UTILIZAÇÃO DE VENTOINHAS PARA O ENSINO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS: UMA SUBSTITUTA PARA AS LÂMPADAS INCANDESCENTES?

## UTILIZAÇÃO DE VENTOINHAS PARA O ENSINO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS: UMA SUBSTITUTA PARA AS LÂMPADAS INCANDESCENTES?

Rafael F. Gigante , Lesley Cristina Gonçalves Damaceno ,Gláucia G. G. Costa , 1 2 3 Tomaz Catunda 4

1 IFSC/USP, rafaelgigante7@usp.br

2 IFSC/USP, lesley.damaceno@usp.br

3 IFSC/USP, gggcosta@ifsc.usp.br

4 IFSC/USP, tomaz@ifsc.usp.br

Palavras-chave : Ventoinhas; Circuitos Elétricos; Demonstrações Investigativas.

A aprendizagem ativa em física promove um aumento da compreensão dos estudantes sobre os conceitos básicos de física (SOKOLOFF, 2019). No estudo investigativo de Circuitos Elétricos as aulas práticas são direcionadas à oportunidade de os alunos construírem seus conhecimentos através de um ciclo de aprendizagem onde são instigados a fazer predições e observações. Desta forma, o trabalho no laboratório se concentra na possibilidade de os alunos aprenderem conceitos básicos, testarem e confrontarem suas concepções alternativas e trabalharem em equipe (COSTA et al, 2011; COSTA et al, 2019).

Para que as práticas laboratoriais se tornem mais investigativas (McDERMOTT, 1991), muitos experimentos qualitativos em circuitos simples têm sido feitos usando o brilho de lâmpadas incandescentes como indicador da magnitude da corrente elétrica no circuito (EVANS, 1978). Entretanto, estas não estão mais sendo fabricadas e suas substituições se fazem necessárias. Dado esse contexto e as novas pesquisas na área (EKEY et al, 2017; SILAR et al, 2020), buscamos explorar a possibilidade de substituí-las por ventoinhas, utilizadas normalmente na refrigeração de componentes eletrônicos. Nessa nova situação, a rotação da ventoinha será um indicativo da magnitude da corrente elétrica que atravessa a ventoinha.

Um recurso didático muito poderoso das ventoinhas é a percepção multissensorial que elas possibilitam, ou seja, o aluno pode tanto observar a sua rotação como sentir o fluxo de ar ou ouvir o ruído emitido como forma de estimar a magnitude da corrente. Para melhor visualização, recomenda-se colar um adesivo em uma das pás ou a adição de um pedaço de papel na borda para aumentar o ruído (Figura 01(a)).

Antes da realização dos experimentos didáticos é necessário caracterizar o comportamento das ventoinhas em função da tensão aplicada, pois assim podemos escolher as que mais se assemelham e melhor se adequam aos nossos fins didáticos, tendo em vista que na prática nunca teremos ventoinhas idênticas, mesmo dentre aquelas de mesmo modelo. Para isso, designamos dois experimentos com as ventoinhas, sendo um para verificar o comportamento de sua corrente em função da tensão e o outro para verificar o comportamento de sua frequência de rotação em função da tensão.

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8 a 10 de novembro de 2023 - SNEF em Rede: Laços e Nós do Ensino de Física

Figura 01: a) Ventoinha com adesivo na pá e papel na borda b) Gráfico da corrente i(mA) versus a tens V(V) em preto e da frequência f(Hz) versus a tensão V(V) em vermelho.

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No primeiro experimento, ligamos a ventoinha a uma fonte de tensão DC e medimos os valores de corrente para diferentes tensões. No segundo experimento, montamos um sistema onde posicionamos a ventoinha entre um laser e um fotodiodo de modo que suas pás bloqueassem a passagem do laser, então com um osciloscópio determinamos sua frequência de rotação para diferentes valores de tensão. Os resultados podem ser observados na Figura 01(b), na qual vemos um comportamento linear para a corrente e a frequência em função da tensão, isso quando estamos acima da tensão mínima requerida para que ela comece sua rotação. Utilizando a lei de Ohm, determinamos a resistência efetiva de cada ventoinha e para a realização dos experimentos didáticos escolhemos um grupo com a resistência semelhante entre si e que tivessem as mesmas características físicas, como tamanho e número de pás.

