PRODUTOS DIDÁTICOS DE BAIXO CUSTO E VISUALMENTE ATRATIVOS RELACIONADOS À ELETRICIDADE

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## PRODUTOS DIDÁTICOS DE BAIXO CUSTO E VISUALMENTE ATRATIVOS RELACIONADOS À ELETRICIDADE

Mário Márcio Dias Júnior , Bruno Gonçalves , Cyrill de Oliveira , Elisa 1 2 3 Aparecida Evangelista dos Santos , Geruza Miquelito Bressan , Graziele 4 5 Pimentel Coelho Almeida 6 , José Francy Costa Moraes , Júlia de Assis Ferraz , 7 8 Karina Aparecida Morais Ramalho de Paula , Nathalia Dielle Kistenmacker 9 10 , Nicole Werneck Ferreira 11 , Pâmela Azevedo de Oliveira 12 , Sérgio Luiz França 13

3, 4, 5, 8, 11,12 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais - Campus Juiz de Fora / Departamento de Educação e Tecnologia;

6, 7, 9, 10, 13 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais - Campus Juiz de Fora / Departamento de Educação e Ciências.

## Resumo

O desenvolvimento de produtos didáticos, de baixo custo e visualmente atrativos, é essencial para facilitar o entendimento de conceitos teóricos no ensino de disciplinas como a Física. O grupo PET - Física do Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais - Campus Juiz de Fora faz parte de um programa do Governo Federal, Programa de Educação Tutorial, em que se dedica na elaboração de instrumentos inovadores aliando ensino, pesquisa e extensão. Os produtos desenvolvidos pelo PET - Física tem repercutido de forma positiva nos eventos nos quais eles são apresentados e expostos, sejam em salas de aulas, congressos, encontros, feiras de ciências e workshops. Atualmente, o grupo conta com dois aparelhos didáticos finalizados, sendo o primeiro o experimento prático que completa a palestra 'LIMC' (Lâmpadas Incandescentes: Missão Cumprida), que atua na conscientização dos ouvintes sobre a substituição das lâmpadas incandescentes pelas fluorescentes compactas, onde é possível constatar a importância dessa substituição através de valores e de uma escala que gradua a intensidade de cada tipo de lâmpada. O segundo aparelho é o 'Quadro Didático AC' que simula ligações elétricas em paralelo e/ou em série e explora outros conceitos sobre eletromagnetismo e física moderna. Além dos aparelhos supracitados, existem outros produtos em fase de conclusão e as palestras que integram o projeto 'PET - Física vai à Escola'. O objetivo do PET - Física é desenvolver produtos que permitam abranger diversas áreas da Física, e interligar esta disciplina com outros campos do conhecimento possibilitando grande interação do estudante com a aula ministrada.

Palavras-chave: Inovação, Ensino, Eletricidade.

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## Introdução

O Programa de Educação Tutorial (PET) é um programa do Governo Federal, criado a mais de 20 anos e gerido pelo Ministério da Educação por meio da SESu (Secretaria da Educação Superior), tendo estabelecido uma nova concepção do Programa a partir do final de 2005. A legislação que regulamenta os PETs em todo o país é a Lei nº 11.180, de 23 de setembro de 2005 e as portarias MEC nº 3.385, de 29 de setembro de 2005, e nº 1.632, de 25 de setembro de 2006. O PET apoia atividades acadêmicas que integram Ensino, Pesquisa e Extensão (MEC, 2002).

O PET - Física do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais (IF Sudeste MG - JF) iniciou suas atividades em dezembro de 2010, onde é formado por alunos dos cursos superiores de Licenciatura em Física e Engenharia Mecatrônica. O objetivo do grupo é desenvolver instrumentos inovadores aliando o tripé metodológico fundamental do PET a fim de estimular os estudantes de ensino médio e superior a ampliar seus conhecimentos sobre a área de Ciências Exatas, de tal forma que cada vertente é interligada e todas são importantes. Assim, o grupo trabalha para desenvolver metodologias que despertem o interesse nos alunos, tentando utilizar principalmente materiais de baixo custo, com a finalidade de popularizar e difundir novos experimentos e técnicas. Sabe-se que o ensino de Física de qualidade no ensino médio é um grande desafio acadêmico atualmente. A Física é uma ciência experimental e na maioria das escolas é mostrada como algo extremamente teórico. Há várias publicações relevantes, no Brasil, que atestam estes problemas e buscam solucioná-lo. O foco, em geral, é despertar o interesse do aluno pela Física do cotidiano. Entretanto, não existe ferramental didático de baixo custo que prenda a atenção dos estudantes, no mercado brasileiro.

