• Entender como a resistência influencia na potência.
• Resolver circuito em série em chuveiros elétricos.
• Comparar como o chuveiro muda a temperatura da água quando se altera o resistor do circuito.

Circuitos elétricos simples.

Lei de Ohm. 

Associação de resistores.

Potência elétrica.

Com esta aula o professor irá discutir com seus alunos como o chuveiro aquece a água para tomarmos banho. 

Atividade 1 

Nesta etapa o professor irá promover a descoberta do interior de um chuveiro elétrico, devendo para isso levar um chuveiro aberto e desligado para a sala de aula. 

Sequência de orientação para a descoberta das partes do chuveiro:

1. O professor deve deixar nas mãos dos estudantes o chuveiro aberto de forma que descubram como ocorre o funcionamento do mesmo, para isso deve arranjar mais de um chuveiro de forma que tenha pelo menos um para cada grupo.
    
2. Proponha a cada grupo uma viagem pelo interior do chuveiro, pode ser de uma ducha semelhante a da esquematizada na figura 1, peça aos alunos que identifiquem onde fica conectado o fio verde(TERRA).
    
3. Agora peça que cada grupo identifique o mecanismo que faz com que o peso da água acione o circuito.
    

4. Discuta em grupo: Por que com o chuveiro na posição desligado a corrente não atravessa o resistor? Qual é o mecanismo que não permite a passagem de corrente pelo circuito, mesmo com a pressão da água empurrando o diafragma?

5. Discuta em grupo,  como  é a passagem de corrente pelo resistor do chuveiro na posição morno(verão).
    
6. Discuta em grupo, como é a passagem da corrente pelo resistor na posição quente (inverno).
    
7. Mostre o que é a resistência e de qual material ela é feita.
    
8. Discuta as partes da resistência, qual parte da resistência participa do circuito quando no INVERNO e quando no VERÃO.
    
9. Após a discussão em grupo, a turma deve ser colocada em círculo e um representante do grupo deve com o chuveiro em mãos explicar aos demais colegas cada uma das seguintes questões discutidas:
   - Como o peso da água aciona o funcionamento do chuveiro.
   - Mostre  o que acontece se a resistência queima.
   - Discuta a possibilidade da resistência romper e parar de funcionar o VERÃO e continuar funcionando o INVERNO. 
   - Mostre o mecanismo de aquecimento, ou seja, a parte por onde a água passa entrando em contato com o resistor. 
    
10. Os seis passos da figura a seguir indicam as partes do chuveiro, nesta figura está resumidos os passos que as questões anteriores conduziram.
     
11. Peça aos alunos que, em grupo, acessem a figura diretamente do endereço abaixo e leiam as informações importantes sobre o funcionamento do chuveiro.
     
12. Após  o estudo da figura e corrijam quando necessário as conclusões sobre o funcionamento do chuveiro obtidas nas questões anteriores.
     
13. Após esta correção peça aos alunos que construam um cartaz por grupo,  com um desenho ou esquema semelhante do chuveiro,  onde cada grupo descreve com outras palavras estes seis passos.  
     

1

Figura 1. Interior de uma ducha elétrica das mais comuns que tem duas estações INVERNO E VERÃO, capaz de deixar a água morna e quente. Imagem obtida do endereço: http://2.bp.blogspot.com/_k6wct_u5lDc/SkD2arXx1EI/AAAAAAAAACk/zDmZKexpP6c/s1600-h/CHUVEIRO.gif

Atividade 2 

Discuta porque ao passar corrente no resistor, ele se aquece e como isto ocorre. 

Como construir este conhecimento:

Para esta atividade, será necessário o seguinte material para cada grupo:

1. uma tira de 10,0 x 1,0 cm de papel alumínio.
2. 3 pilhas grandes de 1,5 volts,
3. uma esponja de aço.
4. 2 fios de cobre fino de uns 15 cm.
5. fita adesiva.

