EFEITO JOULE, A FÍSICA POR TRÁS DOS APARELHOS TÉRMICOS

## EFEITO JOULE, A FÍSICA POR TRÁS DOS APARELHOS TÉRMICOS

## Elisa Helena Gomes Soares 1 , Luiz Antonio M. Meireles. , José Augusto P. 2 Lima 3 , Roberto T. Faria Jr . 4

- 2 Universidade Estadual Do Norte Fluminense Darcy Ribeiro/CCT/LCFIS/oficelet@uenf.br
- 3 Universidade Estadual Do Norte Fluminense Darcy Ribeiro/CCT/LCFIS/jplima@uenf.br
- 4 Universidade Estadual Do Norte Fluminense Darcy Ribeiro/CCT/LCFIS/rfaria@uenf.br

Palavras-chave : Ensino de Física; Chuveiro elétrico; Efeito Joule.

## Resumo expandido

Despertar a curiosidade do estudante em entender a Física, parece não ser trivial. Para tentar diminuir o estigma de que a Física é algo complexo e distante da realidade e com o objetivo de estimular a curiosidade do estudante em entender a Física, foi elaborado um projeto de extensão denominado Física Interativa Do cotidiano, onde são realizados diversos trabalhos contemplando a Física do dia-dia.

A ideia original era que esses trabalhos pudessem ser levados de forma presencial à comunidade como um todo, porém, devida a atual situação de pandemia, foram elaborados vídeos de divulgação com o objetivo de se cumprir o propósito de levar o conhecimento de maneira a interagir com o cotidiano das pessoas gerando um sentimento de intimidade. O distanciamento com que o conteúdo é passado é um dos fatores que influenciam diretamente na dificuldade do Ensino de Física.

Seguindo esse contexto Oliveira (2006) comenta que:

'Inúmeros alunos não gostam e não têm motivação em aprender Física por não a entenderem, uma vez que são levados a decorar fórmulas e resolver repetidas vezes problemas que não lhes fazem o menor sentido [...] a maneira como a Física é trabalhada está muito distante dos interesses e do dia-a-dia do aluno'.

Com o objetivo de tornar lúdico o Ensino de Física na educação básica, o projeto Física Interativa do Cotidiano utiliza o chuveiro elétrico para explicar os conceitos de eletricidade e, principalmente, o Efeito Joule. Apesar do frequente uso do chuveiro elétrico nas residências, a Física por trás do seu funcionamento não é percebida. O Efeito Joule é o principal fenômeno responsável pelo aquecimento da água. E reproduzindo esse efeito, foram elaborados dois experimentos.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

No primeiro experimento, conforme mostram as figuras 01 e 02, um resistor de níquel cromo é conectado a fios por meio de garras jacaré nas extremidades e, posteriormente, é colocado em um recipiente preenchido por água, este recipiente possui um termômetro acoplado para medir a variação de temperatura, logo após o resistor ser inserido no recipiente o mesmo é conectado a rede elétrica de 127 V. Passados alguns segundos, pode-se observar o aparecimento de bolhas de fervura, variação da temperatura no termômetro e formação de vapor de água.

Figura 02: Resistor energizado aquecendo

<!-- image -->

Figura 01: Sistema sem o resistor

<!-- image -->

No segundo experimento um resistor de níquel cromo contendo uma porção pequena de algodão encostada a ele, é conectado a fios por meio de quatro parafusos presos a uma base, posteriormente, os fios são conectados a uma fonte de energia elétrica de 12 V . Passados alguns segundos, pode-se perceber o aumento da temperatura através da combustão do algodão que resultou no aparecimento de chama. As figuras 03 e 04 mostram este experimento.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 04: Resistor energizado, algodão em combustão.

<!-- image -->

Figura 03: Resistor envolto com algodão

<!-- image -->

Os resultados dos experimentos demonstram que a corrente elétrica ao passar pelo resistor converte energia elétrica em energia térmica fazendo com que o resistor se aqueça. Esse aquecimento é responsável pelo aumento da temperatura, visível pelo termômetro (figura 02) e pela queima do algodão (figura 04). Nos chuveiros elétricos a liberação desse calor resulta no aquecimento da água.

A partir desses experimentos, o equacionamento do Efeito Joule pode ser passado ao estudante de maneira mais natural e clara, devido ao efeito visual apresentado por vídeo ou 'in loco'.

Esse efeito pode ser quantificado pela equação 5 obtida através do desenvolvimento equacional abaixo:

<!-- formula-not-decoded -->

Onde P corresponde a potência dissipada, v é a tensão elétrica e i a corrente elétrica.

Partindo da lei de Ohm, v é definida como

<!-- formula-not-decoded -->

Substituindo a equação 2 na equação 1, tem-se que

<!-- formula-not-decoded -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Na Física a potência em geral é encontrada pela utilização de uma fórmula que relaciona a quantidade de energia com a variação de tempo, isto é

<!-- formula-not-decoded -->

Substituindo a equação 4 na equação 3 chega-se então ao resultado de que quando uma corrente elétrica percorre um condutor, o calor produzido (Q) em um determinado tempo ( ) é proporcional ao produto da resistência (R) pelo quadrado da intensidade elétrica (i).

<!-- formula-not-decoded -->

A equação 5 mostra o calor gerado por uma corrente que passa pelo resistor em um determinado tempo. Este fenômeno é explicado pelo efeito Joule.

Em um contexto geral a Física está presente no cotidiano, demonstrar para os alunos que a Física faz parte da vida e que os mesmos convivem e interagem com inúmeros fenômenos físicos no dia-a-dia, desmistifica o preconceito de que a Física é algo complexo e distante da realidade.

Como KUPFER(1995) relata:

'O processo de aprendizagem depende da razão que motiva a busca de conhecimento', ressaltando o porquê da sua importância. Os alunos precisam ser provocados, para que sintam a necessidade de aprender'

Devido à pandemia de Covid-19, a metodologia adotada consiste em elaborar um vídeo, apresentando o chuveiro elétrico em funcionamento no banheiro da casa. Em seguida, inicia-se a parte pedagógica, apresentando a parte histórica, detalhando a teoria física e demonstrando o funcionamento por meio dos experimentos, o equacionamento e ao final realiza-se a resolução de um exercício proposto.

- O impacto causado na aprendizagem dos estudantes pode ser medido através dos comentários críticos realizados no canal institucional onde serão postados os trabalhos.

Pretende-se, deste modo, apresentar de forma contextual e lúdica o ensino da Física e desmistificar os preconceitos de dificuldade impostos durante o processo de aprendizagem.

## Referências

OLIVEIRA L. D. de. Aprendendo Física com o Homem-Aranha: utilizando cenas do filme para discutir conceitos de Física no Ensino Médio. Física na escola , v. 7, n. 2, 2006.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

KUPFER, Maria Cristina. Freud e a Educação - O mestre do impossível. São Paulo: Scipione, 1995