Diversos produtos já foram desenvolvidos pelo grupo como aparelhos didáticos e palestras, e outros estão em fase de finalização. Entre os aparelhos concluídos pode-se destacar o experimento prático que completa a palestra 'LIMC' (Lâmpadas Incandescentes: Missão Cumprida), que atua na conscientização dos ouvintes sobre a substituição das lâmpadas incandescentes pelas fluorescentes compactas, onde é possível constatar através de valores e de uma escala que gradua a intensidade de cada tipo de lâmpada a importância dessa substituição; e o 'Quadro Didático AC' que simula ligações elétricas em paralelo e/ou em série e explora conceitos sobre eletromagnetismo e física moderna. Já o 'Projeto PET Física vai à Escola' é composto por palestras interativas e dinâmicas que abordam temas sobre Eletromagnetismo, Física aplicada às aeronaves, Mecânica e Física Moderna, destinadas a alunos de ensino médio e fundamental, e que tem a finalidade de melhorar o ensino de Física nas escolas.

Entre os outros protótipos inovadores desenvolvidos pelo grupo PET - Física que estão em fase de conclusão pode-se citar o 'Gerador de Funções' que fornece os sinais elétricos para teste de circuitos, com a possibilidade de variação de amplitude, frequência e formas de onda. Este gerador apresenta, além disso, a capacidade de fornecer sinais com formas de onda sintetizadas pelo próprio usuário. Desta forma, os experimentos didáticos deixam de estar limitados a sinais padrão, e as condições de testes e medidas oferecidas nas bancadas tornam-se bastante amplas. O mesmo fornece sinais periódicos e pode ser programado para produzir formas de ondas arbitrárias, como ondas senoidais, triangulares e quadradas. Outro

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instrumento que está em fase de finalização é a Caneta IV (InfraVermelho). O projeto de pesquisa iniciou a partir da necessidade da aplicação de uma interface humana com o PC a partir de dispositivos de infravermelho e que auxilia o professor durante a transposição didática (ensino), substituindo e inovando a maneira de escrita, sendo visualmente atrativo. Surgiu, também, pela dificuldade inicial de comunicação entre o produto e o meio de utilização. Desde o início, o objetivo principal do grupo é a inovação desta interface, buscando aprimorar e aperfeiçoar constantemente seus produtos e posteriormente aplicá-los às atividades de extensão.

Assim, o objetivo deste trabalho é apresentar as atividades realizadas pelo PET - Física e os produtos didáticos produzidos pelo o grupo, que tem grande aceitação em todos os eventos nos quais eles são expostos.

## Projeto LIMC

O Projeto LIMC é um projeto de extensão que percorre as Instituições de Ensino e apresenta aos alunos e professores do ensino médio e fundamental uma palestra que tem a finalidade de esclarecer a Portaria Interministerial nº 1007 que traz a regulamentação das lâmpadas incandescentes (BRASIL, 2010). Basicamente a portaria institui um prazo para que essas lâmpadas deixem de ser comercializadas no Brasil.

