Edson Luis Nunes; José Ângelo de Faria; José Higino Dias Filho
Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino
Componente Curricular
Tema
Ensino Fundamental Final
Ciências Naturais
Tecnologia e sociedade
Educação Profissional
Controle e Processos Industriais
Técnico em Mecatrônica
Ensino Médio
Física
Equipamentos elétricos e telecomunicações
Ensino Médio
Física
Oscilações, ondas, óptica e radiação
Educação Profissional
Controle e Processos Industriais
Técnico em Eletrônica
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo
Ciências Naturais
Visões de mundo
Educação Profissional
Controle e Processos Industriais
Técnico em Eletrotécnica
Educação Profissional
Controle e Processos Industriais
Técnico em Eletroeletrônica
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
Relacionar como a corrente que atravessa um resistor ôhmico varia em função da diferença de potencial aplicada.
Determinar a resistência pelo gráfico da tensão em função da corrente.
Induzir a lei de Ohm e sua validade.
Como relacionar num sistema cartesiano a tensão em função da corrente e realizar a interpretação do mesmo.
Duração das atividades
100 min
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Corrente elétrica.
Diferença de potencial.
Estudo teórico da lei de Ohm.
Estratégias e recursos da aula
Vamos estudar a Lei de Ohm, realizando uma simulação virtual.
Para este estudo, o professor usará um simulador virtual de circuito simples. Neste circuito contém resistores , fontes de tensão e medidores de corrente. Nas atividades aqui propostas será utilizado um circuito virtual que pode ser obtido no banco de objetos educacionais do MEC.
Atividade 1.
Testando a corrente que atravessa um resistor, quando se varia a tensão.
Circuito Virtual
Nesta atividade será usado o recurso a seguir, "circuitos elétricos", para simular um circuito simples, onde se varia a tensão e mede a corrente que atravessa um resistor.
Com o circuito virtual deste recurso, basta o professor usar uma sala de computação.
Os alunos podem ser distribuídos nos computadores do laboratório de informática ou o professor pode realizar a atividade prático demonstrativa numa sala de projeção.
Cada grupo executor deve seguir as etapas abaixo utilizando o recurso a seguir.
Durante a atividade, cada grupo deve ir passando pelas etapas e questões que seguem, para posteriormente socializarem com os demais colegas da turma, sob a orientação do professor.
Etapas da simulação de Lei de Ohm:
Primeiro baixe o recurso "Circuitos elétricos" do Portal do Professor para os computadores que irá utilizar.
Inicialmente teste como inserir os elementos do circuito.
Abra o recurso circuitos elétricos e com o mouse puxe um fio da barra branca vertical da direita e solte na área azul.
Puxe outros componentes , bateria , lâmpada, chave e adicionando os fios que necessitar para interligar os componentes do circuito, monte o circuito que desejar.
Monte primeiro o circuito da figura 1. Veja que ele funciona quando a chave é fechada e para de movimentar as cargas quando a chave está aberta.
Na figura 1, o retângulo em preto branco representa uma bateria de 9,0 Volts, que é a fonte de tensão.
Os fios condutores aparecem na cor laranja e as bolinhas cinzas representam as cargas que se movimentam nos condutores, neste caso, os elétrons.
Tem-se também neste circuito a lâmpada (que será o resistor) e uma chave que, quando acionada, permite a movimentação das cargas e a consequente passagem de corrente pelo medidor.
Nesta primeira simulação, figura 1, as cargas ainda não se movem, pois a chave está aberta, por isso a lâmpada fica apagada.
Figura 1. Lâmpada ligada a uma bateria de 9 volts. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".
Quando a chave é fechada no circuito da figura 1, o que ocorre com as cargas nos fios?
Observe como fica a lâmpada, representado na figura 2.
Resposta esperada: Agora as cargas se movem e a lâmpada agora aparece acesa na figura 2, pois os elétrons ao atravessarem o filamento da lâmpada colidem com as imperfeções do material e o aquece a uma temperatura suficientemente alta, capaz de produzir luz visível.
