Com estas aulas os alunos poderão compreender o que é "Indução eletromagnética", através de um experimento muito curioso e simples.

* Imã; * Corrente elétrica.

As estratégias utilizadas serão:
• Aula interativa;
• Aula conceitual;
• Uso do Laboratório de Informática ou Sala de Vídeo, pois o vídeo proposto pode ser salvo em DVD;
• Desenvolvimento de um experimento. Observamos que o professor deverá solicitar previamente aos alunos os materiais (como segue na Tabela 1 abaixo) necessários para a realização do experimento nestas aulas.

Motivação:

Sugerimos que o professor, após pedir para que os alunos formem grupos de quatro a cinco integrantes, pergunte a eles se sabem como o gerador (Fig. 1) de uma usina hidrelétrica produz energia elétrica.

Figura 1 – Gerador de uma usina hidrelétrica.
Imagem disponível em: http://www.miniweb.com.br/Geografia/Artigos/hidrografia/imagens/elefante_branco.jpg. Acesso em: 04 Set. 2009

Após, ouvir as opiniões dos alunos, o professor deverá dizer que esta questão poderá ser esclarecida durante o decorrer destas aulas.

Atividade 1

Neste momento, o professor deverá pedir para os alunos acessarem o recurso, postado abaixo, que se trata de um vídeo (Fig. 2) de 1 minutos e 44 segundos, cujo objetivo é demonstrar o funcionamento de um gerador elétrico movido por uma roldana construído com imãs, bobinas e alguns equipamentos.

Recurso: Gerador elétrico manual
Link do Recurso no site do Youtube:

http://www.youtube.com/watch?v=s_klDmnk0Ek

Figura 2 – Imagem do vídeo.

Sugestão: O professor, se preferir, poderá gravar o vídeo em DVD e apresentá-lo aos alunos na Sala de Vídeo da escola, de forma que todos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Para demonstrar a criação de uma corrente elétrica nesta experiência, é utilizado um sistema de imãs que induzem corrente elétrica em oito bobinas. Estes imãs são girados por uma manivela que ao criar a corrente elétrica acende as lâmpadas ligadas ao experimento.

Pergunte aos alunos se o funcionamento deste experimento tem alguma relação com o gerador das usinas hidrelétricas. Após ouvir as opiniões do alunos, sugerimos que os alunos, em duplas, realizem uma pesquisa, na internet e em livros, sobre o funcionamento de um gerador elétrico usado nas usinas hidrelétrica. Abaixo segue sugestões de sites nos quais estas pesquisas poderão ser feitas.

Sugestões de sites para a pesquisa:

http://ciencia.hsw.uol.com.br/usinas-hidreletricas1.htm

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

http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/energia-hidrica/energia-hidreletrica-2.php

http://www.scribd.com/doc/3614558/Fisica-PreVestibular-Impacto-Geradores-Eletricos

Com a pesquisa finalizada, debata sobre o funcionamento dos geradores conforme as informações obtidas pelos alunos nas pesquisas e os questione sobre se é possível criar um gerador, deste mesmo modelo ( do experimento), que possa ser potente a ponto de sustentar uma casa. Após discutir com os alunos sobre está ideia, informe-os que para sustentar uma casa precisaríamos de um gerador muito mais potente que este e com equipamentos bem mais caros, pois esse gerador somente consegue produzir Energia Elétrica capaz de acender algumas lâmpadas. Portanto, ficando inviável a sua construção e de pouca vantagem.

Utilizando a ideia do funcionamento de um gerador, questine os alunos se é possível construir um equipamento muito útil utilizando o mesmo conceito dos geradores (Indução Eletromagnética).

Atividade 2

Após estudar o funcionamento dos geradores na atividade anterior, nesta iremos utilizar a ideia do funcionamento dos geradores e criar uma pequena lanterna que funciona sem pilha ou bateria.

Neste momento, o professor deverá apresentar o recurso (que se trata de uma experiência) postado abaixo.