A palestra é composta de duas partes. Primeiramente são abordados tópicos como fatos históricos relacionados às lâmpadas incandescentes e fluorescentes em slides no PowerPoint (UDESC, 2011), os fatos geradores que desencadearam a necessidade de mudança da lâmpada incandescente por outra mais econômica (INEE, 2011), o funcionamento das lâmpadas incandescentes e fluorescentes (CED/UFSC, 2012), a leitura da conta de energia elétrica para acompanhamento efetivo da economia gerada após a substituição, cálculo do desperdício de energia elétrica causado pela lâmpada incandescente quando comparada à lâmpada fluorescente, os dados e as informações que devem ser observadas na hora da compra de uma lâmpada fluorescente compacta, procedimentos de segurança que envolve o manuseio de lâmpadas fluorescentes em geral e o seu descarte correto (modo e local de descarte) (ABILUMI, 2011) e algumas curiosidades como a lâmpada incandescente que está acesa a mais de 100 anos em uma corporação dos bombeiros de Livermore, Califórnia, (GEO, 2012; WIKIPEDIA, 2012) e a lâmpada de LED (Light Emitting Diode) ou Diodo Emissor de Luz que tem uma vida útil estimada em 20 anos (TERRA TECNOLOGIA, 2012).

A segunda parte do Projeto envolve a apresentação de um experimento prático com um aparelho que compara qualitativa e quantitativamente os tipos de lâmpadas existentes no mercado. O aparelho (uma versão beta do protótipo) desenvolvido pelo PET - Física consiste de um quadro composto de três tipos de lâmpadas (incandescente, fluorescente compacta e de LED), um multímetro, um potenciômetro (Dimmer), um termômetro infravermelho e 64 LEDs nas cores vermelha, verde e azul distribuídos da seguinte forma: 22 na cor vermelha, 22 na cor verde e 20 na cor azul.

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Sobre os resultados qualitativos, o aluno pode comprovar, apenas através da visão, que as três lâmpadas localizadas no quadro apresentam luminosidade muito próxima uma da outra, de forma que ele pode concluir que a lâmpada fluorescente compacta pode substituir de forma eficiente à lâmpada incandescente. Esse resultado é observado quando o potenciômetro vai liberando gradualmente a tensão nominal para a lâmpada incandescente, que está sob um invólucro que possui sensores que captam a luminosidade, e esta ação faz com que os LEDs acendam também de forma gradual do vermelho até o azul de forma que quando toda a tensão nominal é liberada (127V) todos os LEDs apresentam luminosidade máxima. Esse mesmo resultado também é obtido quando o aluno insere esse invólucro sobre as demais lâmpadas. As fotos 1 e 2 mostram o quadro e os detalhes desse primeiro experimento.

'Projeto LIMC'.

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A figura 01 mostra o invólucro com sensores sobre a lâmpada incandescente (item 1) e os 64 LEDs acesos (item 7), com a sua luminosidade máxima e os terminais fixos no quadro (item 4). Esse mesmo resultado é obtido quando trocamos o invólucro de lugar, ou seja, o aluno observa que os LEDs acendem do mesmo modo quando o invólucro é colocado sobre a lâmpada fluorescente compacta (item 2) ou sobre a lâmpada de LED (item 3).

Para os resultados quantitativos, o aluno pode confirmar, através da leitura no multímetro (Figura 01 - item 5), que a corrente necessária para que a lâmpada incandescente acenda os LEDs em sua luminosidade máxima é bem maior que a corrente necessária para que a lâmpada fluorescente alcance o mesmo resultado e ainda, que a corrente necessária para lâmpada de LED acender os mesmos LEDs na luminosidade máxima é bem menor que a corrente necessária para que a lâmpada fluorescente compacta atinja o mesmo resultado. Nesse segundo experimento o aluno deve substituir os terminais (Figura 01 - item 4) pelos terminais do multímetro (Figura 02 - item 2).

A substituição dos terminais (ou jumpers, que são pequenas peças de plástico metalizadas internamente) (Figura 02 -item 1) pelos terminais do multímetro (Figura 02 - item 2) é feita de maneira segura e correta pelos envolvidos no experimento. Essa segurança é resultado da técnica utilizada para obtenção do dado quantitativo (valor da corrente elétrica). Cada terminal do multímetro é ligado

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em apenas uma das fases do sistema e esse fato impede que no manuseio o experimentador receba uma descarga elétrica (choque). Como consequência dessa segurança, as pessoas envolvidas no experimento sentem-se à vontade para executar as ligações de forma aleatória e, mesmo que a ligação seja executada de forma errada, ou o operador toque inadvertidamente um dos terminais fixos no quadro (Figura 01 - item 4), não há qualquer risco de um acidente, visto que esses terminais estão ligados em apenas uma das fases do referido sistema. Esse fato faz com que o evento se torne muito atrativo e interativo, aumentando, substancialmente, o número de participantes na aplicação prática da teoria.

