O EFEITO FOTOELÉTRICO NOS LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO

## O EFEITO FOTOELÉTRICO NOS LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO

## Lucas de Paulo Lameu 1 , Mikael Frank Rezende Junior 2

1 Universidade Federal de Itajubá/Mestrado Profissional em Ensino de Ciências, lucaslameu@yahoo.com

## Resumo

Este trabalho analisa a presença do Efeito Fotoelétrico (EF) em livros didáticos de Física do Ensino Médio, particularmente nos que foram aprovados no Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio de 2009 (PNLEM) e no Programa Nacional do Livro Didático de 2012 (PNLD). Para isso é realizada uma busca nestes livros didáticos acerca da menção histórica referente a essa temática, que se relaciona com a citação da contribuição de diversos cientistas da descoberta até a explicação correta deste fenômeno. A busca foi feita através de três questões: 1. Quais cientistas são citados da descoberta até a explicação do EF? 2. Quais são os papéis desses cientistas? 3. Qual é o papel destinado a Einstein em relação ao EF? A partir desta análise, é feita uma busca de quais LD contribuem para a mitificação de Einstein como sendo o precursor das primeiras observações de tal fenômeno. Conclui-se que a abordagem de alguns dos livros didáticos reforça esta visão mítica.

Palavras-chave : Livro didático; Efeito Fotoelétrico; Ensino Médio.

## Introdução

De acordo com Pimentel (2006), devido à realidade das condições existentes em muitas escolas, o livro didático (LD) tem sido um importante instrumento auxiliar das atividades de ensino. Para o aluno pode ser uma fonte de estudo e pesquisa valiosos, enquanto que para o professor se torna, em muitas das vezes, o roteiro principal de programação das atividades em sala de aula ou extraclasse.

No âmbito governamental, o LD vem adquirindo importância em sua distribuição em escolas públicas brasileiras. Como política de investimento na educação, foi implantado o Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio (PNLEM), em 2004, passando a distribuir gratuitamente milhões de LD para alunos do Ensino Médio (EM) público. Em relação aos LD de Física, os mesmo passaram a ser distribuídos a partir do PNLEM 2009 . 1

Além da distribuição, este programa também se preocupa com a qualidade dos LD, pois para os mesmos serem selecionados, devem passar por rigorosos e cuidadosos processos de avaliação e seleção , quer seja nos conteúdos, quer seja 2 na formatação do material etc.

A qualidade do LD também tem sido relevante nas discussões acadêmicas. Sobre isso, Cardoso et al. (2006, p. 219) tecem comentários referentes ao espaço

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20 a 25 de janeiro de 2013

que a análise do LD tem conquistado na produção acadêmica: 'A análise do LD já vem, há algum tempo, ganhando especial atenção nas publicações em revistas dedicadas ao ensino das Ciências.' Os mesmos autores demonstram em seu trabalho, ao analisarem o enfoque conceitual em alguns LD de Física e Ciência, erros conceituais referentes à lei da alavanca e Arquimedes trazidos por tais livros. Os autores apontam: erros conceituais, figuras ambíguas, experimentos inadequadamente sugeridos que não funcionam e que trazem perigo ao estudante.

Outro exemplo da preocupação com a qualidade dos conteúdos é abordado por Langhi e Nardi (2007), ao citar erros conceituais de Astronomia encontrados em LD, inclusive em alguns pertencentes ao Programa Nacional do Livro Didático (PNLD). Eles também promovem uma discussão sobre a dificuldade no ensino de Astronomia, que é agravada por meio do uso destes materiais, já que os mesmos apresentam diversos erros conceituais relacionados a esta área.

Alguns LD também trazem problemas relacionados à presença da História da Ciência. Sobre isso, as autoras Silva e Pimentel (2008, p. 142) comentam que tais livros podem trazer erros historiográficos e ainda que: 'De uma maneira geral, esses livros reforçam a idéia da existência de grandes gênios, valorizam apenas os conhecimentos que coincidem com os aceitos atualmente [...]'.

Entretanto, ressalta-se que a inserção da História e Filosofia da Ciência no ensino de Física não é uma tarefa fácil. Martins (2000) indica em seu trabalho a questão de muitos livros e enciclopédias repetirem histórias que não possuem nenhum fundamento, como é o caso da lenda sobre Arquimedes e a coroa do rei Hieron II de Siracusa.

