PIBID/UFRJ DA FÍSICA EM SALA DE AULA: ATIVIDADE DE HISTÓRIA DO ELETROMAGNETISMO

## PIBID/UFRJ DA FÍSICA EM SALA DE AULA: ATIVIDADE DE HISTÓRIA DO ELETROMAGNETISMO *

Tarcisio Lima da Cruz¹, Almir Guedes dos Santos , João José Fernandes de 2 Sousa 3 , Vitorvani Soares 4

1 UFRJ/Instituto de Física, tarcisiolcruz@hotmail.com

2 IFRJ/Campus Nilópolis, SEEDUC-RJ/CE Mal João Baptista de Mattos e UFRJ/Instituto de Física, almirgds\_if@yahoo.com.br

3 UFRJ/Instituto de Física, jjose@if.ufrj.br

4 UFRJ/Instituto de Física, vsoares@if.ufrj.br

## Resumo

O trabalho descreve uma atividade sobre a História do eletromagnetismo desenvolvida em turmas de 3ª série do Ensino Médio no horário regular de aula por membros do subprojeto Física do PIBID/UFRJ que atuam no Colégio Estadual Marechal João Baptista de Mattos, incluindo o professor de Física das turmas e monitores licenciandos em Física do referido projeto de iniciação à docência. Esta atividade antecedeu as aulas expositivas sobre eletromagnetismo e requereu dos alunos conhecimentos básicos sobre eletrostática, eletrodinâmica e magnetismo e familiaridade com o experimento de Oersted. A atividade apresentou o eletromagnetismo e as descobertas e aspectos centrais da área, principalmente o fenômeno da indução eletromagnética, com um enfoque no Michael Faraday, e nas consequências para o desenvolvimento científico e tecnológico, como proposto pelos PCN+. Os recursos didáticos utilizados incluíram vídeos instrucionais e textos introdutórios e complementares, além de questionário de apoio. Este material didático gerou resultados satisfatórios educacionalmente, no sentido de auxiliar na formação de cidadãos capazes de atuar no mundo contemporâneo, identificados pelo interesse e entendimento dos alunos acerca dos assuntos abordados durante a atividade e as aulas expositivas subsequentes, além do bom rendimento na prova bimestral.

Palavras-chave : História da Física, eletromagnetismo, material didático, vídeo instrucional, PIBID.

## Introdução

A atividade descrita procurou introduzir conceitos relativos ao Eletromagnetismo, a partir da perspectiva da História da Física. Foram utilizados vídeos e textos didáticos que apresentaram breve história de cientistas da época, o que se sabia sobre a natureza da eletricidade e do magnetismo, as grandes descobertas, a sua importância para o desenvolvimento tecnológico e suas consequências na atualidade. Os vídeos também demonstraram o primeiro motor elétrico criado por Faraday e o experimento que deu origem à Lei da Indução Eletromagnética, enfocando os princípios físicos que explicam os fenômenos envolvidos. Completou a atividade um questionário discursivo de apoio que visou sistematizar a compreensão dos alunos com relação aos referidos assuntos e avaliar a aprendizagem por parte de cada um deles. O enfoque, portanto, não se deu nos

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aspectos quantitativos dos conceitos físicos presentes. Ou seja, não envolve cálculos nem tomada de medidas experimentais.

O roteiro desta tarefa apresentado no Apêndice é a versão que foi desenvolvida e aplicada em turmas do 3 ano do ensino médio por membros do o subprojeto Física do PIBID/UFRJ que atuam no Colégio Estadual Marechal João Baptista de Mattos (SANTOS et al., 2013a e 2013b; e SOUSA et al., 2011 e 2013) e que foi aperfeiçoada, tendo em vista os resultados obtidos, que também serão explorados posteriormente neste trabalho.

De forma geral, a atividade buscou auxiliar na formação de cidadãos capazes de atuar no mundo contemporâneo e refletir sobre a sociedade tecnológica, em acordo com as diretrizes do PCN+ de Física (BRASIL, 2002).

## História do eletromagnetismo e vídeos didáticos

Muitos trabalhos explicitam a importância de se utilizar História da Física, tanto no sentido de buscar um interesse dos alunos pelo estudo da ciência como para a formação de um aluno mais crítico e menos dogmático, assim como discorre Westphal et al. (2005). Nesse mesmo trabalho, os autores defendem um ensino de Física que utiliza a História associada ao conhecimento científico, e não o substituindo, semelhante a como a atividade descrita foi planejada. Da mesma forma, Guerra et al. (2004), escreve sobre o papel da História da Física na formação dos 'alunos-cidadãos', conscientes de como o saber científico nem sempre se desenvolve crescente ou linearmente.