Recurso: Lanterninha
Link do Recurso no site Ponto Ciência:
http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=11&LANTERNINHA#top

Este experimento (Fig. 3) consiste em demonstrar que podemos criar energia elétrica utilizando para isso um imã.

Figura 3 – Equipamentos da experiência.
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/8a63484beba38ae8d56711d170dd7e4c.gif. Acesso em: 04 Set. 2009

Para motivar os alunos na realização deste experimento, sugerimos que o vídeo (Fig. 4), postado abaixo (que apresenta esta experiência), com duração de 30 segundos seja apresentado aos alunos.

Link do Vídeo – A Lanterninha
http://www.youtube.com/watch?v=kE2tI4sQLNw. Acesso 04 Set. 2009

Figura 4 – Imagem do vídeo.

Sugestão: O professor, se preferir, poderá gravar o vídeo em DVD e apresentá-lo aos alunos na Sala de Vídeo da escola, ou mesmo na sala de aula, de forma que todos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Conforme o vídeo mostra, neste experimento iremos construir uma lanterna que funciona sem pilhas e para que ela funcione criaremos uma corrente elétrica de baixa intensidade.

Observamos que a lista de materiais necessários para a realização desta experiência encontra-se na Tabela 1 abaixo.

Tabela 1 – Lista de Materiais

Figura 5 – Pré-formas de garrafas PET.
Imagem disponível em: http://www.uniwapp.com.br/admin/4E/arquivos/35/foto/pre-formapet.jpg. Acesso em: 09 set. 2009

Em relação à montagem do experimento, o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:

• Enrolem fita crepe um polegar abaixo do anel do bico da pré-forma de PET, de modo que se forme uma “barreira” para quando for enrolar o fio ( Fig. 6).

Figura 6 – Marcando a área da bobina.
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/e5037d068dadbe6732a9525d0160ba30.gif. Acesso em: 31 ago. 2009

• Enrolem aproximadamente umas 20 voltas de fita crepe. Um polegar abaixo de sua “barreira”, façam uma nova “barreira” com aproximadamente 20 voltas de fita crepe (Fig. 7).

Figura 7 – Marcando a área da bobina.
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/5c7d521abb1caebe91ff95b4472a8df7.gif. Acesso em: 31 ago. 2009

• Depois de feitas as “barreiras”, é hora de começar a enrolar o fio. Enrolem de forma organizada para que o fio não saia pra fora das “barreiras” (Fig. 8). Lembrem-se que quanto mais voltas você der maior será a corrente induzida gerada, e melhor será a visualização do efeito. Cerca de 200 voltas é suficiente. As bobinas geralmente são formadas por várias camadas de fios, assim, se necessário, emende uma ponta de fio em outra, não se esqueça de raspar as pontas dos fios antes de emendá-los, pois o fio é esmaltado.

Figura 8 – Fazendo a bobina.
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/ee118ffdfe46361c8fbb04b6aab757dc.gif. Acesso em: 31 ago. 2009

• Após ter enrolado todo o fio, deixem sobrar uma outra ponta, e passem uma camada de fita crepe por cima da bobina que foi feita (Fig. 9).

Figura 9 – Finalizando a bobina
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/4fadf0d9feeca6f494eb0706da974a2b.gif. Acesso em: 31 ago. 2009

• Coloquem o ímã no interior da pré-forma de PET (Fig. 10).

Figura 10 – Colocando o imã.
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/6783547ba1616d99289e17e168732b02.gif. Acesso em: 31 ago. 2009

• Agora é só raspar as pontas de fio que estão sobrando e ligar ao LED branco (Fig. 11), balancem de forma que o ímã suba e desça em seu interior. Observe que o LED branco va i piscar.

Figura 11 – Ligando o LED
Imagem disponível em: http://www.pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/70148d748d0bceb0d2be1a246bafedd5.gif. Acesso em: 31 ago. 2009

Pergunte aos alunos o por que devemos balançar o imã de cima para baixo, o que é LED e o que o faz acende-lo.
Sobre a indução eletromagnética ajude a compreender que a variação do fluxo do campo mag nético no interior de uma espira (Fig. 12) gera nessa um campo elétrico variável que pro duz uma corrente elétrica induzida no interior da espira. De acordo com o número de espiras e a rapidez como oco rre à variação do campo magnético, o campo elétrico variável pode gerar uma voltagem suficiente para acender um LED (cerca de 1,5 a 3,3V ) .