A descrição da construção histórica de certo conceito científico em LD também trazem problemas, pois os mesmos acabam por originar alguns mitos, que muitas vezes, podem destinar a um só cientista todo mérito do desenvolvimento de uma teoria científica. Sobre isso, Paranhos et al. (2008, p. 4) comenta que na introdução da Física Moderna e Contemporânea (FMC) podem ser criados mitos como, por exemplo, o que ocorre para o Efeito Fotoelétrico (EF): 'Albert Einstein descobriu o efeito fotoelétrico pelo qual lhe foi atribuído o Prêmio Nobel de Física.' Esta é uma visão errônea, uma vez que Einstein explicou este fenômeno corretamente, entretanto, não o observou pela primeira vez.

Mesmo com alguns problemas trazidos pelos LD na inserção de elementos de FMC, por meio de visões errôneas, erros historiográficos, criação de mitos etc., há diversas justificativas para a sua introdução no EM. Segundo Terrazzan (1992), a FMC contém conceitos físicos que possibilitam a compreensão de aparelhos e artefatos atuais, assim como fenômenos cotidianos, em uma quantidade muito grande. Outro ponto é abordado por Ostermann e Cavalcanti (2001), enfatizando que a FMC pode ser instigante para os jovens, uma vez que os mesmos poderão saber sobre as expectativas para o futuro, em relação a algum experimento visto nas mídias, ou sobre os próprios desafios a serem enfrentados pela física no futuro. Outros autores como Cavalcante e Tavolaro (2002), Rezende e Ostermann (2004), Cavalcante et al. (2005) e Siqueira e Pietrocola (2010) já trazem relatos de experiências e recursos, referentes a tópicos de FMC que podem ser usados em salas de aula, estimulando assim os professores, cuja participação é imprescindível na atualização do currículo de Física no EM.

Dentre os tópicos de FMC passíveis de tratamento no EM, podemos destacar: Teoria da Relatividade, Dualidade onda-partícula, Efeito Fotoelétrico,

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Átomo de Bohr, Radioatividade, Fissão e Fusão Nuclear, e Partículas Elementares. O EF, por exemplo, tem grande aplicação tecnológica que pode ser vista, em visores noturnos que são sensíveis à radiação na faixa do infravermelho, em dispositivos para aberturas de portas automáticas e em sistemas de iluminação pública.

Como já citado anteriormente, a construção histórica do EF pode trazer o mito de que Einstein foi o autor da sua descoberta, para além de explicá-lo corretamente. Portanto, nesse trabalho será analisado se os LD aprovados no PNLEM 2009 e no PNLD 2012 reforçam este mito através de uma apresentação histórica deste fenômeno, que inclui a citação da contribuição de outros cientistas além de Einstein.

## Introdução histórica ao Efeito Fotoelétrico

A História da Ciência, segundo Silva e Pimentel (2008), tem sido introduzida em LD, porém em alguns, ainda de forma superficial e transmitindo visões sobre a natureza da ciência e de seu método que não correspondem aos conhecimentos epistemológicos atuais.

Arduriz-Bravo e Izquierdo-Aymerich apud Forato et al. (2011) comentam que no âmbito da perspectiva da inserção da História e Filosofia da Ciência, é destacada a importância de se aprender sobre o que caracteriza a ciência como uma estratégia pedagógica adequada para discutir algumas características da natureza da ciência. Alguns relatos de episódios históricos cuidadosamente construídos configuram-se modelos de natureza da ciência em cada contexto sócio-histórico-cultural, podendo conferir significado às noções epistemológicas 3 que desvenda os diferentes processos que levaram à construção de conceitos.

Como exemplo de um episódio histórico, citamos aqui o EF no que se refere à explicação dada por Albert Einstein para tal fenômeno. A implicação da inexistência de uma discussão histórica em relação à descoberta do mesmo nos LD pode levar à impressão de que além da explicação, Einstein também tenha descoberto o EF, havendo aí uma distorção histórica.

De acordo com Paranhos et al. (2008), o EF é um fenômeno que foi descoberto por Heinrich Rudolf Hertz, nos anos de 1886 e 1887 ao confirmar experimentalmente a existência de ondas eletromagnéticas, fornecendo assim a validade da teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell. Cavalcante et al. (2002) destaca que Hertz percebeu que uma descarga elétrica entre dois eletrodos, dentro de uma ampola de vidro, era facilitada pela incidência de radiação luminosa no eletrodo negativo, provocando a emissão de elétrons de sua superfície.