Esses dois trabalhos exemplificam o uso da História da Física com eletromagnetismo, mencionando cientistas como Davy (Química), Oersted e Faraday, essencialmente porque no início do século XIX houve grande desenvolvimento científico devido ao trabalho e à colaboração de inúmeros físicos e químicos sobre a influência de correntes filosóficas características da época, como trata a atividade aplicada.

Com relação aos vídeos, escolhidos como principal recurso didático nesta atividade, considerou-se que o aluno retém com mais facilidade a informação quando ela vem associada a estímulos visuais, e não tão facilmente quando requer apenas sua audição ou sua leitura, como apontado por Menezes et al. (2009).

## Descrição da atividade escolhida

No planejamento da tarefa, optou-se por vídeos didáticos para reproduzir os modelos experimentais e relatar a História da Física, como descrito na seção anterior. Os vídeos escolhidos se destacaram por tratarem de forma objetiva e profissional os temas tratadas pela atividade escolhida.

Para a elaboração dos textos complementares, os monitores pesquisaram em livros didáticos e na internet e dialogaram com o supervisor e os orientadores do projeto, a fim de explicar com clareza os principais aspectos físicos envolvidos na atividade ou enfatizar as informações essenciais expostas nos vídeos. Do mesmo modo foram formuladas as questões discursivas, para que a compreensão do aluno acerca dos assuntos tratados na atividade e sua avaliação por parte do professor fossem otimizadas.

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## Dinâmica da atividade em sala de aula

Esta atividade foi aplicada em três turmas da 3ª série do ensino médio da rede estadual no colégio Marechal João Baptista de Mattos, no subúrbio da cidade do Rio de Janeiro, no horário regular de aulas. Os alunos já dominavam noções básicas de eletrostática, eletrodinâmica e magnetismo, que foram apresentadas por meio de trabalhos também desenvolvidos pelo nosso subgrupo do PIBID atuante nesse colégio.

O roteiro da atividade, entregue aos alunos, apresenta um texto didático inicial e uma tabela a ser preenchida, de forma a assinalar as semelhanças e diferenças entre as características da eletricidade e do magnetismo, com o intuito de resgatar o conhecimento sobre os assuntos e salientar que são áreas distintas, mas possivelmente relacionadas, assim como foi percebido pelos cientistas pioneiros no estudo do eletromagnetismo. O roteiro também propõe uma questão relacionada à possibilidade de um relâmpago gerar um campo magnético nas suas proximidades, que traz à tona discussões relacionadas ao experimento de Oersted e comprova que as duas áreas (eletricidade e magnetismo) estão, de fato, interligadas. Há também, no roteiro, um texto de apoio que apresenta as diretrizes do pensamento filosófico que, na época, impulsionava as pesquisas científicas.

Em seguida, o primeiro vídeo, adaptado de 'A História da Eletricidade Episódio 2/3' produzido pelo canal inglês BBC, foi apresentado, como indicado no roteiro. Esse vídeo é longo (10 minutos) e central na atividade, e coube ao professor realizar comentários de reforço e/ou explicação, conforme julgou pertinente, e discuti-lo com os alunos a partir das compreensões construídas por eles. No documentário é abordada não somente a trajetória profissional de Michael Faraday, até sua inserção e maior atuação na Física, mas também a situação do conhecimento científico da época e como o contexto social demandou e impulsionou um desenvolvimento conceitual da Física e da tecnologia, como, por exemplo, o fornecimento de energia elétrica em larga escala e a comunicação rápida a grandes distâncias.

Após a exibição desse vídeo, o roteiro apresenta duas perguntas que propõem uma reflexão sobre o que foi assistido: uma, sobre o funcionamento do motor elétrico criado por Faraday; e outra, acerca do que se entende por indução eletromagnética. Nesse momento, os monitores e o professor auxiliaram os alunos na discussão e no resgate de algum trecho específico do vídeo.