As experiências:

• Primeiro mostre a simples atividade sugerida pelo banco de objetos educacionais "Efeito Quente", do endereço:  http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/9056/open/file/efeito_quente.pdf?sequence=1&eventSource=2 em que um pequeno pedaço de esponja de aço entra em combustão ao ser atravessada pela corrente de uma pilha grande de 1,5 V (veja figura 2).
  Os alunos, em grupo, devem repetir a experiência do efeito quente usando o material acima. Através do tato cada componente do grupo pode verificar o aquecimento da folha de alumínio e posteriormente colocarem a esponja de aço em combustão. Esta é uma atividade simples, sempre dá certo e os alunos são motivados a explicarem o fenômeno do efeito Joule.
• O professor deve auxiliar os alunos, afim de que, em suas discussões em grupo, cheguem a explicação do fenômeno.
  Saliente que durante a passagem dos elétrons pelos finos fios da esponja de aço, as colisões das cargas com as imperfeições do material, provocam aquecimento a ponto de provocar a combustão dos fios. 

Figura 2. Efeito Joule , aquecimento provocado pela passagem de corrente elétrica. Imagem obtida do site: http://4.bp.blogspot.com/_Sh5UiOzFqoc/TDepFGJCWYI/AAAAAAAAABU/ymqMEhwM8pg/s1600/ele07_1.gif.

• Explique aos alunos que este efeito Joule que provoca o aquecimento é uma transformação de energia elétrica em térmica e a cada segundo é proporcional a resistência e o quadrado da corrente que atravessa o material e pode ser equacionado por :

Figura 3 . Equação da potência dissipada por um resistor. (por Daniel R. Ventura) 

• Questione aos alunos se os aparelhos que possuem maior resistência consomem mais energia?
  Resposta esperada: Isto é um pouco mais complexo, pois quando comparamos aparelhos diferentes, os resistivos consomem mais energia, mas quando num mesmo aparelho tem a possibilidade de se alterar a resistência e ele estiver funcionando na menor resistência, o mesmo será atravessado por uma corrente maior e, consequentemente, maior será o numero de colisões dos elétrons com as impurezas provocando maior transformação de energia elétrica em calor. Sendo assim, no chuveiro, quando se usa a menor resistência, a mais curta em comprimento, maior será a corrente e como a corrente é a principal causadora do aquecimento, logo a potência dissipada será maior. Isto pode ser entendido se considerarmos que a potência depende da resistência, mas depende da corrente elevada ao quadrado e pela lei de Ohm U = R. I, quando se diminui a resistência sem alterar a tensão, maior será a corrente.
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Atividade 3. 

Agora vamos saber qual parte do chuveiro corresponde ao quente e qual corresponde ao morno  em uma ducha simples e porque.

Observando os resistores:

• Uma atividade sequencial que ilustra o funcionamento do chuveiro elétrico pode ser acessada no banco de objetos educacionais do MEC em:
  Experimento 2 - Circuitos Elétricos - Chuveiro 
• Peça para que os alunos, divididos em grupos, acessem este recurso e vejam esta experiência e complete as tabelas da etapa 3 que está relacionada ao funcionamento do chuveiro.

Figura 4. Etapa 3 do recurso educacional Circuitos Elétricos - Chuveiro de http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/11095/open/file/etapas3.html. 

• Ao final da experiência peça aos alunos que discutam entre si e apresentem a solução das questões da atividade:

Conclua a atividade pedindo a eles que apresentem sugestões para economizar energia elétrica ao tomar banho. 

Uma pesquisa geral sobre o funcionamento do chuveiro pode ser acessada em 

"Como funciona o chuveiro elétrico?"  do site : 
http://mundoestranho.abril.com.br/tecnologia/pergunta_287956.shtml

Veja o excelente vídeo 

"Isso Disso - Episódio Como o chuveiro funciona - Vídeos - UOL Crianças.flv"

que é divertido, animado e mostra com clareza detalhes do funcionamento do chuveiro elétrico. Acesse-o em :

http://www.youtube.com/watch?v=A840I3IjzC8&feature=related

Ao estudar o chuveiro elétrico em um circuito, o aluno deve saber dizer: