BOBINA DE TESLA COMO INSTRUMENTAÇÃO DE ENSINO DE FÍSICA

## BOBINA DE TESLA COMO INSTRUMENTAÇÃO DE ENSINO DE FÍSICA

Victor Roger Salles de Souza 1 , Bruce Willys da Silva Moreira 2 , Breno Lopes de Souza 3 , Bruna Nikolly Cruz da Silva 4 , Pedro Henrique Kerchiner Fialho Cardoso 5

1 Universidade Federal do Acre - UFAC, victor.roger@sou.ufac.br

2 Universidade Federal do Acre - UFAC, bruce.willys@sou.ufac.br

3 Universidade Federal do Acre - UFAC, lopes.breno@sou.ufac.br

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Universidade Federal do Acre - UFAC, bruna.nikolly@sou.ufac.br

5 Universidade Federal do Acre - UFAC, pedro.cardoso@sou.ufac.br

## RESUMO

O trabalho apresenta uma proposta de ensino de física utilizando a Bobina de Tesla com o objetivo de preencher as lacunas deixadas no ensino médio para os recém-ingressos no curso de física, as dificuldades e problemas que afetam o sistema de ensino particularmente a visualização dos conteúdos aplicados em sala de aula em que não são recentes e têm sido diagnosticadas há muitos anos, os experimentos pode ser um dispositivo chamativo e didático para ilustrar e experimentar os fenômenos que ela nos proporcionam em sala de aulas ou em feiras de ciências. o experimento tem um grande potencial motivador para a fixação e aprendizagem do conteúdo abordando no ensino de física, com a premissa de ser algo visível aos olhos dos alunos. a partir destas ponderadas e considerações, espera-se como resultado a reflexão na área de ensino da física e metodologias adotadas.

Palavras-chave : bobina de tesla; ensino de Física; metodologias.

## INTRODUÇÃO

A Bobina de Tesla consiste em um transformador ressonante que produz altas voltagens a partir de corrente elétricas alternadas de altas frequências e foi desenvolvida pelo cientista e inventor Austríaco Nikola Tesla (1856 - 1943) por volta de 1892. um dos temas amplamente abordado utilizando a bobina de tesla como os eletromagnetismos no ensino médio que podem ser discutidas de várias formas.

'O uso de atividades experimentais como estratégia de ensino de Física tem sido apontado por professores e alunos como uma das maneiras mais produtivas de minimizar as dificuldades de aprender e ensinar Física' (ARAÚJO; ABIB, 2003, p. 176)

no livro Souza e silva (2012, p. 12) aponta o auxílio de uma metodologia adequada de ensino e pode ser usada como amparo pelo professor de física com o objetivo de contorna as dificuldades enfrentadas pelos alunos em sala de aula. essa área do conhecimento frequentemente enfrenta desafios de compreensão, especialmente em nosso estado onde a estrutura educacional é precária onde poucas escolas possuem um laboratório adequados para realizações de atividades experimentais nos conteúdos de física.

REFERENCIAL TEÓRICO

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A base para tal concepção destes artigos, os embasamentos teóricos foram divididos em duas partes, a primeira parte consiste na ideia e montagem da Bobina de Tesla foram fundamentadas e a parte segundaria se conecta com a metodologia aplicadas. tomando como princípio as ideias fundamentadas no livro minhas invenções. autobiografia de Nikola Tesla (TESLA,2012) para a compreensão do objetivo desde invento de acordo com o autor do mesmo para definir os parâmetros e cuidados de como utilizar a bobina. Os experimentos são recursos didático no âmbito das ações pedagógicas favorecendo o ensino de física mais atraente e expressivo para a compreensão dos estudantes.

Experimentar pode significar observar situações e fenômenos ao seu alcance, em casa, na rua ou na escola, demonstrar objetos tecnológicos, tais como chuveiro, liquidificador, construir aparelhos e outros objetos simples, como projetores ou dispositivos óptico-mecânicos. pode também envolver desafios, estimando, quantificando ou buscando soluções para problemas reais. (BRASIL,2002. p.84)

Entende-se que uma atividade experimental deve permitir diferentes formas de percepção qualitativa e quantitativa, de manuseio, observação, confronto, dúvidas e de construção conceitual, com a tomada de informações para fomenta a verificação ou proposição de hipóteses explicativas e preferencialmente a realização de previsões baseadas nas teorias estudadas.