- O físico alemão Wilhelm Hallwachs é citado também por Paranhos et al. (2008) como discípulo de Hertz e também como o responsável pela caracterização mais sistemática do EF, utilizando o eletroscópio, passando a indicar importantes conclusões e revelando elementos intrigantes da natureza do fenômeno.

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Philipp Eduard Anton von Lenard , ao seguir alguns experimentos de 4 Hallwachs, mostrou que a luz violeta facilitava a descarga ao fazer com que elétrons fossem emitidos da superfície do cátodo.

Na época, havia três aspectos principais do EF que não poderiam ser explicados em termos da Física Clássica e da teoria ondulatória da luz. Um dos aspectos que ela tentava explicar é que o aumento da intensidade da luz implicaria no aumento da amplitude da onda luminosa. O segundo ponto estipulado pela teoria ondulatória era que o EF deveria acontecer para todas as frequências da luz, se houvesse intensidade suficiente para fornecer energia para ejeção de elétrons. O último ponto que a teoria clássica não explicava era que se a luz fosse suficientemente fraca, teria que existir um intervalo de tempo mensurável, a partir do instante que a luz começa a incidir sobre a superfície até o momento de ejeção do fotoelétron. Max Planck, em 1900, desenvolveu um modelo matemático, admitindo que a radiação eletromagnética era emitida e absorvida em pequenos pacotes de energia, denominados quanta .

Ao contrário de Planck, que considerava que a energia eletromagnética, uma vez irradiada, se espalhava por todo o espaço, Albert Einstein propôs também a quantização da luz. Ele propôs, em 1905, que a energia radiante é quantizada em pacotes, os fótons. Einstein concentrou-se na visão corpuscular com que a luz é emitida e absorvida. Em 1921, com esse trabalho, Einstein foi agraciado com o prêmio Nobel.

Nesse sentido, a hipótese de Einstein respondeu às três objeções levantadas pelo EF: com a intensidade da luz dobrada, o número de fótons também é dobrado, duplicando a corrente fotoelétrica; existe um limiar de frequência da luz que permite arrancar fotoelétrons, assim, se a frequência for menor que a frequência de corte não existirá energia necessária para ejetar fotoelétrons, para qualquer intensidade; e haverá a emissão imediata do fotoelétron, quando pelo menos um fóton é absorvido por um átomo.

## O Programa Nacional do Livro Didático

- O Programa Nacional do Livro Didático 5 se preocupa com a distribuição de obras didáticas para a rede pública brasileira, e teve início em 1929, adquirindo esse nome e formato somente em 1985. O programa alcançou a distribuição de LD para todo o Ensino Fundamental público, ao longo da década de 90. A distribuição para o EM foi feita com a instituição do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio em 2003. Os LD de Física foram distribuídos pela primeira vez no PNLEM 2009.

Após o processo de aprovação, os LD selecionados, inclusive os de Física, foram apresentados no Catálogo do PNLEM (2009), através de resenhas. A distribuição de tais LD nas escolas públicas brasileiras foi no ano de 2008. Os professores dessas escolas tiveram um prazo para selecionar uma das coleções a ser utilizada pelos alunos no ano de 2009.

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Após três anos novas coleções de obras didáticas de Física foram inscritas no processo de avaliação do PNLD 2012 (o PNLEM passou a ser inserido no PNLD). A resenha dos livros de Física aprovados foi colocada no Guia do PNLD (2012), que foi enviado no ano de 2011 para as escolas. Depois de selecionados, eles foram distribuídos, tendo como meta de uso um período de três anos.

A seguir temos um quadro com o nome de todos os livros de Física aprovados no PNLEM 2009 (LD1 ao LD6) e no PNLD 2012 (LD7 ao LD16): 6

Quadro 01: Livros pertencentes ao PNLEM 2009 e ao PNLD 2012

## O Efeito Fotoelétrico e o livro didático

Neste trabalho foi feita uma busca em todos os LD quanto à presença da temática EF. Somente o LD2 não trouxe tal temática. Em relação aos LD que apresentaram, buscou-se ainda em qual volume estaria este tópico. Somente o LD13 o apresentou no volume 2, e todos os demais apresentaram no volume 3, para além daqueles apresentados em volume único. Após esta seleção, foi feita uma triagem de quais LD apresentavam uma menção histórica para este fenômeno, sendo que os LD4, LD6, LD9 e LD16 não adentraram nesta categoria.