Outro resultado quantitativo bastante interessante é obtido pelo aluno quando ele utiliza o termômetro infravermelho (Figura 01 - item 6) para medir a temperatura de trabalho de cada lâmpada. Nesse momento o estudante fica surpreso em perceber que a temperatura encontrada na lâmpada incandescente é bem superior que a temperatura medida nas demais lâmpadas. Esse fato ratifica para ele o que foi dito na palestra teórica de forma lúdica: 'Quando usamos a Lâmpada Incandescente estamos pagando caro para esquentar o Universo'.

Figura 02: Troca entre os terminais fixados no quadro pelos terminais do multímetro.

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## Quadro Didático AC

O Quadro Didático AC é um quadro que permite ao usuário realizar simulações de ligações elétricas, em série e/ou em paralelo, simular a utilização de uma resistência variável e mostrar o funcionamento de um sensor fotoelétrico com uso de corrente alternada. O quadro também permite a visualização, através de um voltímetro digital, da tensão aplicada a cada tipo de ligação, além de proporcionar um experimento sobre a variação da tensão aplicada e da potência gerada, através de um potenciômetro.

É um produto desenvolvido para atingir os objetivos de ser de baixo custo, ser atrativo, proporcionar interatividade do participante com o experimento e ser um aparelho que fornece segurança no seu manuseio (possui um dispositivo de segurança). O quadro possui peso aproximado de 8,0 kg, compartimento para guardar os componentes utilizados na realização do experimento, alça e dimensões que facilitam seu transporte para a sala de aula.

O Quadro Didático AC foi desenvolvido para que o tempo de montagem da aula seja o menor possível, ou seja, as únicas montagens necessárias são

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exatamente as ligações envolvidas no experimento e a verificação dos conceitos estudados.

A área de aplicação do quadro abrange o ensino da física, especificamente a parte de eletricidade, e de física moderna, proporcionando ao docente grande agilidade na execução de suas aulas práticas, uma vez que não há mais a necessidade de um laboratório de Física na escola para execução dessa aula.

Figura 03: Quadro Didático AC.

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Figura 05: Quadro Didático AC em funcionamento.

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Figura 04: Compartimento para guardar os componentes utilizados no experimento.

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O quadro pode ser transportado pelo docente para a sala de aula através da alça (Figura 03 - item 15), e ocupa pouco espaço físico (podendo ser guardado em um armário de tamanho padrão e ser acondicionado para transporte no porta-malas de um carro popular). O aspecto mais marcante da invenção é o fato de a escola não necessitar mais de um laboratório de física para realização desses tipos de aulas. O professor leva o laboratório para dentro da sala de aula de forma simples e com grande comodidade, pois o invento possui tamanho reduzido, peso que facilita o transporte por qualquer professor ou aluno e é composto de todos os instrumentos de um laboratório tipo 'sala de aula'.

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O invento possui a capacidade de criar uma grande interatividade do aluno com a aula prática de Física, criando nele maior interesse pela disciplina. O quadro é bastante interativo e permite ao aluno executar experimentos que comprovem os resultados teóricos. O ensino de Física, no que se refere à eletricidade e mais especificamente na parte onde há a necessidade de mostrar ao aluno, na prática, os resultados esperados na teoria, encontra um grande obstáculo quando essa prática necessita de um laboratório de eletricidade. O Quadro Didático AC está acondicionado em uma caixa tipo mala, fabricada em madeira (MDF), que contém todos os instrumentos e dispositivos utilizados para seu funcionamento, como mostrado na Figura 03.