Figura 2. Com a chave ligada a lâmpada acende. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".
Monte o circuito da figura 3, acrescentando um voltímetro, instrumento para medir a tensão que está submetida a lâmpada, quando se usa uma bateria apenas.
Monte o circuito da figura 3, acrescentando um amperímetro, instrumento para medir a corrente que atravessa o fio que está em série com a lâmpada, quando se usa uma bateria apenas.
Qual o valor observado para a medida de tensão?
Resposta esperada: Verifica-se uma tensão de 9,0 V. Simultaneamente, a medida da corrente que passa pelo filamento da lâmpada, é medida, acrescentando um amperímetro no fio, veja a figura 3 a seguir, verifica-se um valor de 0,9 A .
Figura 3. Medidas da corrente (0,90 A) e da tensão (9,00 Volts) que está submetida a lâmpada do circuito. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".
Acrescente ao circuito outra bateria, como na figura 4.
Para acrescentar outra bateria, clique com o botão direto do mouse sobre o fio que esta ligando o lado direito da bateria e o remova.
Adicione a nova bateria.
Adicione outro fio para ligar o circuito.
Observe o que aconteceu com a tensão medida pelo voltímetro e com a corrente no amperímetro.
Resposta esperada: O voltímetro registra agora 18,0 V e o amperímetro 1,80 A.
A corrente aumentou, diminuiu ou permaneceu como estava?
Resposta esperada: aumentou de 0,90 A para 1,80, ou seja, duplicou quando se dobrou a voltagem.
A tensão nos terminais da lâmpada aumentou diminuiu ou permaneceu como estava?
Resposta esperada: aumentou de 9,0 V para 18,0 V , ou seja dobrou.
A tensão e a corrente são grandezas proporcionais? Por que?
Resposta esperada: Sim, pois aumentaram na mesma proporção.
O que pode ser feito para triplicar a corrente em relação ao valor inicial?
Resposta esperada: Colocar três baterias em série, ou seja, aumentar a tensão de 9,0 V para 18,0 V.
Figura 4. Aumentando a tensão do circuito, acrescentando outra bateria. As medidas de corrente aumentaram para 1,80 A e da tensão para 18,00 Volts, fazendo com que a lâmpada brilhe ainda mais. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".
Acrescente ao circuito uma terceira bateria, ligando-a em série com as outras duas e veja como ficam os valores de corrente e voltagem, como mostra na figura 5.
Já é possível notar um comportamento entre corrente e voltagem?
Resposta esperada: sim, sempre que um aumenta o outro aumenta na mesma proporção , logo são grandezas proporcionais.
É possível escrever uma equação de proporcionalidade?
Resposta esperada: sim, V é proporcional à corrente, como será observado na próxima atividade.
Figura 5. O circuito com 3 baterias ligadas em série. Neste circuito os valores de corrente e voltagem crescem ainda mais. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".
Agora que foram finalizadas as etapas desta primeira atividade, o professor deve promover a socialização dos resultados obtidos. O professor deve pedir aos alunos que um dos alunos do grupo apresente os resultados obtidos nas etapas aos demais alunos e a seguir completar a tabela proposta na atividade 2.
Atividade 2
Nesta atividade, os alunos devem realizar as montagens virtuais e variando a tensão para obter a corrente que atravessa as lâmpadas, ou seja os resistores. Monte o circuito virtual simples com duas lâmpadas em série, ligadas inicialmente a uma pilha. Adicione o medidor de corrente em série com as lâmpadas e um voltímetro em paralelo.
Analise o circuito montado que é o circuito da figura 6, com duas lâmpadas, um voltímetro, instrumento para medir a tensão que está submetida as lâmpadas, quando se usa uma bateria apenas.
No circuito da figura 6, além do voltímetro, foi adicionado um amperímetro, instrumento usado para medir a corrente que atravessa o fio que está em série com as lâmpadas.