Em sequência, a partir da última questão citada, o roteiro define o fenômeno da indução eletromagnética. Para isso, optou-se por um segundo vídeo didático denominado 'Lei da indução de Faraday' de Eloir Carli (2013), que reproduz o experimento de Faraday. O roteiro contém, finalmente, um texto didático, com uma ilustração auxiliar, que define fluxo magnético e caracteriza a indução eletromagnética como a variação desse fluxo magnético atuando sobre um circuito, dando origem à corrente elétrica através dele. Duas questões complementam o texto didático, para discutir o conceito de fluxo magnético e a relação entre a variação de fluxo magnético com a indução de corrente elétrica num circuito.

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## Discussões e resultados

Durante a realização da tarefa, foi observado o interesse dos alunos pela atividade, principalmente com relação às demonstrações experimentais, a narrativa histórica e a abordagem por vídeo. Eles demonstraram, também, através de suas respostas nas perguntas discursivas (Figura 01), entendimento acerca dos conceitos e fenômenos explorados, o que sugeriu o vídeo didático como um material satisfatório educacionalmente para o ensino de História da Física, assim como os textos didáticos elaborados para complementar a abordagem adotada.

Figura 01 : Resposta da aluna M. à questão 5 do roteiro da atividade.

Além disso, como os monitores auxiliam os alunos na resolução das tarefas, a cada aplicação em sala de aula o roteiro é gradativamente aperfeiçoado pela equipe, tendo como base a compreensão e as dificuldades dos estudantes sobre os assuntos tratados e o aprimoramento dos processos necessários durante a realização da atividade. Portanto, nessa dinâmica, os envolvidos no planejamento da tarefa também aperfeiçoam a sua prática docente.

## Conclusões

Os resultados sugerem que a atividade alcançou seus objetivos educacionais, apresentando ao aluno os conceitos do eletromagnetismo e explicitando os processos histórico-científicos pertinentes ao tema. Identificou-se, também, um valor instrucional maior do que o de uma simples aula expositiva, devido ao fato de os alunos serem estimulados durante a tarefa a registrar suas próprias observações sobre o tema a partir dos vídeos e textos didáticos e, logo em seguida, poder discutir com os colegas e contar com o auxílio dos monitores e professor.

Essa abordagem tem permitido, no trabalho em sala de aula, mapear as dificuldades conceituais reveladas pelos alunos antes da aula expositiva e da prova bimestral. Dessa maneira, o aluno pode aprimorar a sua compreensão dos conceitos físicos e reforçar a sua percepção de como o conhecimento científico tem importância no desenvolvimento tecnológico da nossa sociedade. O aluno pode perceber como a tecnologia evoluiu (e ainda evolui) gradativamente, conforme cada indivíduo contribui com uma descoberta ou uma nova maneira de pensar, e, ainda, como esse conhecimento é mutável. Esperamos que o método discutido nesse trabalho contribua para a formação dos discentes como cidadãos aptos a participar da sociedade contemporânea, entendendo melhor seus aspectos científicos e tecnológicos.

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## Referências

BBC. A História da Eletricidade - Episódio 2/3 (Documentário - 2011). Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=t7wFinJiJ-A. Acesso em: 08/07/2013.

BRASIL. Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais : Ensino Médio - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias . Secretaria de Educação Básica: Ministério da Educação, 2002.

CARLI, E.. Lei da indução de Faraday . Disponível em:

http://www.youtube.com/watch?v=kPG5oYUnP5c. Acesso em: 08/07/2013.

GUALTER, NEWTON e HELOU. Tópicos de Física v.3. São Paulo: Saraiva, 2001

GUERRA, A., REIS, J.C., BRAGA, M. Uma Abordagem Histórico-Filosófica para o Eletromagnetismo no Ensino Médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física . Florianópolis: UFSC, v.2, p. 224-248, ago. 2004.

MENEZES, A.P.S., KALHIL, J.B., TERAN, A.F., MENEZES, F.F. A História da Física contada em vídeos de curta duração : TIC como organizador prévio no Ensino de Física na Amazônia. Revista Ibero-Americana de Educação. Madri: OEI, v.50, n.6, out. 2009.

PIETROCOLA, M., POGIBIN, A., ANDRADE, R. e ROMERO, T. R. Física em Contextos Pessoal, Social e Histórico v.3. São Paulo: FTD, 2010.

SANTOS, A., SOUSA, J., VIANNA, D., MOREIRA, L. Atividades Experimentais na Formação dos Licenciandos em Física Pelo PIBID/UFRJ . Trabalho apresentado ao XX Simpósio Nacional de Ensino de Física, São Paulo, 2013a.

