EXPERIMENTOS A BAIXO CUSTO DE ELETROSTÁTICA COMO ALTERNATIVA PARA O ENSINO MÉDIO

## EXPERIMENTOS A BAIXO CUSTO DE ELETROSTÁTICA COMO ALTERNATIVA PARA O ENSINO MÉDIO

Henrique M. Juliatto 1 , Matheus A. Martins 2 , Matheus Kusman 3 , Fabiano Yokaichiya 4 , Margareth K.K.D. Franco 5

- 1 Universidade Federal do Paraná, henriquejuliatto@ufpr.br
- 2 Universidade Federal do Paraná, matheus.martins@ufpr.br
- 3 Universidade Federal do Paraná, matheus.kusman@ufpr.br
- 4 Universidade Federal do Paraná, fabiano.yokaichiya@gmail.com

5 Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, margareth\_franco@yahoo.com.br

Palavras-chave : Eletrostática; Ensino de Física; Experimentos Didáticos.

## Resumo expandido

No Brasil, a admissão dos alunos às Universidades é baseada em avaliações como o Vestibular e Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM), motivando a maioria dos professores do ensino médio a utilizarem uma abordagem teórica mais voltada à resolução de exercícios. No entanto, como prevê o Referencial Curricular do Ensino Médio, o ensino de Física deve ir além e buscar contextualizar os conteúdos através de uma linguagem acessível aos alunos. Segundo Andrade (2010) o conhecimento do professor deve contemplar uma metodologia com características de ensino mais experimental, a fim de alcançar uma melhor aprendizagem por parte dos alunos. Complementando esta perspectiva, Miranda (2019) aponta que o ensino de Física deve fazer uso de experimentos para mostrar ao aluno o processo de construção do conhecimento científico mais contextualizado, proporcionando o desenvolvimento de uma educação mais crítica.

Entretanto, a prática experimental encontra alguns obstáculos durante seu planejamento e aplicação, como a falta de equipamentos adequados ou verbas reduzidas para a realização dessas atividades. Nesse sentido, Leite (2015) afirma que o emprego de experimentos com materiais de baixo custo tem se mostrado altamente eficaz no contexto do ensino de física, devido a uma série de fatores que solucionam questões previamente destacadas, tais como a facilidade de manutenção, reposição rápida e simples manuseio, possibilitando que tanto professores quanto alunos possam executá-lo. Pensando no ensino de Física e sua relação com o componente curricular de eletromagnetismo, a utilização de experimentos de baixo custo é capaz de contornar questões que possam aparecer em algumas práticas, como a necessidade de um espaço físico adequado aos equipamentos. Esta utilização proporcionará uma alternativa para a abordagem de temáticas que se apresentam de maneira mais abstrata aos alunos.

Segundo as orientações da Base Nacional Comum Curricular (BNCC), o eixo conceitual do eletromagnetismo para o ensino médio é ramificado em três objetivos de conhecimento: (i) Campo Elétrico, (ii) Circuitos e Energia Elétrica e (iii)

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

Campo Magnético. Os objetivos de conhecimentos relacionados ao campo elétrico incluem a Eletrostática, definida como o ramo da Física que estuda o comportamento de cargas elétricas estacionárias, englobando conceitos como processos de eletrificação, lei de Coulomb, campo elétrico e diferenças de potencial elétrico.

Nesse sentido, o presente trabalho tem por finalidade apresentar equipamentos e experimentos de baixo custo que possam ser utilizados em sala de aula com fins didáticos no ensino de Física. Para contornar as dificuldades de acesso aos experimentos, os autores agruparam, do acervo disposto na internet , equipamentos de construção simples. Propõe-se neste estudo, melhorias de desempenho e/ou redução dos custos desses equipamentos, de modo que professores da rede básica de ensino possam construí-los, melhorando a qualidade do ensino de seus alunos.

Foram construídos quatro equipamentos (eletroscópio, eletróforo, garrafa de Leyden e gerador de Van de Graaff ), utilizando materiais simples do dia a dia, além de materiais de suporte necessários para a construção de qualquer aparato experimental (parafusos, pregos, furadeiras, etc).