Faça a leitura do valor observado para a medida de tensão e da corrente no circuito. Qual foi o valor?
Resposta esperada: Verifica-se uma tensão de 9,0 V. Simultaneamente, a medida da corrente que passa pelo filamento da lâmpada, é medida, acrescentando um amperímetro no fio verifica-se um valor de 0,45 A .
Transfira este valor para a tabela a seguir.
Monte outro circuito, acrescentando outra bateria em série com a que está na figura 6.
Para acrescentar outra bateria, clique com o botão direto do mouse sobre o fio que está ligando o lado direito da bateria e o remova.
Adicione a nova bateria.
Adicione outro fio para fechar o circuito.
Registre na linha B da tabela a seguir, o valor obtido para tensão e corrente nos medidores do novo circuito.
Modifique o circuito acrescentando uma terceira bateria em série com as que já estavam até o momento.
Registre na linha C da tabela a seguir, o valor obtido para tensão e corrente nos medidores do ultimo circuito.
Figura 6. Circuito com duas lâmpadas em série ligadas a uma fonte de tensão de 9 V, uma chave, um medidor de corrente ligado em série com as lâmpadas e um voltímetro ligado em paralelo com as lâmpadas. Imagem obtida do recurso "Circuito simples".
Completando a Tabela
Complete a tabela de dados com os valores obtidos na simulação acrescentando outras baterias na montagem da figura 6 e obtendo na atividade 1.
Tabela de Tensão em função da corrente
Circuito
Tensão em Volts
Corrente em Ampéres
A - Figura 6
9 V
0,45 A
B-
....... V
C-
....... V
Construindo um gráfico de Tensão versus corrente.
Com os dados obtidos da tabela, os alunos devem também construir um gráfico de tensão em função da corrente elétrica.
O professor deve pedir aos alunos, que construam o gráfico de Tensão versus corrente, como esquematizado na Figura 7. Coloque os valores de corrente no eixo horizontal e os valores de tensão no eixo vertical e construa o gráfico com os pontos da tabela anterior, que são os resultados do experimento virtual com o recurso do portal do professor "circuitos elétricos".
Figura 7. Gráfico de tensão versus corrente.
Atividade 3
O professor deve agora conduzir uma análise a partir dos resultados obtidos nas etapas anteriores e verificar o comportamento linear da Tensão versus Corrente.
Analisando os resultados
O professor deve pedir que observem o gráfico e a partir dele entendam o comportamento da tensão em função da corrente.
Questões que conduzirão a conclusão da atividade:
Pelo gráfico construído na figura 6, pode-se observar uma proporcionalidade entre a tensão e a corrente? Resposta esperada: Sim, pois quando a tensão dobra a corrente dobra e quando a tensão triplica a corrente triplica, ou seja , são grandezas físicas diretamente proporcionais.
O gráfico observado foi uma reta, uma parábola ou uma hipérbole? Resposta esperada: Uma reta, mostrando que a dependência entre os dois é linear e pode ser representada pela equação de uma reta que passa pela origem, do tipo Y= a . X.
A reta descrita pelo gráfico, dá uma indicação de comportamento linear e a constante de proporcionalidade é a resistência, como pode-se obter o valor da resistência a partir do gráfico? Resposta esperada: No gráfico Tensão (U) e Corrente (I) são as grandezas proporcionais e correspondem, respectivamente, aos eixos y e x no gráfico de uma reta Y = a X, onde a é a inclinação da reta, logo, a inclinação no gráfico U x I representa o valor da resistência da lâmpada colocada no circuito.
Como podemos escrever a equação que relaciona Tensão (U) , a corrente (I) e a resistência (R)? Resposta esperada: Podemos escrever a equação por U = R.I , está é a lei de OHM e é válida somente para resistores que apresentam comportamento linear entre corrente e tensão, allguns resistores tem inicialmente um comportamento ôhmico e quando a corrente vai aumentando ele deixa de ser ôhmico, pois perde a linearidade.