• Familiarizar-se com o conceito de Potência elétrica e analisar o consumo de energia em dispositivos elétricos;
• Conhecer o efeito Joule e suas aplicações em situações do cotidiano;
• A representação gráfica de circuitos elétricos e normas técnicas de instalações residenciais.

4 horas/aula

• Carga elétrica e corrente elétrica;
• Lei de Ohm;
• Resistência elétrica e resistividade;
• Circuitos elétricos simples e associação de resistores;
• Medidores elétricos;
• Símbolos convencionais.

PREPARAÇÃO DA AULA:

Esta aula utilizará a rede social Facebook como ferramenta pedagógica. Assim, o professor deverá criar uma conta para a turma nesta rede social e certificar-se de que todos os alunos sejam adicionados. Será necessário que todos os alunos possuam um email pessoal. Sugere-se, então, que esta etapa seja realizada junto com os discentes antes de iniciar as atividades dessa aula. O docente poderá utilizar um projetor data-show para que todos visualizem seus passos e participem deste processo. Tutorais para a criação de uma conta no Facebook são indicados nos recursos complementares.

 

ATIVIDADE 1: A potência de dispositivos elétricos: entendendo quanto de energia elétrica minha casa consome por mês.

PREPARAÇÃO DO AMBIENTE:

Para o desenvolvimento desta atividade, serão necessários computadores com os objetos educacionais disponibilizados, caderno e lápis ou caneta para anotações. O professor deverá combinar com a turma as seguintes regras:

- Divisão dos alunos em duplas ou trios;

- Atenção e empenho durante o manuseio dos objetos educacionais;

- Participação de todos durante a atividade na sala de aula e na tarefa realizada via rede social;

- Respeitar a opinião dos colegas.

ORIENTAÇÕES QUANTO AO USO DOS SOFTWARES:

Nesta atividade serão utilizados os seguintes objetos educacionais:

1.     A física e o cotidiano - Laboratório virtual: Consumo de Energia

Neste recurso o aluno terá a sua disposição a planta de uma casa e escolherá os aparelhos elétricos que ela possui, de acordo com a sua realidade, ou seja, o consumo máximo informado pelos usuários. Este valor é destacado na figura 1, que mostra a interface do objeto educacional. O arquivo encontra-se disponível para download no Portal do Professor no link http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=33265, mas também pode ser acessado online.

Figura 1: Interface do objeto educacional A física e o cotidiano - Laboratório virtual: Consumo de Energia.

Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=33265

1.     WebCMap

Este recurso proporciona a construção de mapas conceituais de maneira bem simples, e está disponível para uso no Portal do Professor através do seguinte endereço eletrônico: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/13159/open/file/editor_mc1011.swf?sequence=3. Mais informações sobre a utilização dos mapas conceituais podem ser encontras nos sites sugeridos nos Recursos Complementares da aula.

DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE:

O professor iniciará a atividade fazendo os alunos refletirem sobre o conceito de potência.

“Para se medir a rapidez com que se realiza um certo trabalho, define-se uma grandeza denominada potência.”

Fonte: Curso de física 2, Máximo e Alvarenga, 3ª. Edição, Editora Habra – Capítulo 9, Conservação de Energia.

Sugestão: Três duplas de alunos são chamadas para a frente da sala, cada um deles portando um celular. O professor dará um intervalo de um minuto para que um dos integrantes da dupla ligue o máximo de vezes que puder para o segundo integrante. As ligações não serão atendidas, mas apenas registradas no celular do colega. Ao final de um minuto, o professor copiará na lousa o número de ligações não atendidas de cada dupla e encontrará o número de ligações/minuto que representará a eficiência do aluno que ligou e o docente relacionará ao conceito de potência. Qual delas foi a dupla com maior potência?

No caso de circuitos elétricos, o trabalho referido é igual a energia cedida pelo campo elétrico devido a diferença de potencial entre as extremidades do circuito. O professor deverá desenvolver esta linha de raciocínio com a turma até encontrar a segunda maneira de escrever potência: P = iV, onde P = potência, i = corrente e V = diferença de potencial. Esta última fórmula encontra a potência desenvolvida por um dispositivo elétrico, que está ligada ao consumo de energia elétrica.

