ELABORAÇÃO E APRIMORAMENTO DE UM GUIA EDUCACIONAL PARA O GERADOR DE VAN DE GRAAFF NO PÁTIO DA CIÊNCIA.

## ELABORAÇÃO E APRIMORAMENTO DE UM GUIA EDUCACIONAL PARA O GERADOR DE VAN DE GRAAFF NO PÁTIO DA CIÊNCIA

João Alberto M. Longo 1 , Henrique G. Arantes , Marcus S. Carrião 2 3

Pátio da Ciência, Instituto de Física, Universidade Federal de Goiás

1 ongo2@discente.ufg.b r l

2 henrique.gomes@discente.ufg.br

3 mscarriao@ufg.br

## Resumo

Este documento é o relatório do trabalho realizado no Pátio da ciência, projeto de extensão do Instituto de Física, que possui como foco a divulgação científica de modo informal para odos os níveis de ensino, por meio de experimentações. Após 10 anos de funcionamento, t existe a necessidade de manutenção constante de grande parte dos experimentos. Ademais, a ausência de um atálogo c de experimentos om c uas s nformações i didáticas/manutenção, dificulta o monitoramento e apresentação dos espectivos r experimentos. Neste cenário, a fundamentação deste trabalho é o conteúdo de eletrostática, ou seja, o estudo sobre o campo elétrico gerado por cargas elétricas em repouso e suas propriedades. Logo, o experimento do Gerador de Van de Graaff é a temática central deste abor, uma vez que o mesmo é imprescindível para o aprendizado da eletrostática, conteúdo l necessário em todas as áreas de ensino, visto que esse assunto é veementemente cobrado em vestibulares e na base nacional comum curricular (BNCC), sendo ressaltado como uma habilidade esperada de um egresso no ensino médio. Foi realizada uma vistoria e manutenção em um dos Geradores de Van de Graaff do pátio e assim foi obtido um gerador evisado e com melhor desempenho para as apresentações do Pátio da Ciência. Foi r perceptível que tanto a descarga, quanto a repulsão de cargas (Eletrização do cabelo de uma pessoa), ficaram mais evidentes após a manutenção. Assim a criação de um texto didático foi possível. Portanto, esse trabalho tem como objetivo apresentar um relatório acerca da manutenção do Gerador de Van De Graaff, assim como seu funcionamento.

PALAVRAS-CHAVE: Gerador de Van De Graaff, manutenção de experimento, material didático.

## ntrodução I

O Pátio da Ciência, localizado na Universidade Federal de Goiás (UFG), é um projeto de extensão do Instituto de Física (IF), com foco na disseminação de onhecimento científico em caráter não formal para estudantes de todos os níveis de c ensino. Dividido em cinco estandes, o Pátio é focado em experimentações, a fim de promover a divulgação científica, através de visitas programadas com monitores, de orma descontraída, em diversas áreas do ensino. No momento presente, o Pátio f possui diversos experimentos nas 5 áreas descritas, tal como a mola magnética, este de chama, escala planetária e o Gerador de Van De Graaff. Entretanto, após t 10 anos de funcionamento, há necessidade de manutenção constante de grande parte dos experimentos. Ademais, a ausência de um catálogo de experimentos com uas informações didáticas/manutenção, dificulta o monitoramento e apresentação s dos respectivos experimentos. Neste cenário, o foco deste trabalho é o conteúdo de eletrostática e o experimento do Gerador de Van De Graaff, uma vez que é mprescindível o aprendizado da eletrostática em todas as esferas de ensino. A i

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elevância desse tema é ressaltado como uma habilidade esperada de um egresso r no ensino médio pelo Ministério da Educação, ( BRASIL, 2024, p.555 : )

[...] " Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e eus s omponentes, c bobinas, ransformadores, t pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos [...]"

Logo, experimentos como o Gerador de Van De Graaff contribuem para o entendimento dos alunos sobre os conceitos físicos da eletrostática, tornando-os menos abstratos. Sobre o mesmo viés, a Organização das Nações Unidas (ONU) eva como um de seus objetivos na agenda de 2030 a educação de qualidade e l acessível a todos ( NAÇÕES UNIDAS, 2015 . Em outras palavras, o cumprimento da ) BNCC é fundamental para a implementação da agenda 2030.