SANTOS, A.G., SOUSA, J.J.S., VIANNA, D.M., MOREIRA, L.M., JESUS, L.R., ALVES, V.A., SILVA, J.C.G. Formação de Professores de Física pelo PIBID/UFRJ e sua Atuação em uma Escola Pública Estadual. Trabalho apresentado à XI Conferência Interamericana sobre Enseñanza de la Física, Equador, 2013b.

SOUSA, J., VIANNA, D. e MOREIRA, L. O Subprojeto Física do PIBID/UFRJ: A Atuação em Sala de Aula . Trabalho apresentado ao XX Simpósio Nacional de Ensino de Física, São Paulo, 2013.

SOUSA, J.J.F., VIANNA, D.M., MOREIRA, L.F., BARROS, S.S., SANTOS, A.G., DIAS, M.A. e CHAGAS, S.M.A. O Licenciando em Física e a Escola Básica no contexto do PIBID/CAPES em execução na UFRJ . Trabalho apresentado ao XIX Simpósio Nacional de Ensino de Física, Manaus, 2011.

WESTPHAL, M., PINHEIRO, T.C., PINHEIRO, T.F. A História e a Filosofia no Ensino de Ciências à Luz das Idéias de Mario Bunge: O Exemplo do Eletromagnetismo . Trabalho apresentado ao XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física, Rio de Janeiro, 2005.

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## Apêndice - Roteiro experimental sobre História do Eletromagnetismo

Colégio

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° ano do Ensino Médio

Data:\_\_/\_\_/\_\_\_\_. Professor(a):\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_. Disciplina: Física. Turma:\_\_\_\_\_

Aluno(a)(s):\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_Nº: \_\_\_\_\_

Autores: CRUZ, T.L.; SANTOS, A.G.; SOUSA, J.J.F. ; RODRIGUES, D.F.; SILVA, J.C.G.; JESUS, L.R.; CORREIA, F.M.; ARAÚJO, D.H.S.; e VALANI, L.M. Apoio: Subprojeto Física do PIBID/CAPES/UFRJ. Agradecimentos: CAPES (MEC), Instituto de Física (UFRJ) e Colégio Estadual Marechal João Baptista de Mattos (SEEDUC-RJ) (atividade aplicada nesta escola em turmas da 3 série do ensino médio em 2013). a

## Atividade sobre História do Eletromagnetismo ( \_\_ º Bimestre)

- ¾ Vídeos: I - 'A História da Eletricidade - Episódio 2/3'; e II - 'Lei da indução de Faraday'.
- · Responda as questões 1 e 2 antes de assistir os vídeos :

Um ponto importante que não deve ter passado despercebido nas aulas de Física envolve certas analogias (similaridades) entre eletrostática e eletrodinâmica (comumente chamada de 'eletricidade') e no magnetismo. Apontamos anteriormente relações entre estas áreas, de modo que agora podemos reanalisar abaixo algumas delas, tendo em vista os novos conceitos abordados nas aulas:

- 1. Assinale (com um 'X') no quadro a seguir quais propriedades pertencem à eletricidade e/ou ao magnetismo:

A semelhança entre eletricidade e magnetismo também não passou despercebida por alguns cientistas dos séculos XVIII e XIX, tendo vários deles buscado uma conexão entre essas duas áreas da Física. Benjamin Franklin (1706-1790), por exemplo, chegou a estudar relatos que indicavam que faíscas e raios durante tempestades podem modificar a orientação de agulhas magnéticas de bússolas e que objetos metálicos, como facas, podiam se tornar magnéticos. Enquanto outros pesquisadores acreditavam ter produzido ímãs descarregando garrafas de Leyden (capacitores) em agulhas de aço. Apesar de nenhum desses fatos terem

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tido ampla aceitação na época, eles fornecem indícios de que poderia haver uma relação (ou 'conexão') entre eletricidade e magnetismo.

- 2. Poderiam faíscas e raios, durante tempestades, modificar o alinhamento de agulhas magnéticas de bússolas? Explique.\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

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## · Após ler o texto abaixo e assistir o vídeo I- 'A História da Eletricidade - Episódio 2/3' (de 1:30 até 9:35 ; e de 11:10 até 15:40) sobre o surgimento do eletromagnetismo, responda as questões 3 e 4.