Além da definição de potência, o professor deverá conversar com os discentes também sobre as transformações de energia que existem em circuitos/sistema que fazem parte do dia-a-dia dos alunos. De uma maneira geral, os dispositivos elétricos transformam energia elétrica em outras formas de energia. Deverá ser perguntado aos alunos quais seriam estas outras formas de energia.

Após esta conversa inicial, os alunos serão convidados a utilizar o objeto educacional A física e o cotidiano - Laboratório virtual: Consumo de Energia organizados em duplas ou trios. O recurso pede que o usuário informe o valor do consumo máximo da residência. Como os alunos ainda não tem noção da quantidade “potência”, peça que eles informem o valor que eles acreditam ser gasto por mês em suas casas. Durante o uso do recurso eles poderão modificar este valor se julgarem necessário. Chame a atenção dos alunos para o fato do medidor de energia preferencialmente se posicionar na cor verde para melhor desempenho e segurança da instalação elétrica.

Solicite que os alunos façam anotações dos valores finais da simulação no recurso.

Para organizar as informações encontradas e, assim, o novo conhecimento adquirido sobre potência, os discentes trabalharão com mapas conceituais através do software WebCMap. A figura 2 traz um exemplo de como utilizar um mapa conceitual para organizar o conhecimento sobre eletromagnetismo. No recurso, os alunos podem preencher os retângulos com informações que julgarem relevantes, assim como adicionar palavras-chaves sobre as setas que ligam os blocos.

Figura 2: Exemplo de como utilizar um mapa conceitual para organizar o conhecimento sobre eletromagnetismo.

Fonte: http://fisicanoblog.blogspot.com.br/.

Os mapas conceituais produzidos deverão ser salvos como arquivo de imagem seguindo o seguinte passo-a-passo:

1.     Ao finalizar o mapa conceitual deve-se apertar o botão Print Screen do teclado (este comando copia a tela do computador - PrtSr);

2.     Abrir um programa de criação de desenhos como o Paint, no Windows, e colar a imagem através do comando “Ctrl+v”;

3.     Apagar as bordas e deixar apenas a parte de interesse da imagem, que é o mapa conceitual. Se necessário, diminuir a área da figura ao redor do mapa conceitual;

4.     Salvar o arquivo em formato PNG ou JPG no desktop ou memória pendrive;

5.     Se possível, enviar a imagem via email para os integrantes do grupo;

Os mapas deverão ser publicados em um álbum na rede social da turma no momento oportuno.

MOMENTO DO ALUNO:

Este será o momento em que os alunos buscarão desenvolver a atividade proposta.

DISCUSSÃO:

Os alunos irão compartilhar os resultados obtidos na simulação do objeto educacional A física e o cotidiano - Laboratório virtual: Consumo de Energia. Deverão ser esclarecidas as dúvidas que possam surgir no momento de discussão e professor poderá apresentar duas ou três questões para serem resolvidas em conjunto com os alunos. O professor poderá aproveitar o momento para falar sobre sustentabilidade e racionalização de energia elétrica, assim como fontes de energia elétrica alternativas.

SISTEMATIZAÇÃO:

O professor formalizará o assunto junto com os alunos pedindo que os alunos escrevam na lousa os assuntos que foram comentados na atividade na ordem em que eles ocorreram. Deverão ser escritas as equações e revisado seus significados e unidades de medida.

Em seguida, o professor explicará aos discentes como ocorrerá a tarefa no Facebook.

Compartilhando e trocando ideias no Facebook

Tarefa 1 - Os alunos deverão pesquisar na conta de energia elétrica o consumo máximo de energia no último mês e comparar com o valor obtido para a residência do recurso.

Tarefa 2 – Publicar os mapas conceituais elaborados durante a atividade. Os colegas deverão observar, curtir e comentar os mapas dos outros grupos. Olhando para os mapas conceituais dos colegas, existe algum conceito que seu grupo não adicionou, mas que você acredita ser importante?

Para a realização das tarefas será dado um prazo de dois dias. O professor deverá motivar a participação de todos nesta ação via rede social e interferir sempre que julgar necessário.

 

ATIVIDADE 2: O efeito Joule: sua aplicação está em todo lugar!

