Montar circuitos em série e em paralelo.

Medir valores de corrente elétrica com um amperímetro.

Relacionar os valores da corrente elétrica  com a resistência elétrica oferecida por um circuito.

Compreender uma lâmpada como um artefato que transforma energia elétrica em energias térmica e luminosa.

Elementos que compõem um circuito elétrico (fonte de energia elétrica, fios condutores, aparelhos que transformam a energia elétrica em outras formas de energia); corrente elétrica; resistência elétrica.

Materiais:

• um multímetro digital;
• um suporte com uma associação de pilhas capaz de acender uma lâmpada de lanterna;
• uma lâmpada de lanterna que brilhe ao ser ligada ao suporte com uma associação de pilhas;
• uma lâmpada incandescente de 127V/100W;
• um soquete para lâmpada incandescente.

Atividade 1 – Apresentação de instruções aos estudantes para o uso de um multímetro configurado como amperímetro

Sugerimos, fortemente, que as seguintes orientações iniciais sejam apresentadas aos alunos:

1. Ao trabalhar com um multímetro, principalmente na função de amperímetro, algumas recomendações de segurança tornam-se necessárias.
2. Para permitir a realização de diferentes tipos de medida, em um único aparelho, o multímetro possui: (i) vários orifícios nos quais são ligados dois cabos (vermelho e preto); (ii) uma chave seletora de funções capaz de girar 360 graus. Tendo em vista a segurança pessoal e a preservação dos equipamentos, peça ao professor para verificar as ligações do circuito antes de fazer qualquer medida. Tentar usar o aparelho para fazer qualquer de medida sem que ele esteja configurado corretamente pode danificá-lo permanentemente!
3. É preciso observar o modo de introduzir um multímetro em um circuito. Os amperímetros, por exemplo, devem ser introduzidos sempre em série com o elemento de circuito cuja circulação de corrente elétrica se deseja medir. A figura a seguir mostra como essa ligação deve ser realizada. Atenção: jamais ligue o amperímetro diretamente a uma fonte de tensão, sem colocar o aparelho em série com outro elemento de circuito que limita a passagem de corrente elétrica; caso contrário, o amperímetro será danificado.
4. Para qualquer medida realizada por meio de um multímetro, sempre utilizamos dois terminais, isto é, dois cabos ligados ao aparelho. Um deles é o terminal comum (cabo preto) que nunca sai de sua posição. O posicionamento do segundo terminal (cabo vermelho) depende de que tipo de medida se deseja fazer. No caso de utilização do multímetro na função de amperímetro, a escolha do local correto para a ligação do cabo vermelho dependerá do tipo de aparelho utilizado. Para fazer a ligação solicitada, siga a orientação da imagem disponível neste link  <pontociencia.org.br/galeria/#/content/Fisica/Eletromagnetismo/Modo%20de%20insercao%20de%20amperimetro%20em%20um%20circuito.jpg>.
5. Depois de ligar o aparelho corretamente ao circuito, escolha sempre a maior escala disponível para a medida que pretende realizar. No caso da medida de corrente elétrica essa escala é aquela que indica 20 A (vinte Ampères).
6. Além de colocar os cabos nos terminais adequados, precisamos posicionar corretamente a chave seletora. Ao coordenar essas duas ações (escolha da posição da chave seletora e do terminal), nós podemos transformar o multímetro em um amperímetro destinado à medição de corrente elétrica ou em outro aparelho medidor diferente, tal como um voltímetro (medida da voltagem ou tensão elétrica) ou um ohmímetro (medida da resistência elétrica).
7. No caso do aparelho que utilizamos na preparação destas instruções, a posição da chave seletora compatível com a escala de 20 A é a mesma em que devemos ligar o cabo para medir correntes elétricas na escala de 20 milésimos de Ampere (20 mA). Para diferenciar as duas escalas, giramos a chave seletora do aparelho para a posição correta.
8. Os multímetros, geralmente, utilizam o ponto para substituir a vírgula. Assim, a medida “3.45” deve ser lida como “3,45”. Além disso, normalmente, quando o aparelho mostra a indicação “1. ”, está nos dizendo que alguma ligação está errada ou que o valor a ser medido ultrapassa os limites do aparelho naquela configuração que escolhemos. Por via das dúvidas, se este tipo de indicação ocorrer, o melhor é retirar imediatamente o aparelho do circuito e consultar o professor. Nessas situações, se o aparelho estiver configurado como amperímetro é bem provável que o fusível queime quando a indicação “1. ” for apresentada.

Atividade 2 – Diferença entre ligar e acender uma lâmpada

Uma lâmpada de lanterna brilha quando ligada a pilhas. Uma lâmpada residencial, contudo, não brilha, caso seja ligada a pilhas. Será, então, que não há corrente fluindo no interior da lâmpada residencial quando ela está ligada às pilhas? 