O eletroscópio (Figura 1-a) foi construído utilizando uma garrafa PET de 600ml, um pedaço de 30 cm de fio de cobre rígido, alumínio de uma lata de refrigerante e feijão para servir de peso. O custo de produção final ficou em torno de R$15,00. O desempenho observado para o eletroscópio foi satisfatório, sendo possível observar a separação das folhas de papel alumínio ao aproximá-lo de algum objeto carregado eletricamente. Utilizou-se uma garrafa PET para reduzir os riscos de possíveis acidentes no manuseio e/ou transporte. Ao empregar uma fina chapa de alumínio como folhas no eletroscópio, facilita-se a sua montagem e melhora a visualização do efeito.

O eletróforo (Figura 1-b) foi construído utilizando uma fôrma de alumínio de aproximadamente 35 cm de diâmetro e 2 mm de espessura, um pedaço de cano PVC e uma chapa de PVC, com custo final de produção em torno de R$40,00. O equipamento apresenta muitas possibilidades de utilização, sendo capaz de acumular uma grande quantidade de carga por meio de indução elétrica com uma superfície isolante carregada. Por ser fácil de montar, torna-se uma boa alternativa para utilização como um gerador eletrostático. Alguns cuidados devem ser tomados, uma vez que, dependendo das condições climáticas, o equipamento pode acumular carga suficiente para gerar pequenas faíscas e causar leves choques.

A garrafa de Leyden (Figura 1-c) foi construída utilizando uma garrafa PET de 600 ml, um pedaço de aproximadamente 15 cm de arame de aço inox, uma bolinha de diâmetro 2 cm, papel alumínio, água e sal. O custo de produção foi de aproximadamente R$35,00. Ao aproximar um material condutor da bolinha localizada no topo do equipamento, foi possível acumular uma quantidade de cargas elétricas, observada pela produção de faíscas. Assim, demonstrou-se a existência da corrente elétrica e os princípios relacionados à descarga. A utilização do arame de inox, ao invés de cobre, como sugerido em alguns modelos online , é capaz de retardar o processo de oxidação do fio imerso em solução salubre, aumentando a vida útil do equipamento, reduzindo a necessidade de manutenção constante.

Por fim, o gerador de Van de Graaff (Figura 1-d) foi construído utilizando tubos de PVC, um domo metálico, meias de nylon, fita veda-rosca e um motor elétrico, com custo de produção final em torno de R$223,00, representando cerca de 6% do valor de alguns modelos encontrados na internet . O desempenho do

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equipamento foi satisfatório, sendo capaz de produzir um potencial elétrico de aproximadamente 21.000 V, com faíscas de 0,7-1,0 cm.

Figura 01: Foto dos equipamentos construídos. Da esquerda para a direita: (a) Eletroscópio, (b) Eletróforo, (c) Garrafa de Leyden , (d) Gerador Van der Graaff .

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Com a construção desses equipamentos, foi possível sinalizar possibilidades acessíveis de experimentos na área de eletrostática, com potenciais melhorias nos modelos disponíveis na internet , no que se refere ao custo e à montagem. Todos os equipamentos descritos demonstraram os fenômenos físicos relacionados a cada um.

Futuras melhorias são necessárias para o aprimoramento dos efeitos observados, quando comparados aos modelos existentes para ensino fabricados industrialmente. Conforme a otimização do processo de montagem, essa discrepância pode ser amenizada consideravelmente. Desta forma, professores da rede pública de ensino terão à sua disposição opções de experimentos de baixo custo para tornar as aulas de Física mais dinâmicas, potencializando assim o processo de ensino-aprendizagem.

## Referências

ANDRADE, J. A. N. Contribuições formativas do laboratório didático de física sob o enfoque das racionalidades. 2010. Dissertação de Mestrado . Universidade Estadual Paulista.

LEITE, F. B. R. Montagem do gerador de Van de Graaff para o uso em atividades experimentais no ensino de física. Trabalho de Conclusão de Curso . Universidade de Brasília 2015.

MIRANDA, T. A. Projeto de um gerador eletrostático de Van de Graaff e aplicações no ensino de eletrostática. 2019. Tese de Doutorado . Universidade Federal do Rio de Janeiro.

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