INSTRUÇÕES INICIAIS

Nesta atividade serão necessários computadores com acesso a internet, câmera digital ou celular com câmera, material para a experiência Efeito quente (pilha, fios e palha de aço fina), caderno, lápis ou caneta para anotações. O professor deverá acordar com os alunos a formação de grupos e o empenho de todos na criação do Podcast.

2.1 Mas o que é esse tal de Efeito Joule?

O docente iniciará esta atividade realizando a experiência Efeito quente com os alunos organizados em grupos. O procedimento e maiores detalhes poderão ser encontrados no Portal do Professor no site http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18040. Na figura 3 observa-se a queima de uma pequena bola de palha de aço fina devido o efeito Joule.

Figura 3: Experimento Efeito quente.

Fonte: Produzida pelo autor.

Solicite que os alunos registrem o que é observado com o uso da câmera (um pequeno filme ou fotografia). Após a realização do experimento, pergunte aos alunos: Por que isto ocorre? Por que a palha de aço pega fogo ao ser tocada pelos terminais do fio?

O docente deverá escutar algumas explicações apresentadas pelos grupos e registrá-las na lousa.

OBS.: Cuidados devem ser tomados devido ao manuseio de fogo. Peça aos alunos que retirem de perto qualquer tipo de material de fácil combustão. Também solicite que as meninas prendam os cabelos durante o experimento.

2.2 Vamos pesquisar!

Os grupos deverão realizar uma pesquisa na internet visitando os seguintes sites:

Efeito Joule

http://www.brasilescola.com/fisica/efeito-joule.htm

Efeito Joule

http://www.infoescola.com/fisica/efeito-joule/

O efeito Joule

http://www.alunosonline.com.br/fisica/o-efeito-joule.html

O efeito joule e suas aplicações

http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/o-efeito-joule-suas-aplicacoes.htm

Os discentes deverão anotar em seus cadernos fatos relacionados às seguintes expressões enquanto exploram os sites:

a.      Isso é interessante;

b.     Eu já sabia disso;

c.      Eu não sabia disso;

d.     Eu não entendi.

2.3 Aprendendo juntos sobre o Efeito Joule

Após o espaço reservado a pesquisa, os alunos irão conversar sobre o efeito Joule apresentando para os amigos suas anotações. Eles irão compartilhar fatos que acharam interessantes, já sabiam ou que aprenderam durante a pesquisa. Se o aluno já sabia, peça que ele compartilhe como ficou sabendo. O professor participará esclarecendo as dúvidas e corrigindo os alunos, caso citem conceitos físicos aplicados de maneira inadequada.

Por fim, o docente deverá relacionar o efeito Joule à experiência do início da atividade fazendo novamente a pergunta: Por que a palha de aço pega fogo ao ser tocada pelos terminais do fio? Se não foi ainda comentado, levante a questão do uso do efeito Joule no funcionamento dos fusíveis e disjuntores. Este exemplo ajudará os alunos na próxima atividade.

Verifique junto com os alunos se alguma das explicações registradas na lousa está correta. Se possível, exponha rapidamente aos alunos o motivo pelo qual algumas hipóteses estão equivocadas.

2.4 Produzindo um Podcast

Cada grupo deverá selecionar uma aplicação do Efeito Joule e criar um Podcast de 5 minutos para ser publicado na rede social explicando como este efeito ajuda no funcionamento do sistema. Assim que a equipe escolher o tema (sugere-se que a equipe realize uma pesquisa) deverá comunicá-lo no Facebook através de um comentário. Se outra equipe selecionar o mesmo tema, aquela que tiver comunicado primeiro ficará com a aplicação selecionada e a outra equipe deverá procurar outro caso. As aplicações não poderão ser repetidas.

Solicite aos grupos que procurem aplicações interessantes e que não tenham sido comentadas durante a atividade. Por exemplo, o efeito Joule no corpo humano. Será dado um prazo de uma semana para a produção do Podcast. Mais informações sobre a criação de Podcasts pode ser encontradas nos Recursos Complementares da aula.

