•   Que a energia do vento pode ser transformada em energia mecânica.
•   Que a energia eólica pode ser transformada em energia elétrica.
•   As vantagens da geração da energia dos ventos em relação a outras fontes de energia.

          Energia mecânica, energia elétrica, transformação de energia, gerador mecânico de energia elétrica

          Sugerimos que o professor inicie a aula fazendo uma demonstração experimental a fim de verificar que é possível transformar energia eólica em energia mecânica. Para isso poderá montar um cata vento de modo que em seu eixo possa conectar uma roda ou um carretel.

Deverá preparar o material para construir um cata vento de modo muito simples, montando-o em sua casa, no colégio ou numa pequena oficina, segundo sua disponibilidade.

Material a sugerido:

1.      Uma folha de metal, alumínio ou latão, etc, quadrada cerca de 10 cm de lado.

2.      Uma tesoura que seja compatível para cortar o metal a ser usado.

3.      Dois parafusos de ponta fina.

4.      Capa de uma caneta esferográfica; a superfície da caneta deverá ser lisa.

5.      Um tubo oco cujo diâmetro interno seja ligeiramente maior que o diâmetro externo da capa da caneta. Pode ser obtido retirando uma parte do cabo de um guarda chuva velho.

6.       Ferramentas simples: martelo, chave de fenda e um prego fino.

Procedimento para construção do cata vento.

·        Com a régua e um lápis trace um segmento de reta ligando os vértices opostos da folha, veja esquema A da Figura 01.

·        Marque o ponto de cruzamento dessas linhas, faça nele um furo usando o prego e o martelo.

·        Em cada vértice, canto da folha de metal esboce a lápis duas curvas semelhantes àquelas ilustradas no esquema C; depois recorte a folha nas linhas curvas marcadas e nas linhas retas até cerca de 2 cm do centro, veja o esquema D da figura.

·        Force fazendo torção nas 4 hélices, uma por vez e sempre no mesmo sentido, fazendo-as defletir de um ângulo de 30 a 40 graus em relação à direção original, esquema E da Figura 01.

·        Com o parafuso prenda a ventoinha no tubo de caneta, esquema E na figura.

·        Adapte o eixo do cata vento, capa da caneta, dentro do tubo, certifique que tenha pouca folga, mas que o eixo possa girar facilmente dentro dele. Esse tubo que vai servir para adaptar o eixo do cata vento (capa da caneta), é o que foi sugerido recortar o cabo de um guarda chuva velho.

·        Agora fixe o carretel prendendo-o com parafuso na extremidade do eixo oposto ás hélices, Figura 02.

Para fazer a demonstração na sala de aulas, divida a turma em grupos para que todos possam observar o que acontece à medida que o vento incide na direção do cata vento.

Procedimento: Usando o vento, ou simulando-o por meio de um ventilador ou secador de cabelo, direcione o vento na frente do cata vento. Peça aos alunos que observe que ao girar, seu eixo também gira e a rodinha ou carretel também vai girar. 

Pergunte então para a turma:

          Como podemos transformar a energia do vento para gerar energia mecânica?

          A energia mecânica obtida pode ser usada para que atividades?

Certamente vão surgir várias respostas. Discuta com a turma e comente cada caso.  Uma vez que a energia do vento é usada para girar um eixo, este pode ser acoplado a uma roda, a um motor, a uma turbina, e dessa maneira realizar diversas atividades: retirar água de um poço, moer grãos para fazer farinha, gerar eletricidade, etc.

Atividade II

          Em seguida poderá exibir para a turma a animação que se encontra disponível em:

Eletricidade - Geradores e motores elétricos 

            Durante a apresentação desta animação deverá instigar relevância pelo fato de que o mesmo dispositivo que transforma energia elétrica em mecânica, motor elétrico, também ao ser forçado a girar, transforma-se em um gerador de energia elétrica. Durante a demonstração do funcionamento do motor discuta com os alunos:

O que acontece num condutor quando nele flui uma corrente elétrica sob ação do campo magnético do ímã? Atuará nele uma força de origem eletromagnética

Como é a direção e sentido das forças em dois lados paralelos de uma espira? Pela regra da mão direita essas forças serão paralelas e como a corrente em cada lado da espira tem sentido oposto, o sentido das forças também será oposto.

          No caso do plano da espira formar com a direção do campo magnético um ângulo de 45 graus, qual o efeito dessas forças?