## Objetivos

O objetivo deste trabalho é relatar a manutenção do Gerador de Van De Graaff no Pátio da Ciência e a sua aplicação sobre eletrostática, além da criação de uma sequência didática para sua apresentação. Desta forma, endossa-se o viés do projeto de extensão: A divulgação científica para todos os níveis de ensino, por meio de experimentações, em particular, o experimento do Gerador de Van de Graaff. Isso assegura o ensino de eletrostática para os alunos contemplados pela visitação do Pátio da Ciência.

## Metodologia

A eletrostática é o estudo sobre o campo elétrico gerado por cargas elétricas em repouso e suas propriedades. Nesse sentido, o uso da experimentação para ompreensão c de enômenos f ísicos, f nem empre s angíveis, t é de grande mportância, sobretudo no ensino fundamental e médio, como visto em ( i SÉRÉ, COELHO, NUNES, 2003 : )

Graças às atividades experimentais, o aluno é incitado a não permanecer no mundo dos " onceitos e no mundo das linguagens, tendo a oportunidade de relacionar esses dois mundos c om o mundo empírico" c

Seguindo essa tese, a ferramenta ideal para o ensino de eletrização por atrito é o Gerador de Van de Graaff (Figura 01). Sua importância como ferramenta didática no ensino de Física, upera s a mera materialização de conceitos físicos da eletricidade (como arga elétrica, condutividade, repulsão, entre outros), que c antes eram puramente abstratos.Além disso, é um objeto que desperta o nteresse i dos alunos pela Física, engaja-os e gera debates em sala de aula sobre o tema.

Desta forma, a criação de uma proposta didática oerente sobre o tema é fundamental para promover c uma aprendizagem ativa e ignificativa, s acilitando a f ompreensão dos conceitos e estimulando a curiosidade c ientífica dos alunos. c

Figura 01: Gerador de Van de graaff

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O funcionamento deste experimento baseia-se em um motor com ajuste de otação (RPM), que está conectado a duas polias, uma inferior e outra superior, por r meio de uma correia de borracha. Uma escova metálica, conectada à esfera metálica, é posicionada de modo a entrar em contato com a correia. Durante o uncionamento do motor, a polia inferior gira, movimentando a correia isolante. O f atrito entre a correia e o pente metálico inferior promove a separação de cargas, ransferindo cargas positivas para a correia. A correia eletrizada transporta essas t argas ao longo do sistema até a esfera metálica. c

Figura 02: Escova metálica

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Quando a correia atinge a polia superior, as cargas são transferidas para o pente metálico superior (coletor), (figura 02), que ioniza o ar próximo devido à alta ensão gerada pelo próprio sistema. Esse processo contínuo de transferência e t onização permite que a esfera metálica acumule carga positiva, gerando uma i diferença de potencial apaz c de provocar descargas elétricas. Entretanto, atualmente os geradores do Pátio da Ciência se encontram sem a manutenção adequada. Desta forma, foi realizada a leitura do manual de instruções de um dos geradores, ( AZEHEB 2018 , assim como a análise do processo de construção de um ) gerador similar, ( MORAIS 2015 . )

Portanto, foi constatado a necessidade da lavagem da correia de borracha e a aplicação de talco para evitar a concentração da umidade. A lubrificação dos eixos e a limpeza dos componentes do gerador foram realizadas sem produtos químicos, utilizando-se apenas um pano limpo e seco, além disso, foi realizado o ajuste dos parafusos das correias.

## Resultado da manutenção

Foi obtido um equipamento com melhor desempenho no armazenamento de argas c elétricas, onstatado c pela omparação c das eituras l obtidas em um eletroscópio (figura 03). Este equipamento identifica e mede cargas elétricas em um objeto, baseado no afastamento ou aproximação de uma agulha metálica em seu nterior. i

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Figura 03: Comparação entre a leitura feita pelo Eletroscópio antes da manutenção esquerda) e após manutenção (direita). (

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anto a descarga observada no gerador, quanto o experimento de repulsão T de cargas (Eletrização do cabelo de uma pessoa), ficaram mais evidentes após a manutenção. Além disso, oi f observado que a úpula c metálica ofreu s dois amassados, que deformam sua concavidade, não sendo possível desamassá-los. Ademais, como a troca das correias em um futuro próximo, será necessária, uma ez que a borracha está se degradando em função do tempo de uso. v