 

ATIVIDADE 3: Projeto eletrotécnico: avaliando instalações elétrica residências

INSTRUÇÕES INICIAIS

Esta atividade será dividida em duas etapas. Na primeira etapa, será necessário o uso de computadores com o objeto educacional disponibilizado, caderno, calculadora e caneta ou lápis  para a realização dos cálculos. A segunda etapa, que acontecerá na sala de aula, necessita de apenas um computador e projetor data-show para que as equipes apresentem seus projetos aos colegas.

3.1 Etapa 1: A importância da potência dos dispositivos nos circuitos elétricos

Esta é uma etapa preparatória para o projeto eletrotécnico. Através da navegação no recurso A física e o cotidiano - Laboratório virtual : Circuitos Elétricos, busca-se enfatizar aos alunos o quanto é importante o conhecimento da potência dos componentes do circuito para que este funcione de uma maneira apropriada e segura. Os discentes perceberão isto devido a queima de determinados componentes ao montarem os circuitos virtuais de maneira inadequada. A interface do objeto educacional, que está disponível para download no site do Portal do Professor http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=33266, pode ser vista na figura 4.

Figura 4: Interface do objeto educacional A física e o cotidiano - Laboratório virtual : Circuitos Elétricos.

Fonte: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/17508/index.html?sequence=114

O professor deverá estar atento as dúvidas que surgirão neste momento, ajudando os alunos tanto no uso do recurso quanto no esclarecimento de dúvidas a respeito do conteúdo.

3.2 Etapa 2: Aplicando o conhecimento adquirido: Projeto eletrotécnico

A realização do projeto eletrotécnico será fundamentada nas informações fornecidas no manual de Instalações Elétricas Residenciais disponível para download no site http://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0190/Manual_Instalacao_Eletrica.pdf, e que será indicado como fonte de pesquisa para os aspirantes a eletrotécnicos, os alunos.

Resumindo o objetivo do projeto eletrotécnico, os alunos irão planejar a instalação elétrica da casa de um dos integrantes do grupo seguindo as normas do manual e comparar com a instalação elétrica atual do imóvel. Eles deverão verificar e registrar o que está ou não de acordo com os protocolos permitidos incluindo: número de tomadas nos compartimentos, potência de iluminação dos ambientes e distribuição dos circuitos no quadro de disjuntores. As observações e conclusões dos eletrotécnicos sobre a instalação elétrica da casa avaliada será apresentada em forma de seminário para os colegas. Para isto, os grupos deverão elaborar uma apresentação com um software específico para este fim (PowerPoint, no sistema operacional Windows) organizando os dados coletados e calculados.

Roteiro do Projeto:

1. Escolher a casa que será avaliada e fazer medições da área de cada compartimento e terreno externo (no caso de apartamento desconsidere este último item);

2. Desenhar a planta baixa da casa em uma folha de papel A3 na escala mais apropriada (poderá ser utilizada uma cartolina). Ver imagem da página 16 do manual como exemplo;

3. Fazer a leitura inicial da página 6 a 15 do manual;

4. Calcular a potência de iluminação para cada cômodo elaborando uma tabela semelhante aquela apresentada na página 18 do manual. Ler as normas apresentadas na página 17;

5. Encontrar o número mínimo de pontos de tomada através das normas descritas nas páginas 19 à 22 e elaborar uma tabela semelhante aquela mostrada na página 23;

6. Em seguida, uma única tabela deverá ser formada unindo os dois conjuntos de dados anteriores. Ver tabela da página 24;

7. Fazer o levantamento da potência ativa total, como o exemplo da página 25;

8. De acordo com o valor encontrado no item anterior, definir o tipo de fornecimento e tensão com quais deveria ser fornecida a casa. Ver páginas 26 e 27;

9. Entender o que é um quadro de distribuição e conhecer os tipos de disjuntores através da leitura das páginas 31 à 39. Em seguida, tirar uma fotografia do quadro de distribuição (ou chave geral) da casa e tentar identificar os tipos de disjuntores utilizados;

10. Observar como é estabelecida a divisão das instalações elétricas no quadro de distribuição através das informações das páginas 47 e 48 e definir como seria esta divisão no imóvel em questões levando em consideração os dados calculados anteriormente. Observe como essa informação foi adicionada na tabela da página 49;