## METODOLOGIA

A proposta da pesquisa baseada no livro Minhas invenções: A autobiografia de Nikola Tesla, edição de 2012, escrita pelo próprio Tesla, onde ele explica como funciona seu transformador ressonante de alta tensão, assim como também deixa um manual de instruções de como replicá-lo, que sempre foi usado como base para o desenvolvimento do experimento.

A partir disto se tem o teor quantitativo-qualitativo, onde se tem um plano do que seguir, sendo os principais pontos a montagem e aplicação em sala de aula, seguida de um questionário sobre as opiniões dos alunos perante a prática.

A Bobina de Tesla, trata-se de um transformador de núcleo de ar, que converte através de indução eletromagnética baixa tensão e baixa frequência em alta tensão e alta frequência, cujo objetivo era transmitir energia elétrica sem a necessidade de fios (TESLA,2012). possuindo a capacidade de simular raios em miniatura, sendo este o objetivo do equipamento para o trabalho.

Figura 1: Bobina de Tesla O transformador de micro-ondas tem uma tensão tipicamente de saída em

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torno de 1.000V a 2.000V e 0.5 ampere. Para contornar o problema da baixa tensão precisamos ligar eles em serie, seu enrolamento primário deverá estar ligado em paralelo (que por sua vez deverão ser ligados posteriormente à rede), atentando cuidadosamente às fases das associações do contrário não conseguiremos uma soma de tensões nos secundários. Dois transformadores resultarão entre 3.000V a 4000V com os habituais 0,5 Ampere.

Figura 2: Transformadores de micro-ondas

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Capacitores são componentes eletrônicos, que possuem a função de armazenar e descarregar a energia elétrica rapidamente. Foram utilizados uma série de 240 capacitores sendo eles 180 capacitores em série e 60 em paralelo, 400v por uma capacitância de 2.5uF (microfarads), totalizando 72.000V de tensão e 833.33nF (nanofarads).

Quando os capacitores são conectados em série, a capacitância total diminui e a tensão total aumenta. A fórmula para a capacitância total de capacitores em série é:

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Se temos 180 capacitores de 2,5 𝜇𝐹 cada, a capacitância total dos capacitores em série é:

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A tensão total dos capacitores em série aumenta. Como cada capacitor suporta 400v, a tensão total dos 180 capacitores em série é:

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Quando os capacitores estão conectados em paralelo, a capacitância total aumenta pela soma direta das capacitâncias. Se temos 60 conjuntos de 13.89 𝜇𝐹 (que é a capacitância dos capacitores em série) conectados em paralelo, a capacitância total será:

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A tensão permanece a mesma, estão a tensão total continua sendo 72.000V (já que a tensão não muda em paralelo).

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Figura 3: Banco de Capacitores

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O centelhador é um receptor de tensão, após os capacitores estarem carregados, eles jogam essa tensão no centelhador eleva até o ponto onde há a quebra da rigidez dielétrica do ar, liberando baixa tensão e alta corrente elétrica na bobina primário (L1). A mesma frequência em que o centelhador dispara é igual a incidência de raio no topo da bobina segundaria (L2) sendo ele um oscilador de frequência. O centelhador foi composto por dois parafusos metálicos em uma base. Eles devem sempre está o mais próximo possível para que o disparo seja eficaz.

Figura 4: Centelhador rotativo

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A bobina primaria é composta por um fio de arame liso de 5mm secção transversal de 11,5 voltas em torno da bobina segundaria. está ligada em série ao transformador e banco de capacitores, onde ela recebe baixa tensão proveniente do centelhador rotativo, sendo ela responsável por induzir a corrente elétrica para a bobina segundaria por meio de indução eletromagnética.

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Figura 5: Bobina Primaria (L1)

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Composta por um fio de cobre com 0,25mm de diâmetro, com cerca 2400 voltas ao redor de um tubo de PVC de 100mm e 60cm de altura. A secundaria serve para receber a corrente e tensão da primaria e graças a indução eletromagnética consegue multiplicar por muitas vezes a tensão base.