Essas forças provocam um torque sobre a espira forçando-a girar.

          Na segunda parte da simulação recorde as leis de Faraday e de Lenz.

            Na seqüência faça uma demonstração para comprovar o conteúdo simulado na animação. Adquira com antecedência a aula os seguintes materiais, para fazer a montagem proposta:

1.      Uma bateria de 6 volts ou uma fonte de corrente contínua de 6 volts (eliminador de pilhas), pode também adaptar um carregador de celular.

2.      Um motorzinho de corrente contínua, desses de brinquedos que funcionam com pilhas, ou seja, que funcionam com corrente contínua.

3.      Um LED, preferencialmente vermelho, que acende com baixa corrente.

4.      Pedaço de fio condutor de eletricidade, fino.

5.      Um metro de barbante, tipo codornet.

6.      Adapte duas pontas do fio nos terminais do motor, fixando-os torcendo as pontas ou soldando-as, para ficar como no esquema da Figura 03.

Procedimento: Faça primeiro o teste fora do horário da aula para certificar que tudo está funcionando. Siga os esquemas ilustrados na Figura 03 e na Figura 04. Para que todos os alunos possam observar a demonstração e não ter que repetir o procedimento, distribua-os em semicírculo e numa mesa no centro do semicírculo execute a demonstração, pela ordem das figuras.

·        Primeiro ligue a bateria nos terminas do motor e mostre seu funcionamento, Figura 03.

·        Depois retire a bateria e conecte os terminais do LED, Figura 04.  Quando testar o material antes da aula, não esqueça de marcar a correta ligação do LED, normalmente ele tem um terminal mais comprido que corresponde ao seu pólo positivo. Faça também um marca no motor de acordo com o sentido que vai enrolar o barbante, para não ter contra tempo na hora da aula.

Atividade III

          Após apreciar a função do motor como gerador poderá apresentar a imagem de um parque eólico, disponível em:

Parque eólico 

        Feita a apreciação da imagem apresentada, deverá realizar a seguinte demonstração experimental, para identificar como a energia do vento pode ser convertida em energia elétrica.

            Poderá usar a própria montagem utilizada no esquema da Figura 02 substituindo o carretel pelo motorzinho e o LED da Figura 04, veja a montagem no esquema da Figura 05.

            Outra alternativa possível se preferir poderá usar um cooler, ventoinha e motor, usado em refrigeração de micro computadores e conectar os terminais do motorzinho a um LED, veja o esquema na Figura 06.

Depois é só usar um secador de cabelo para simular o vento e dirigir o vento soprando frontalmente à hélice do cata vento ou da ventoinha.

Divida a turma em grupos menores, 6 a 8 alunos por vez e faça a demonstração.

Durante a demonstração pergunte para os observadores responderem oralmente. Quais as transformações de energia ocorrida a partir da energia do vento nesta experimentação?

Transferência de energia mecânica do vento para ventoinha e da ventoinha para o motor; depois no motor a energia mecânica é transformada em elétrica e por fim no LED a energia elétrica é transformada em luminosa.  

          Para completar o assunto poderá exibir os filmes sobre energia eólica, cada filme com menos de 2 minutos de duração, disponíveis em:

Como funciona a energia eólica – parte 1

http://www.youtube.com/watch?v=2JgC4A7L2PE&NR=1

Como funciona a energia eólica – parte 2

http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=9hMXFi8YB4k&NR=1

Como funciona a energia eólica – parte  3

http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=OnKGbiAPRQQ&feature=endscreen

       Acesse os seguintes sites:

Energia eólica

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/energia-eolica/energia-eolica.php

Como funciona: Energia eólica

http://www.energiasrenovaveis.com/AreaGeral.asp?ID_area=14&tipo_area=0

Energia eólica

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=23459

A Física e o cotidiano -

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fisicaecotidiano/index.html

         Poderá dividir a turma em equipes para fazer um trabalho de pesquisa visando os benefícios e os danos que podem ser causados pelo uso de parques eólicos em relação ao meio ambiente, a ser apresentado em outro horário de aula. Seria muito interessante, devido a relevância do assunto, conscientização dos alunos como  cidadãos, que a apresentação fosse estendida para outras áreas, promover um debate sobre o tema com participação de alunos e professores de todas as áreas, principalmente das áreas com mais afinidades ao assunto como, geografia, biologia, sociologia, etc.