11. Utilizar a simbologia gráfica das páginas 52 a 56 na planta baixa da casa produzida no item 2 para registrar como deveria ser a instalação elétrica de acordo com as normas. Ver exemplos nas páginas 75 e 85 do manual;

12. Fazer uma tabela comparando o que é previsto pelas normas e o que foi encontrado na casa;

13. Fazer conclusões sobre a instalação elétrica da residência em estudo.

O professor deverá ajudar os alunos nas dúvidas que surgirem durante o andamento do projeto e acompanhar o desenvolvimento do mesmo. Isto poderá ocorrer pessoalmente ou através da rede social (no caso de esclarecimentos que ajudem a todos os grupos).

Deverá ser estipulado um prazo para a realização do projeto e apresentações dos seminários. Sugere-se um período mínimo de duas semanas.

Após as apresentações, solicite que os alunos compartilhem sua impressões sobre a realização do projeto no facebook.

Sugestões de links para alunos

Entenda como funciona o Facebook

http://g1.globo.com/Noticias/Tecnologia/0,,MUL1313595-6174,00-ENTENDA+COMO+FUNCIONA+O+FACEBOOK.html (Sugestão do Portal do Professor).

Como fazer vídeos:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/conteudoJornal.html?idConteudo=387

“Tutorial: Como fazer um podcast? Aula 1.”

http://www.gaveteiro.com/tutoriais/video-aula-como-fazer-um-podcast/

“Justale podcast”

http://www.justalepodcast.blogger.com.br/crie.htm

Sugestões de links para professores

Facebook para Educadores  

http://educotraducoes.wordpress.com/2012/05/06/facebook-para-educadores/

Criar conta Facebook

http://www.criarblogs.net/criar-conta-facebook/

Tutorial: Facebook criar conta

http://www.youtube.com/watch?v=Zw7XHn0906E

Entenda como funciona o Facebook

http://g1.globo.com/Noticias/Tecnologia/0,,MUL1313595-6174,00-ENTENDA+COMO+FUNCIONA+O+FACEBOOK.html

Como usar as redes sociais a favor da aprendizagem

http://revistaescola.abril.com.br/gestao-escolar/redes-sociais-ajudam-interacao-professores-alunos-645267.shtml (Sugestão do Portal do Professor).

“Mapas conceituais como ferramentas de aprendizagem”

http://educador.brasilescola.com/trabalho-docente/mapas.htm

 “Aplicação de mapas conceituais em sala de aula”

http://www.microsoft.com/brasil/educacao/parceiro/mapa_conceitual.mspx

Podcast e a aprendizagem

http://www.educared.org/educa/index.cfm?pg=internet_e_cia.informatica_principal&id_inf_escola=667(Sugestão do Portal do Professor).

Links do portal que podem ser consultados pelo professor no planejamento de sua aula

Como fazer vídeos:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/conteudoJornal.html?idConteudo=387

Podcast: produções de áudio para educação deforma crítica, criativa e cidadã

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/materiais/0000012621.pdf

 

Observação: TODOS OS SITES DESTA AULA FORAM ACESSADOS EM 27/01/2013.

Na atividade 1, o docente deverá verificar tanto se os alunos compreenderam o conceito de potência elétrica e sua relação ao consumo de energia devido ao uso de aparelhos elétricos quanto a transformação da energia elétrica em outras formas de energia, avaliando a relevância dos comentários dos alunos no momento de discussão após a simulação no objeto educacional e na rede social, assim como os mapas conceituais produzidos pelos grupos. Na atividade 2, deverá ser averiguado se o efeito Joule ficou esclarecido para os alunos, observando suas conclusões frente ao experimento realizado e confiança ao relacionar este efeito a aplicações selecionadas pelos discente. Na atividade 3, o docente deverá certificar-se de que os alunos assimilaram as normas de instalações elétricas residenciais e perceberam a sua importância, assim como a necessidade do cálculo da potência elétrica, no planejamento destas instalações para um bom funcionamento e segurança. Para isto, deverá ser avaliado não apenas o desempenho dos alunos durante o manuseio do laboratório virtual, mas também a produção do projeto, principalmente as conclusões apresentadas pelos alunos.