## Sequência didática

- ● empo previsto de apresentação (15 min): T
- · nício (5 min): Introdução à eletrostática I
- · Experimento Prático (5 min): Realização do experimento do Gerador de Van De Graaff. Explicar os conceitos de eletrostática e seus fenômenos
- · Discussão Final (5 min): Reflexão sobre a importância do experimento do Gerador de Van De Graaff na eletrostática.
- ● Contexto: Estudantes com conhecimentos prévios em ciências, a nível básico, requentando uma escola com laboratório de ciências (ou em visitação ao f Pátio da Ciência). Esse experimento serve como base ao aluno, descrevendo o funcionamento de conceitos sobre eletrostática.
- ● Objetivos:
- · Explicar alguns fenômenos de eletrostática com o Gerador de Van De Graaff.
- · Apresentação do experimento no pátio em o t objetivo de expor onceitos sobre eletricidade, c omo eletrização por c atrito, epulsão r eletrostática, indução eletrostática para facilitar a compreensão sobre esses conceitos, com uma linguagem não formal. Podendo também itar alguns exemplos, como raios e relâmpagos, choque ao levantar c do sofá, etc.

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- ● Procedimento de uso do gerador:
- 1. Ative o interruptor, ligando o motor e ajuste o RPM. A correia começará a se mover entre as polias.
- 2. Ajuste a escova metálica, gerando atrito. Após alguns segundos, será perceptível a ionização do ar próximo a cúpula (Ex: pelos do antebraço erão atraídos pela cúpula). s
- 3. A partir desse momento o gerador começa a acumular carga. Entre a ealização de experimentos, é necessário aguardar alguns instantes r para que a carga seja acumulada novamente.
- ● Demonstração: Descarga elétrica
- · Objetivo: Visualizar o fenômeno de descarga elétrica (faísca) entre a úpula do gerador e outro objeto condutor. c
- · Procedimento:
- ■ Ligue o gerador e aguarde o acúmulo de carga.
- ■ Aproxime um bastão metálico da cúpula carregada.
- ■ Quando a diferença de potencial entre a cúpula e o bastão for uficiente, s ocorrerá uma descarga elétrica faísca ( isível) v acompanhada de um som característico (Figura 04).

Figura 04: Resultado esperado.

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## Conclusão

O projeto de vistoria realizado alcançou seu principal objetivo, a manutenção do Gerador de Van de Graaff e criação de sua sequência didática. Assim, ficou evidente a necessidade da continuação do mesmo, dado que foi constatado a demanda de uma manutenção com maior frequência para diversos experimentos do Pátio da Ciência. Ressalta-se que este projeto para o Pátio da Ciência contribui para ua estruturação, visto que esse trabalho possibilitou a atualização do inventário e a s utura ampliação do seu acervo (com a manutenção de outros geradores que hoje se f encontram parados). Além disso, possibilita futuramente o treinamento para novos monitores (de manutenção e apresentação), do mesmo modo que permite que professores de física executem em sala de aula a proposta didática criada.

Como discentes do Instituto de Física da UFG e monitores do Pátio da Ciência, gostaríamos de salientar que a oportunidade de trabalhar e pesquisar sobre a eletrostática/Gerador de Van de Graaff serviu como incentivo para o estudo

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aprofundado da área, quiçá a elaboração de futuros trabalhos relacionados à emática. Assim, de natureza semelhante, esperamos atingir com esse trabalho t uturos leitores do mesmo. f

De forma geral, é evidente a necessidade da constância da manutenção do Gerador a fim de garantir a disponibilidade do equipamento, consequentemente o padrão da visitação aos estandes. De forma, permitindo o ensino de eletrostática por meio do uso do Gerador de Van de Graaff.

## Referências bibliográficas

- ● BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular: Educação Infantil e Ensino Fundamenta . Brasília: MEC, 2024. l
- ● NAÇÕES UNIDAS. Objetivos de Desenvolvimento Sustentável [S.l.: s.n.], . 2015. Disponível em: https://www.un.org/sustainabledevelopment/education/ .
- ● SÉRÉ, M. G; COELHO, S. M.; NUNES, A. D. O papel da experimentação no ensino da física. Caderno brasileiro de ensino de física v. 20, n. 1, p. , 30-42, 2003.
- ● AZEHEB.Laboratório de FÍSICA. Manual de Instruções e Guia de Experimentos - GERADOR DE VAN DE GRAAFF 2018. .
- ● MORAIS, I. N. Construção e aplicação do Gerador de Van der Graff de baixo custo nas aulas de Física no Ensino Médio com participação dos estudantes 2015. Projeto de Conclusão de Curso (Licenciatura em Física) -. Universidade Federal de Alfenas, Alfenas.
- ● FRANCO, D. L. A importância da sequência didática como metodologia no ensino da disciplina de física moderna no ensino médio. Revista triângulo v. , 1, n. 1, p. 151-162, 2018. 1

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