• Compreender o princípio básico de funcionamento de um forno de microondas; • Conhecer uma das inúmeras aplicações do conceito de ondas eletromagnéticas.

Uma aula de 50 minutos.

Conhecimento sobre ondas eletromagnéticas.

Desenvolvimento da atividade

Motivação / Introdução: (5 minutos)

Qual o princípio básico de funcionamento do forno de microondas?

Como a água aquece ao ser colocado em um forno de microondas?

Estas duas situações problema, são ótimos questionamentos para motivar os estudantes para este novo e fascinante aprendizado.

Trabalhando a teoria na sala de informática: (25 minutos)

A proposta de se usar microondas para aquecer ou cozinhar alimentos, se deve ao engenheiro norte-americano, Percy Lebaron Spencer. Esta descoberta se deu de forma acidental, durante seu trabalho na fábrica de magnetrons utilizados em radares, Raytheon. Durante seu trabalho com um aparelho de radar em funcionamento, Percy percebeu que uma pequena barra de chocolates avia derretido em seu bolso, mas sabia que a causa desse derretimento não foi o excesso de calor, mas sim ondas eletromagnéticas incidindo sobre a barra. Historicamente, os primeiros alimentos a serem cozidos utilizando microondas foram pipocas e ovos. Mais tarde, em 1946, a Raytheon patenteou a utilização de microondas no aquecimento ou preparo de alimentos e um ano depois, em 1947, lançou o primeiro forno microondas que produzia três vezes mais radiação se comparado aos fornos atuais.
O princípio Físico de funcionamento do forno de microondas é a geração e absorção das microondas. Na simulação abaixo, mostramos como podemos gerar uma onda eletromagnética e como esta onda é absolvida por uma segunda carga.
 

Professor, mostre aos seus estudantes através deste aplicativo, que no forno de microondas as ondas eletromagnéticas também são geradas por cargas aceleradas, como nesta simulação. Também, como na simulação acima as cargas são excitadas pelas ondas e esta agitação é convertida em calor nos alimentos.

Mas como esse princípio básico está presente no aquecimento da água?

Para responder a este questionamento, apresente a seguinte simulação para seus estudantes,

Nesta simulação, vemos que a molécula de água é representada por um dipolo. Quando o campo está orientado em uma determinada direção a molécula também acompanha esta orientação. Quando o campo muda sua orientação, novamente a molécula muda sua orientação para acompanhar a nova orientação do campo. Como as moléculas não estão isoladas, cada molécula vibra e entra em atrito com sua vizinha provocando agitação térmica no meio que é percebido por um observador esterno na forma de calor. No caso da molécula de água, apenas ondas eletromagnéticas de alta freqüência e baixo comprimento de onda, no caso as microondas, são absolvidas e geram calor.
No forno de microondas este princípio é refinado e aperfeiçoado para termos uma eficiência maior do equipamento. No forno o gerador de microondas é um magnetron semelhante ao utilizado por Percy Spencer em sua descoberta. Dentro do magnetron, temos a geração de elétrons em filamentos aquecidos, onde estes elétrons são celerados por um forte campo elétrico coletor e outro campo magnético, que faz com que estes elétrons girem em um movimento espiral acelerado, produzindo assim uma radiação com alta freqüência que são as microondas. Estas microondas são canalizadas por uma guia de ondas ou antena, que as direciona para o alimento a ser aquecido ou cozido.

Molécula de água em um campo de microondas: http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/h2o.html Com este aplicativo, veremos como um campo de microondas oscilante atua sobre a molécula de água, provocando sua oscilação com a mesma freqüência e assim liberando calor. Oscilador harmônico e ondas: http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/fieldwaves.html Com esta simulação, poderemos compreender como um campo oscilante provoca a oscilação de uma carga.

Como forma de avaliar o desempenho dos adolescentes nesta aula, propomos que o professor peça aos alunos que formem pares e, depois disso, que elaborem uma redação sobre o tema da aula. Nesta redação os estudantes deverão contar com suas próprias palavras como funciona esta fascinante máquina do século atual que revolucionou nossos costumes de vida.