Figura 12 – Espira.
Imagem disponível em: http://servlab.fis.unb.br/matdid/1_1999/Alex-Jair/guias/magnetis/espira.jpg. Acesso em: 09 set. 2009

Em relação sobre os LEDs, os ajude a compreender que o LED é um diodo (dispositivo eletrônico) emissor de luz. Por ser um diodo, o LED possui polaridade, ou seja, só permite a passagem de corrente elétrica em um único sentido. Na lanterna feita a partir da pré-forma de uma garrafa PET, essa característica do LED faz com que ele só brilhe quando o ímã sobe ou, ao contrário , só brilhe quando o ímã desce. O sentido permitido para circulação da corrente elétrica induzida varia em função do modo como você ligou os terminais do LED às extremidades do fio usado como bobina. Esse sentido pode ser determinado pela “regra da mão direita”.

Neste momento, retome a pergunta inicial (dos geradores) e favoreça com que os alunos compreendam que o gerador é um dispositivo que funciona com base nas leis da Indução Eletromagnética. Em sua forma mais simples, ele consiste numa espira em forma de retângulo. Ela fica imersa num campo magnético e gira em torno de um eixo perpendicular às linhas desse campo.

No experimento feito pelos alunos a variação do Campo Magnético do imã cria a corrente elétrica capaz de acender o LED, já no caso do gerador quando fazemos a espira girar com movimento regular, o fluxo magnético que atravessa sua superfície varia continuamente. Surge assim, na espira, uma corrente induzida periódica. A cada meia volta da espira o sentido da corrente se inverte, por isso ela recebe o nome de corrente alternada ⁽¹⁾.

A indução eletromagnética pode ser visualizada também em algum utensílios elétricos da nossa casa, como por exemplo, ventiladores (Fig. 13), ar condicionado, batedeira etc.

Figura 13 – Ventilador.
Imagem disponível em: http://hypedesire.blogtv.com.pt/img/Image/HypeDesire/2007/Novembro/ventilador5.jpg. Acesso em: 25 set. 2009

Portanto, a Indução Eletromagnética é essencial para a sociedade, pois além de nos proporcionar com simples equipamentos elétricos, ela nos fornece Energia Elétrica, através das usinas hidrelétricas, térmicas, eólicas etc, pois todas essas usinas produzem energia elétrica utilizando o mesmo conceito.

SUGESTÃO

professor poderá fazer os seguintes questionamentos aos alunos: “Suponha que uma bobina esteja ligada a outra, como indica a figura 14. Se você fizer um desses imãs oscilar, o que deverá acontecer com o outro?”.

Figura 14 – Demonstração.

É importante que o professor incentive a discussão entre os alunos a respeito desta pergunta, bem como medie esta, favorecendo a formação da construção do saber de que, quando o ímã entra em uma bobina, a corrente nela induzida passa para a outra, que atua sobre o ímã que está dentro e faz com que ele seja puxado para dentro ou empurrado para fora dela (esse movimento depende da polaridade dos ímãs dentro da bobina) ⁽²⁾.

Referências Bibliográficas

(1) Sala de Física. Energia Hidrelétrica. Disponível em: < http://br.geocities.com/saladefi sica5/leituras /hidreletrica.htm >. Acesso em: 04 Set. 2009.
(2) Gaspar, Alberto. Física 1º Edição. p. 508, 2008.

Teoria e experimentos:
http://br.geocities.com/saladefisica5/leituras/hidreletrica.htm

Avalie a participação dos alunos no desenvolvimento do experimento, nas discussões, nas pesquisas e peça para os grupos listarem cinco (5) invenções que utilizem a Indução eletromagnética e entreguem na próxima aula.