As estratégias utilizadas serão:
• Aula interativa;
• Aula conceitual;
• Uso do Laboratório de Informática;
• 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.

Motivação
Neste momento o professor deverá instigar a curiosidade dos alunos sobre o tema a ser estudado e perguntar se eles sabem como que os portões elétricos (residenciais ou prediais) são abertos apertando apenas um botão.

Figura 1 - Portão elétrico

Imagem disponível em: http://www.imoveisregionais.com.br/imoveis/328/fotos/Portão%20eletrônico.jpg. Acesso em: 14 jan. 2009

Após ouvir as opiniões dos alunos, o professor deverá dizer que o funcionamento de um portão elétrico ficará mais claro após a realização da experiência que será realizada nestas aulas.

ATIVIDADE 1:

Após as discussões apontadas acima, e estando os alunos organizados em duplas ou trios, o professor deverá apresentar o Recurso (que traz um experimento ) aos alunos.
 

Eletroimã

Figura 2 – Representação do experimento: um prego enrolado por um fio conduzindo corrente produz um campo magnético que interfere numa bússola

A idéia deste experimento é enrolar um pedaço de fio condutor em um prego e ligar uma pilha para que passe corrente pelo fio. Nesta configuração geométrica do fio condutor (Fig. 2), a corrente elétrica gera um campo magnético no sentido perpendicular a uma seção reta do prego, fazendo com que apareçam polaridades norte e sul definidos - ficando a ponta do prego com uma polaridade e a cabeça do prego com outra, como se fosse um ímã natural.

 Para a realização deste experimento serão necessários os  materiais apresentados na Tabela 1 abaixo.

Tabela 1 – Lista de Materiais

No processo de montagem do experimento, o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:

• Coloquem a bússola sobre uma mesa plana e longe da influência de campos magnéticos que não o terrestre, como por exemplo, altofalantes.
• Agora para fazerem o solenóide, vocês deverão enrolar o fio condutor no prego (Fig. 3) ou em qualquer outro objeto maciçamente feito de aço, como por exemplo, um arame. É necessário deixar livre as pontas do fio condutor, com medidas de aproximadamente 2 cm de comprimento com as extremidades descascadas, para a conexão com a pilha.
• Liguem os pólos do eletroímã à pilha. Aproximem o eletroímã da lateral da bússola e façam movimentos circulares em torno dela para observarem o movimento da agulha.
• Aproximem o eletroímã de pequenos objetos metálicos com pesos e tamanhos diferentes para observarem a intensidade da força de atração.

Figura 3 - Solenóide feito com um prego, fio e pilha.

Imagem disponível em: static.hsw.com.br/gif/electromagnet-nail.gif. Acesso em: 14 jan. 2009

É importante que o professor caminhe pela sala e que ajude os alunos sempre que necessário, os incentivando a ajudarem uns aos outros.

Assim que os alunos concluirem a montagem do experimento, sugerimos ao professor a realização das seguintes atividades com os alunos:

1) Para detectarmos se o campo magnético foi criado, podemos utilizar uma bússola como aparelho de teste. Portanto, se o campo magnético for criado, ao se aproximar o prego da bússola, sua agulha defletirá de sua posição de repouso. Para se verificar a polaridade deste campo magnético, basta que se façam testes de repulsão e atração. Pode-se então verificar que cada lado do eletroímã tem uma polaridade distinta, ou seja, um lado será o norte e o outro lado o sul. Poderemos ver que é possível criarmos um ímã com as mesmas características de um ímã natural, fazendo uso da eletricidade.

2) Outro teste que poderá ser feito é o da intensidade do campo. Como visto na atividade anterior, a intensidade do campo magnético aumenta quando um núcleo ferromagnético é colocado dentro do solenóide, devido ao alinhamento de seus dipolos. Para testar a intensidade do campo magnético, primeiro iremos aproximar o eletroímã da bússola e de pequenos objetos metálicos, como clipes de papel, moedas, pregos pequenos etc. Depois retiraremos o núcleo ferromagnético (prego) sem desenrolar o fio que está sobre ele, mantendo-se o formato de solenóide. Aproximamos novamente o solenóide da bússola e dos objetos metálicos a fim e comparar a intensidade do campo magnético. Será fácil notar que a intensidade do campo magnético do solenóide com o núcleo de ferro (eletroímã) é mais forte do que o campo magnético do solenóide sem o núcleo. O eletroímã consegue por vezes levantar objetos que o solenóide não consegue, e também consegue interferir com a agulha da bússola de uma distância maior do que a do solenóide.

Ao término destas atividades, retome a pergunta inicial da aula (a dos portões elétricos) e favoreça que eles cheguem a conclusão de que: esses portões abrem devido há um eletroímã colocado dentro da trava de fechamento do portão; quando é apertado o botão para abri-lo, é liberada uma corrente que passa pelo eletroímã, o qual cria um campo magnético que atrai a trava e abre o portão.

CURIOSIDADES:
O professor poderá fazer o seguinte questionamento aos alunos: “Quando o imã é aquecido ou resfriado aumenta ou diminui sua capacidade magnética para atrair metais. E quais metais ele atrai?”

É importante que o professor incentive a discussão entre os alunos a respeito desta pergunta e favoreça a compreenção dos alunos a idéia de que os materiais atraídos pelos ímãs são classificados como ferromagnéticos. Notadamente, têm essa característica o Ferro, o Níquel, o Cobalto e alguns de seus compostos. Para um ímã manter suas propriedades magnéticas, ele precisa que seus ímãs elementares (átomos ou moléculas) possuam uma organização suficiente para que o campo de cada ímã elementar se some ao do seu vizinho e assim sucessivamente e tenhamos um campo magnético resultante apreciável. Quando aquecemos demais o material ele perde suas propriedades magnéticas, devido ao grande aumento de agitação molecular causado pelo aquecimento, o que desarranja e muda seu estado de organização dos ímãs elementares. O resfriamento tende a diminuir a energia térmica das partículas e por isso favorecer relativamente à organização do campo magnético resultante do ímã, representado na figura 4.

Figura 4 – Imã e seu campo magnético
Imagem disponível em: http://www.iped.com.br/sie/uploads/8353.jpg. Acesso em: 14 jan. 2009
 

Recursos complementares

Teoria e experimentos:
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=1102
http://educacao.uol.com.br/fisica/forca-magnetica-carga-em-movimento.jhtm