Essa expectativa de união entre as duas áreas, eletricidade e magnetismo, vinha de um movimento filosófico do início do século XIX que pregava uma concepção de mundo unificada. Autores como Friedrich von Schelling e Georg Wilhelm Friedrich Hegel acreditavam que todos os fenômenos da natureza eram apenas manifestações da uma única força. Essa tendência levava tais filósofos a pregarem que relações mais próximas deveriam ser buscadas entre as grandes áreas da ciência.

Se a corrente elétrica pode gerar efeitos magnéticos, o que acontece com o fenômeno inverso? Será que o campo magnético pode gerar uma corrente elétrica em um fio?

A descoberta do fenômeno da indução eletromagnética foi um dos fatos de maior impacto na história recente da humanidade, porque está na origem de grande parte das aplicações tecnológicas da eletricidade, como a geração de energia elétrica em larga escala.

Em 1822, dois anos depois de o dinamarquês Hans Christian Oersted evidenciar a possibilidade de se poder gerar campo magnético a partir de corrente elétrica, o cientista inglês Michael Faraday (1791-1867) já manifestava em seus escritos a relação do magnetismo com a eletricidade. Após várias tentativas, no ano de 1831 Faraday alcançou seu objetivo: produzir corrente elétrica a partir do movimento de um eletroímã no interior de um solenoide.

- 3. O que você entende por 'indução eletromagnética'?\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

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- 4. Descreva como funcionava o primeiro motor elétrico, criado por Faraday, que convertia corrente elétrica em movimento contínuo. \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

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- · Após ler o texto abaixo e assistir o vídeo II - 'Lei da indução de Faraday' (até 1:40) sobre o experimento de Faraday, responda as questões 5 e 6.

Para estudar a indução eletromagnética, é necessário definir uma grandeza denominada fluxo magnético . Michael Faraday sugeriu associar o fluxo magnético à quantidade de linhas de indução magnética que atravessa certa superfície. Dessa forma, podemos notar que o fluxo magnético é diretamente proporcional à intensidade do campo magnético através da referida superfície.

Podemos também associar a intensidade do campo magnético de um ímã, por exemplo, à distância entre as linhas de indução do seu campo magnético, ou seja, quanto mais próximas estiverem entre si (próximas do ímã), mais intenso é o campo magnético do ímã, ao passo que se estiverem mais afastadas entre si (distantes do ímã), mais fraco é o seu campo magnético.

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Veja na figura a seguir um anel imerso no campo magnético de um ímã. Percebemos que quanto menor é a distância entre o anel e o imã, mais intenso é o campo magnético através do anel.

Figura: Linhas de indução magnética atravessando um anel (GUALTER et al., 2001, p. 362).

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Note que um movimento relativo de aproximação entre o anel e o ímã acarreta aumento da intensidade do campo magnético através do anel, aumentando, então, o fluxo magnético através dele. Entretanto, se houver movimento relativo de afastamento entre o anel e o ímã, a intensidade do campo magnético diminui, ocorrendo o mesmo com o fluxo magnético através do anel.

Observe que na aproximação mais linhas de indução magnética atravessam o anel e que no afastamento algumas linhas deixam de atravessá-lo.

Finalmente, imagine um contorno fechado imerso num campo magnético e que tal contorno seja condutor elétrico, como uma bobina, por exemplo. Sempre que houver variação do fluxo magnético através desse contorno, surgirá nele uma corrente elétrica.

- 5. O que observamos no amperímetro quando o ímã se aproxima ou se afasta da bobina? Explique. \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

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- 6. O que ocorre quando o imã está em repouso dentro da bobina? Justifique. \_\_\_\_\_\_\_\_\_

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## ¾ Referências

- 9 GUALTER, NEWTON e HELOU. Tópicos de Física 3, São Paulo: Saraiva, 2001.
- 9 PIETROCOLA, M., POGIBIN, A., ANDRADE, R. e ROMERO, T. R. Física em Contextos Pessoal, Social e Histórico. Vol. 3, São Paulo: FTD, 2010.
- 9 CARLI, ELOIR. Lei da indução de Faraday. Intervalo (min:seg): até 1:40. Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=kPG5oYUnP5c. Acesso em: 08/07/2013.
- 9 A História da Eletricidade - Episódio 2/3 (Documentário - 2011). Intervalos (min:seg):
- de 1:30 até 9:35 ; e de 11:10 até 15:40. Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=t7wFinJiJ-A. Acesso em: 08/07/2013 .

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