Figura 02: Esquema dos circuitos propostos: (a) Circuito simples e em série; (b) Circuito paralelo; (c) Circuito misto; (d) Circuito com resistência externa; (e) Circuito com LDR e (f) Circuito RC

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Para a realização de um estudo investigativo sobre circuitos elétricos propomos os circuitos mostrados na Figura 02 (a-f). No circuito (a), inicialmente os estudantes devem verificar a dependência da frequência de rotação de A com a corrente no circuito, então ao fecharem a chave devem observar B e C (Circuito série) girarem com velocidade semelhante e menor do que A . No circuito (b), devem observar D e E (Circuito Paralelo) girarem com mesma velocidade e maior do que B e C do circuito anterior. Com esses circuitos os estudantes adquirem uma melhor percepção do fluxo de corrente no circuito e do funcionamento da fonte de tensão.

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No circuito (c) temos um circuito misto, uma combinação de circuito série e paralelo, assim os estudantes podem se familiarizar e entender o funcionamento de configurações mais complexas. O objetivo do circuito (d) é observar como a conexão de resistências externas afeta a velocidade de rotação das ventoinhas, onde R é fixo e Rx é variável. Pode-se também utilizar as ventoinhas para ilustrar o comportamento de outros componentes eletrônicos, no caso propomos o LDR no circuito (e) e o capacitor no circuito (f). Para o LDR, deve ser observada a dependência de sua resistência com a luz incidindo sobre ele. Para o capacitor, devemos observar o seu processo de carga e descarga.

Concluímos que as ventoinhas são menos versáteis que as lâmpadas, pois há certa dificuldade em obter modelos que apresentem um comportamento semelhante e devido a sua polaridade, que mesmo quando invertida conduz corrente sem iniciar rotação, o que limita o seu uso em alguns tipos de circuitos. Entretanto, com a escolha das ventoinhas certas, pode-se utilizá-las para a realização de demonstrações tanto qualitativas quanto quantitativas. Com isso, seu uso pode ser direcionado para demonstrar os conceitos principais de Circuitos Elétricos, tal qual como com as lâmpadas. Além disso, é possível o aprendizado multissensorial através das ventoinhas, pois a vibração e o fluxo de ar produzido por elas podem ser facilmente percebidos através da audição e do tato. Dessa forma, o estudante além de observar a rotação, pode ouvir e sentir qual ventoinha está girando mais rápido. Tal resultado pode abrir espaço para novos estudos sobre estratégias de ensino-aprendizagem da Física para alunos com necessidades especiais.

## Referências

COSTA,G.G.G. et al. Demonstrações Investigativas sobre circuitos elétricos, Física na Escola 17(2),14 (2019) Disponível em:

&lt;http://www1.fisica.org.br/fne/phocadownload/Vol17-Num2/190303.pdf.&gt; Acesso em: 16 abr. 2023.

COSTA,G.G.G., PIETRONERO R.C. e CATUNDA, T. Experimentos Investigativos com Capacitores. In: XIX Simpósio Nacional de Ensino de Física (Manaus, AM, 2011) Disponível em:

&lt;http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xix/sys/resumos/T0052-1.pdf &gt;. Acesso em: 16 abr. 2023.

EKEY, R., et al. A Fan-tastic Alternative to Bulbs: Learning Circuits with Fans Phys. Teach , 55(1), 13(2017); doi.org/10.1119/1.4972490.

EVANS, J. Teaching electricity with batteries and bulbs Phys. Teach. 16 (1), 15 (1978).

McDERMOTT, L.C. Millikan Lecture 1990: what we teach and what is learned-closing the gap. American Journal of Physics , v. 59, p. 301-315, 1991.

SILAR, R. et al. A FAN-C Exploration of RC Circuits. Phys. Teach . 58(8), 552 (2020); doi.org/10.1119/10.0002375

SOKOLOFF, D. et al. Aprendizagem ativa . Disponível em &lt;http://www.gradadm.ifsc.usp.br/dados/20112/SLC0596-1/ Active%20Learning%20Sokoloff.pdf&gt;. Acesso em: 10 de junho de 2019.

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