A Figura 05 mostra algumas das diversas interações possíveis de serem realizadas na aula prática. Os pinos (Figura 03 - item 4) fornecem a energia necessária para realização das ligações. A energia é fornecida a esses pinos através da chave 'lida-desliga' (Figura 03 - item 2). A lâmpada piloto (Figura 03 - item 3) indica que o quadro está ligado. Quando o botão de segurança (Figura 03 - item 1) é apertado, as lâmpadas da rede de energia (figura 03 - item 5) ficam acessas, indicando que há cinco pontos de energia disponíveis para serem utilizados nas ligações através da rede de energia (Figura 03 - item 4). Nesses pinos são plugados cabos que são conectados aos pinos para ligações (Figura 03 - item 7) permitindo aos alunos realizarem vários tipos de ligações em série ou em paralelo. As lâmpadas situadas acima dos pinos de ligação (Figura 03 - item 9) mostram o resultado das ligações. O multímetro (Figura 03 - item 10) indica os valores resultantes de cada ligação efetuada pelo aluno. O dispositivo com um sensor fotoelétrico (Figura 03 item 6) é acionado quando a luz do ambiente é reduzida. Na parte inferior desse dispositivo e das lâmpadas existem plugs (Figura 03 - item 14) que permitem a medição da voltagem que alimenta o dispositivo e as lâmpadas, e que pode ser lida no multímetro.

Uma informação importante que é passada para o aluno através desse experimento é que, mesmo estando a lâmpada com o sensor fotoelétrico apagada ou acesa, o multímetro marca sempre o mesmo valor (no caso da sala de aula aproximadamente 120V). Esse resultado mostra ao aluno que o que faz a lâmpada do dispositivo com sensor fotoelétrico acender é a luminosidade incidente, fato que pode ser comparado à nossa iluminação pública, onde as lâmpadas dos postes de iluminação permanecem apagadas durante o dia e acesas durante a noite, independentemente da energia que está presente durante todo o período. A lâmpada de resistência variável (Figura 03 - item 11) é acionada por um 'Dimmer' que regula a entrada da voltagem (Figura 03 - item 13). Também nesse dispositivo o aluno pode fazer a medição através do multímetro citado anteriormente. A Figura 04 mostra o compartimento onde é possível guardar os componentes utilizados no quadro como os cabos para ligações.

## Conclusão

Os resultados que estamos obtendo comprovam que uma aula ou palestra que contem a parte prática para comprovar o que foi apresentado na parte teórica se torna muito mais atrativa, interessante, agradável e lúdica aos ouvintes. Assim, os aprendizes deixam de ser meros espectadores para serem parte efetiva e dinâmica do evento, e realmente passam a fazer parte deste. Com isso, os alunos sentem maior facilidade no aprendizado e conseguem interagir melhor com o conteúdo

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abordado, tornando-se mais próximos da Física e quebrando o estigma de que é uma disciplina de difícil entendimento. Os alunos bolsistas do PET, ao trabalharem com a inovação e criação desses métodos e produtos de ensino, aprendem a trabalhar individualmente e em equipe, a gerir melhor seu tempo, a se inserir no meio acadêmico como profissionais, e se tornam mais preparados para enfrentar o mercado de trabalho. O grupo PET - Física e o IF SUDESTE MG - JF ganham novos produtos e métodos para a realização das aulas e projetos de extensão, assim os nomes do grupo e do Instituto se destacam nos inúmeros eventos em que participam e conseguem parcerias com outras Instituições de Ensino e grupos de pesquisa, podendo desse modo incrementar seus projetos. Dessa forma, há uma melhoria na qualidade da educação, gerando benefícios para a sociedade brasileira como um todo.

## Referências Bibliográficas

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CED/UFSC - Centro de Ciências da Educação/Universidade Federal de Santa Catarina. Das lâmpadas incandescentes às lâmpadas fluorescentes . Disponível em: &lt;http://www.ced.ufsc.br/men5185/trabalhos/63\_lampadas/index.htm&gt;. Acesso em: 20 out. 2012.

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WIKIPEDIA, The Free Encyclopedia. Centennial Light . Disponível em: &lt; http://en.wikipedia.org/wiki/Centennial\_Light&gt;. Acesso em: 20 out. 2012.

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