Refinamos a busca nos LD através de três questões:

- 1. Quais cientistas são citados da descoberta até a explicação do EF?
- 2. Quais são os papéis desses cientistas?
- 3. Qual é o papel destinado a Einstein em relação ao EF?

A busca das duas primeiras questões foi feita somente nos LD que fizeram uma menção histórica do EF. Portanto, a busca da terceira questão foi feita em 7

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todos os LD. Ela foi elaborada para distinguir se há clareza na autoria de Einstein como autor da explicação correta do EF. Foi feita ainda uma comparação das respostas dadas pelos LD para esta questão.

Da análise aqui realizada nas duas primeiras questões, temos que, aproximadamente, 73% dos LD analisados, apresentaram alguma menção histórica, de onde foi possível caracterizar a citação de quais cientistas contribuíram para a descoberta e para a explicação do EF.

Dentre essas citações, 11 LD mencionaram Hertz, 6 Lenard e somente 1 Hallwachs. O papel que é destinado para cada um deles é exemplificado através dos enxertos extraídos dos LD e expostos a seguir:

Hertz observou, pela primeira vez, que a incidência de luz violeta sobre os metais tornava-os eletricamente carregados. (LD3 , p. 268)

- O físico alemão Phillip Lenard (1862-1947), auxiliar de Hertz na época, trabalhou na tentativa de esclarecer tal efeito [...] Com esse experimento, Lenard obteve importantes conclusões a respeito do efeito fotoelétrico. (LD8, p. 343)
- [...] descobertas maiores só foram feitas posteriormente, por Wilhelm Hallwachs (1859-1922). Ele realizou experimentos com eletroscópios, determinando serem os elétrons arrancados do material [...] (LD11, p. 347)

Da terceira questão que envolve o papel da figura de Einstein em relação ao EF, extraímos, respectivamente, dois exemplos dos LD que trazem uma menção histórica para o EF e um exemplo para aqueles que não a trazem:

A solução para esse impasse surgiu no início do século XX, e foi proposta pelo físico alemão Albert Einstein em 1905 [...] (LD7, p. 280)

A explicação correta para o efeito fotoelétrico foi dada por Albert Einstein (1879-1955), em 1905, mesmo ano da publicação da teoria especial da relatividade. (LD12, p. 257)

Albert Einstein explicou esse fenômeno levando em conta que a luz era composta por partículas [...] (LD16, p. 193)

Na análise das respostas das duas primeiras perguntas, percebe-se que Hertz é citado por todos os LD que apresentam uma menção histórica como sendo o autor da primeira observação do EF, deixando Einstein isento deste papel.

As respostas da terceira pergunta evidenciaram o papel destinado a Einstein. A partir dos exemplos anteriores, percebe-se que há uma explicitação de que o mesmo explicou o EF, tanto nos LD que fizeram uma menção histórica quanto naqueles que não a fizeram. Entretanto, só é reforçado o fato de que Einstein também não observou tal fenômeno pela primeira vez, nos LD que já mencionaram anteriormente que Hertz havia feito isto, como no caso dos LD7 e LD12.

Para os LD que não fizeram uma menção histórica, como o LD16, é possível inferir que Einstein além de ter explicado o EF corretamente, também o observou pela primeira vez, reforçando assim a visão mítica de que ele é o precursor das primeiras observações de tal fenômeno, embora ele não seja.

## Conclusões

A introdução da História e da Filosofia da Ciência no contexto escolar é importante para se entender como ela se desenvolveu e se desenvolve, ao longo da história da humanidade. Devido à sua complexidade, diversos autores têm apontado

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que sua inserção através dos LD pode apresentar problemas, como erros historiográficos, concepções errôneas da ciência, mitificação da descoberta de algum fenômeno somente por um cientista sem contribuição histórica etc.

Nesse sentido, equívocos em LD também podem se apresentar na introdução da FMC. No caso da discussão histórica relacionada ao EF, evidenciamos que alguns LD não deixam claro que Einstein seria apenas o autor da explicação correta desse fenômeno, por não citarem que Hertz foi quem o observou pela primeira vez.

Portanto, menções históricas diversas requerem uma abordagem cautelosa, quando forem inseridas nos LD. A opção por não colocá-las também remete a uma reflexão crítica sobre os possíveis problemas advindos com a ausência delas.

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