Figura 6: Bobina Segundaria (L2)

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O terminal de carga é um condutor, geralmente de alumínio, que se torna a ponte entre a alta tensão proveniente da bobina segundaria para o meio externo, rompendo assim a rigidez dialética do ar, isto é, deixa o ar carregado de elétrons para que se torne condutor, assim gerando uns feixes de raios. o terminal pode ser feito de vários formatos, o mais conhecido é o toroide onde possui o formato de um disco, mas pode ser utilizado esferas os objetos pontiagudos (seguindo a lei das pontas), onde as cargas elétricas se acumulam nas extremidades de os objetos.

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Figura 7: Toroide

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O projeto tem como objetivo de demostrar o funcionamento da Bobina de Tesla aos alunos, utilizando-a como ferramenta didática que foi aplicada em um período de 15 dias para facilitar o entendimento de conceitos físicos, com objetivo de tornar o experimento atrativo fazendo as apresentações em feiras e em salas de aulas se desenrolarem como uma brincadeira exercitando a cognição a física.

partindo para o método de validação dos dados coletados, foi utilizada a ferramenta Google forms, para analisar as opiniões dos alunos sobre a prática realizada, fundamentadas em três questionamentos:

- 1. As aplicações de experimentos em conteúdos de física melhoram o seu entendimento do conteúdo?
- 2. A utilização de exemplos do cotidiano auxiliou para que fosse possível entender a experimentação?
- 3. Você teve muita dificuldade no aprendizado do ensino de física sem experimentos no ensino médio que acabou causando uma dificuldade no seu aprendizado na faculdade de física?

As perguntas foram introduzidas a um questionário com as seguintes faixas de resposta: muito, mais ou menos, nenhuma. A aplicação em turmas diversas contabilizando 30 alunos, onde se obteve os dados para validar a utilização da bobina de tesla como experimentação viável para o ensino de física no geral.

## RESULTADOS E DISCUSSÃO

Partindo para as ressalvas, houve muitos contratempos em relação a montagem do equipamento, a obtenção de componentes que aguentassem a potência da bobina era dificultosa, devido à falta de equipamentos e local para a compra dos capacitores e outro que foram feitos e coletados caseiramente, apesar de utilizarmos o laboratório particular do nosso professor no campus a chance de danificar algum material era bastante elevada.

Os assuntos abordados para o experimento da bobina de tesla que foram apresentados nas práticas e observações foram obtidas 30 respostas que por sua vez foram:

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Tabela 01: Resultado das perguntas

Além disso, associar a teoria do conteúdo relacionado com a prática especifica, foi um desafio, por se tratar de áreas diferentes do conhecimento e juntá-las. Apesar de todos os imprevistos, obtivemos pontos interessantes, a utilização do aparelho foi feita com sucesso e a apresentação manteve a essência de sua ideia central.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

A importância dessa pesquisa encontra-se na utilização de uma Bobina de Tesla como recurso didático para auxiliar na demonstração de conteúdos de física, despertando assim o interesse dos estudantes pela área. O processo educativo é muito importante que professores busquem novas maneiras de abordagem dos conteúdos que não se baseiem somente em aulas expositivas.

Muitos conteúdos de física, apresenta um grau de dificuldade diferente que poderiam ser sanadas se fossem tratadas de maneira mais experimental de modo que os estudantes se familiarizassem com os conteúdos. A bobina de Tesla é capaz de promover essa familiaridade visto que os alunos poderão manusear alguns dos experimentos e os conteúdos abstratos serão mais bem compreendidos e assimilados um outro ponto importante é o fato de não ser preciso o uso de um laboratório para realizar a experimentação algumas podem ser feitas em sala de aula.

## REFERÊNCIAS

BARROS, Pedro Renato Pereira. Atividades experimentais dos livros didáticos de física: um olhar através dos Parâmetros Curriculares Nacionais. 2009. 128 f. Dissertação (Mestrado em Ensino) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática, Belo Horizonte, 2009.

ARRUDA, Sérgio Mello; LABURÚ, Carlos Eduardo. Considerações sobre a função do experimento no ensino de ciências. In: NARDI, Roberto (Org.). Questões atuais no ensino de ciências. São Paulo: Escrituras Editora, 1998. p.53-60.

TESLA, Nikola. Minhas invenções - A autobiografia de Nikola Tesla . Editora Unesp. São Paulo, 2012.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ. Bobina de Tesla. Laboratório Didático de Demonstração de Física. Disponível em: https://labdemon.ufpa.br/eletricidade-emagnetismo/bobina-de-tesla. Acesso em: 8 set. 2024.

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