, 1982.

OTERO, M. R. ¿Cómo usar analogías en clases de física? Caderno Catarinense de Ensino de Física, n. 2: p. 179-187, Ago. 1997.

PACCA, J. L. A. et al . Corrente elétrica e circuito elétrico: algumas concepções do senso comum . Caderno Brasileiro de Ensino de Física, n. 2: p. 151-167, Ago. 2003.

RESQUETTI, S. O.; NEVES, M. C. D. Galileu e sua obra no ensino de física hoje . Maringá: Editora da UEM, 2011.

SOLOMON, J.; BLACK, P.; OLDHAM, V.; STUART, H. The pupils view of electricity . European Journal of Science Education, v. 7, n. 3, p.281-294, 1985.

SOLOMON, J.; BLACK, P.; STUART, H. The pupil s view of electricity revisited: social development cognitive growth?. Europeam Journal of Science Education, v. 9, n. 1, p.13-22, 1985.

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VIEIRA, J. S. et al . Conservação de corrente elétrica num circuito elementar: o que os alunos pensam a respeito? CadernoCatarinense de Ensino de Física, n. 3: p. 12-16, Abr. 1986.

## ANEXO

## Pré-montagem do aparato experimental

Para montarmos o aparato da Fig. 1, foi necessário, aproximadamente, R$ 350,00 para a aquisição de todas as peças. Em contrapartida, poucas manutenções futuras são necessárias.

Figura 1: Aparato experimental para se fazer analogias com um circuito elétrico simples

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## Materiais necessários

- a. Secador de cabelos com suporte, modelo igual ao da Fig. 2;
- b. Duas garras 'jacaré' (Fig. 9);
- c. Papelão, 10 x 10 cm;
- d. Para apoios, 60 cm de tubo PVC 40 mm;
- e. Tábua, com 800 x 450 x 10 mm (valores aproximados);
- f. Oito cotovelos e dois tampões PVC 40 mm;
- g. Uma bateria selada de 12 V e 1,3 Ah, mais carregador apropriado (que de fábrica, vem configurado para 220 V) e conectores (Fig. 3,4 e 5);
- h. Flocos de isopor;
- i. Três metros de tubos acrílicos (há sites de fornecedores), com 40 mm de diâmetro externo e paredes de 2 mm, cortados em: 627 mm (1), 260 mm (1), 317 mm (1), 210 mm (1), 158 mm (2) e 178 mm (3);
- j. Abraçadeiras de nylon.

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Figura 9: Detalhe dos jacarés

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Figura 2: Secador com suporte próprio

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Figura 3: Bateria sem conectores

Figura 4: Bateria com conectores

Figura 5: Tensão com config. Interna

## Materiais de apoio

Furadeira com broca de madeira e lixa (Fig. 14); chave de fenda Philips 3/16x4; soldador e estanho; serra de arco; compasso; pistola e bastões de cola quente; duas fitas adesivas, uma transparente e outra dupla face; alicate; fita isolante; trena; tesoura.

## Montagem passo-a-passo

## 1º passo

Remover os parafusos externos e desmontar as duas carapaças do secador. Com exceção do motor, todos os componentes elétricos são dispensáveis. Devem ser removidos os fios e componentes eletrônicos conectados ao motor (Fig. 6) e, depois, soldar fios maiores aos seus conectores (Fig. 7).

Figura 6: Remover os componentes

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Figura 7: Soldar fios maiores ao motor

Figura 8: Detalhe interno (papelão)

Com o auxílio do compasso, tesoura e cola quente, recortar o papelão e utilizá-lo para tapar a entrada de ar da carapaça que sustenta o motor. Por ambos (papelão e carapaça), atravessar os fios que saem do motor (Fig. 8 e 9). Soldar as garras 'jacaré' aos fios (Fig. 9) de modo que a hélice gire em sentido anti-horário ao

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conectá-los à bateria, em outras palavras, atentar-se à padronização das cores vermelha e preta.

Terminada a primeira das duas carapaças, passamos agora para a segunda. Com a furadeira, fazer cortes 'grossos' e, com o soldador, ajustes 'finos' para obter um orifício circular de diâmetro igual a 40 mm (Fig. 10) para, depois, encaixar os tubos acrílicos (Fig. 11). Pronto! Terminada a segunda carapaça, remontar o secador e, com o alicate, remover a grade metálica do bocal (Fig. 12 e 13).

Figura 10: Orifício circular (40 mm)

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Figura 11: Detalhe de como encaixar

Figura 12: Bocal com grade metálica

Figura 13: Bocal sem grade metálica

## 2º passo

É hora de montar o aparato ilustrado na Fig. 1. Com base nessa figura, deve-se conectar todos os tubos. Para isso, é necessário desgastar internamente os cotovelos (Fig. 14) - cuidado para não forçar essas conexões, pois os tubos podem trincar. Ao montar, observar que os dois tubos de mesmo comprimento formam os degraus e os três tubos iguais formam as partes horizontais desses. Para melhor acomodar as conexões, são utilizados pedaços de fita adesiva transparente nas bordas dos tubos, pois, ocasionalmente, os cotovelos ficam 'folgados'.

Figura 14: Cotovelo sendo lixado

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Figura 15: Fixação dos PVCs à tábua

Figura 16: Fixação dos vértices

Após todos os acrílicos estarem conectados, verifique a posição dos três principais vértices do retângulo que o aparato forma. Com os 60 centímetros de tubos PVC, faça, com o auxílio da serra de arco e trena, suportes para alinhar

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Figura 17: Fixação do secador e bateria

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horizontalmente os tubos acrílicos. Atenção: não use colas! Perfure seis furos (três pares) na tábua e três nos tubos PVC para fixá-los com as abraçadeiras (Fig. 15). Com mais dois furos nos PVCs, fixe os cotovelos a eles, também com abraçadeiras (Fig. 16). Finalize a estrutura fixando o secador e a bateria, lado a lado, à tábua com pedaços de fita dupla face (Fig. 17). Para conectar o bocal do secador ao tubo acrílico, adequadamente alinhados, é necessário lixar um pouco o primeiro e utilizar apenas fita isolante (Fig. 18 e 19).

Figura 21: Efeito indesejável

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Figura 18: Bocal devidamente lixado

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Figura 19: Fixação com fita isolante

Figura 20: Dá para girar o bocal

Utiliza-se fita isolante para segurar o acrílico ao bocal por dois motivos, para inserir ou, eventualmente, remover flocos de isopor (Fig. 20) e, devido à inevitável eletrização por atrito (Fig. 21), algumas vezes, pode ser necessário borrifar um pouco de água para minimizá-lo. Os vãos da carapaça que não se tapou podem ser tapados com fita isolante.

Por fim, complementarmente, com a maior das partes que sobraram dos três metros de tubos, tapam-se, com os tampões, as duas extremidades com um pouco de flocos de isopor em seu interior (Figura 22).

Figura 22: Analogia com elétrons livres.

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