Para responder a essa questão, ligue os polos da associação de pilhas colocadas no suporte de pilhas aos terminais da lâmpada de lanterna e da lâmpada incandescente. Será que na lâmpada que não brilhou houve circulação de corrente? Para verificar, use o amperímetro de um multímetro digital seguindo as orientações e adotando as precauções apresentadas na 1ª Atividade desta aula. Você esperava que a corrente de uma das lâmpadas fosse maior que a da outra? Nas duas lâmpadas, houve transformação de energia elétrica em outras formas de energia? 

Atividade 3 – Ligando duas lâmpadas

Introdução:

Duas lâmpadas, ou quaisquer outros elementos capazes de converter a energia elétrica proveniente de uma fonte em outras formas de energia, podem ser ligados de dois modos distintos. Um desses modos é chamado de ligação em série; o outro de ligação em paralelo. Os procedimentos e questões propostos a seguir irão ajudar você a compreender as principais diferenças importantes entre esses dois tipos de circuito elétrico.

Procedimentos e questões:

1. Desenhe em seu caderno uma fonte de tensão e duas lâmpadas idênticas próximas da fonte, mas ainda sem conexão com a mesma. Existe uma maneira de ligar as lâmpadas no circuito, de modo que as duas são desligadas da fonte quando apenas uma delas é desenroscada de seu soquete. O tipo de ligação em que isso acontece é conhecido como circuito em série. Faça um desenho prevendo como ficará o circuito neste caso.
2. Peça ao professor para verificar se a ligação que você desenhou não danificará a fonte de tensão. Se o professor disser que tal dano não ocorrerá, ligue os elementos do circuito e verifique se ele funciona como o esperado. Isto é, verifique se o ato de desenroscar uma lâmpada interrompe o brilho da outra.
3. No desenho que você fez no item 1, mostre como inserir um amperímetro para medir a corrente elétrica em: (a) um ponto do circuito próximo a um dos polos da fonte de tensão; (b) um ponto situado entre as duas lâmpadas. Peça ao professor para verificar se a ligação que você desenhou não danificará o amperímetro ou a fonte de tensão. Então, faça as medidas e compare os valores encontrados nos dois pontos do circuito acima mencionados. Você esperava encontrar esse tipo de resultado? Explique.
4. Considere, novamente, a situação em que duas lâmpadas idênticas ainda não foram ligadas a uma fonte de tensão. Desenhe, então, como seria a aparência de um circuito no qual uma das lâmpadas pudesse ser ligada ou desligada sem interromper o brilho da outra. O tipo de ligação em que isso acontece é conhecido como circuito em paralelo.
5. Peça ao professor para verificar se a ligação que você desenhou no item anterior não danificará a fonte de tensão. Se o professor disser que tal dano não ocorrerá, ligue as duas lâmpadas em paralelo e verifique se o circuito que você imaginou funciona como o previsto, mas, ATENÇÃO: como as lâmpadas ficarão mais quentes nesse tipo de ligação, evite desenroscar as lâmpadas e apenas desconecte o terminal da lâmpada que você deseja desligar do circuito.
6. Meça a corrente elétrica, estimando os erros de medida, em pelo menos dois pontos diferentes do circuito em paralelo: em uma das ligações o amperímetro deve estar próximo a um dos polos da fonte; na outra o medidor deve estar em um “caminho” ou trecho do circuito que passa por apenas uma das lâmpadas. Você esperava encontrar valores diferentes de corrente elétrica em trechos diferentes do circuito? Explique.

Para o professor:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Amperímetro

Preços de amperímetros: Buscapé  <www.buscape.com.br/amperimetro.html>

A avaliação deve ser consistente com o que propõem os objetivos de aprendizagem descritos no item “O que o aluno poderá aprender com esta aula”. Alguns exercícios de lápis e papel similares aos que apresentamos a seguir podem ser usados tanto para transferir a responsabilidade aos estudantes pelo uso dos conhecimentos construídos ao longo da aula, quanto para identificar eventuais dificuldades de compreensão dos conceitos e relações que estruturam a exploração.

Questões:

Questão 01

Por que nunca se pode ligar o amperímetro em paralelo com a fonte de tensão? Que tipo de dano pode ser causado ao aparelho?

Questão 02

Na exploração denominada “Diferença entre ligar e acender uma lâmpada”, uma das lâmpadas não emitiu nenhum brilho quando ligada à fonte de tensão. Você, todavia, verificou com o amperímetro que estava passando corrente elétrica pela lâmpada nessa situação. Então, por que a lâmpada não acendeu?

Questão 03

Na mesma exploração mencionada na questão 02, quais são as transformações de energia ocorridas na lâmpada que brilhou ao ser ligada à fonte de tensão e na lâmpada que não brilhou na mesma situação?

Questão 04

Em um circuito em que duas lâmpadas estão ligadas em série, a corrente que passa pela primeira lâmpada é maior, menor ou igual à que passa na segunda lâmpada? Como explicar esse resultado?

Questão 05

Em um circuito formado por duas lâmpadas idênticas ligadas em paralelo, a corrente em uma das lâmpadas é igual ou diferente à corrente que passa pela outra? Como se pode medir a corrente em cada lâmpada?