Interpretar a 1ª Lei de Ohm;

Identificar os fenômenos elétricos presentes no funcionamento de uma lâmpada incandescente;

Resolver matematicamente problemas que envolvam a Lei de Ohm.

Corrente elétrica;

Efeitos da corrente elétrica;

Elementos de um circuito elétrico;

Resistores.

Estratégias de ensino:

- Aula experimental;

- Aula interativa com recursos de multimeios.

Materiais:

- Multímetro;

- Quadro de luz;

- Substituidor de pilha;

- Potenciômetro;

- Lâmpada de 3,9V/0,3A.

Introdução à aula:

Instigue os alunos comentando que um dos primeiros usos práticos da energia elétrica foi a iluminação. Pergunte se eles sabem como funciona uma lâmpada incandescente.

Figura 1: Filamentos de tungstênio incandescentes

Disponível em: http://aqueceoglobo.zip.net/ acesso em 12/09/2010 

Comente com eles que para entender a lâmpada é importante compreender como a corrente elétrica está relacionada com a diferença de potencial e resistência. Para isso, você poderá introduzir a aula contando um pouco sobre a história do físico alemão Georg Simon Ohm. É também importante deixar claro para os alunos, caso ainda não tenham estudado indução eletromagnética - geradores elétricos - que brevemente irão compreender como surge o potencial elétrico. A seguir você encontra alguns materiais sobre o assunto:

http://educacao.uol.com.br/biografias/georg-simon-ohm.jhtm acesso em 12/09/2010 

http://pessoal.educacional.com.br/up/50280001/2756140/t1315.asp acesso em 12/09/2010

http://www.explicatorium.com/Georg-Ohm.php acesso em 12/09/2010

1ª Lei de Ohm:

Você poderá utilizar o recurso 1 para comprovar a 1ª Lei de Ohm. Este recurso possibilita variar a diferença de potencial fornecida pela fonte ou variar a resistência do circuito mexendo em um potenciômetro.

Ley de Ohm 

Recurso 1: Comprovação da Lei de Ohm

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=26855  acesso em 12/09/2010

Atividade 1 - Laboratório de informática:

Organize os alunos em duplas e disponibilize o recurso 1. Peça para que eles escolham um valor para a diferença de potencial e anotem o valor escolhido. Depois, eles deverão variar o valor da resistência - mantendo fixa a ddp - e anotar o que ocorre com a corrente. O objetivo é perceber que quando a diferença de potencial é constante, a corrente é inversamente proporcional ao valor da resistência.

Agora inverta o processo. O valor da resistência deverá ser anotado e mantido fixo e o valor da diferença de potencial deverá ser variada. Pergunte o que ocorre com a corrente neste caso. O objetivo é que eles percebam que quando a resistência é constante, a corrente é diretamente proporcional a diferença de potencial.

Outro recurso interessante é o recurso 2. Neste recurso é possível variar a resistência e a diferença de potencial. Os instrumentos de medida associados no circuito possuem valores máximos de funcionamento. Estes valores máximos podem ser variados. Logo, quando a corrente excede o valor máximo suportado pelo amperímetro, este irá queimar. Os valores da tensão sobre o resistor e da corrente que transita pelo circuito são apresentados abaixo dos campos onde a resistência e a tensão são controlados. Peça aos alunos que variem estas grandezas e que assim percebam o que ocorre no circuito.

Lei de Ohm 

Recurso 2: Lei de Ohm

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22699 acesso em 12/09/2010 

Calculando matematicamente a resistência de um material:

Apresente estas tabelas para seus alunos e oriente-os que as completem utilizando a primeira lei de Ohm. Ao final, eles deverão verificar qual dos elementos possui caráter ôhmico,

Tabela 1: Dispositivo ôhmico

Tabela 2: Dispositivo não ôhmico

Funcionamento de uma lâmpada incandescente:

Para apresentar para os alunos como funciona uma lâmpada elétrica, lembre com eles o modelo atômico de Rutherford-Bohr. Relembre o conceito de salto quântico (excitação eletrônica) e emissão de fótons no retorno dos elétrons para as camadas internas. Você poderá encontrar mais informações sobre esses fenômenos no site a seguir: http://casa.hsw.uol.com.br/lampadas.htm   acesso em 12/09/2010

Figura 2: Salto quântico

Disponível em: http://casa.hsw.uol.com.br/lampadas.htm   acesso em 12/09/2010

É necessário também explicar aos alunos que a frequência de radiação de um corpo depende de sua temperatura (radiação do corpo negro). O diagrama a seguir apresenta a frequência de radiação luminosa de acordo com a temperatura. É importante frisar que para uma determinada temperatura o corpo passa a emitir luz visível. Correlacione com seus alunos que o aquecimento do filamento de tungstênio ocorre devido à passagem de corrente elétrica e ao efeito Joule fazendo atingir a temperatura para irradiar no visível.

Figura 4: Radiação do corpo negro

Disponível em: http://fisica.fe.up.pt/fisica12/parte3.html   acesso em 12/09/2010

Outro material bastante explicativo acerca da história da lâmpada elétrica e do seu funcionamento se encontra no link a seguir que o redirecionará para um vídeo do programa do “Mundo de Beakman”. Este recurso é bastante ilustrativo e possui uma linguagem acessível aos seus alunos: http://www.youtube.com/watch?v=RgFyv5cZZDQ   acesso em 12/09/2010

Figura 3: Funcionamento de uma lâmpada incandescente

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=RgFyv5cZZDQ   acesso em 12/09/2010

Atividade 2 - Pesquisa avançada

Muitos alunos possuem a curiosidade de entender melhor as propriedades do átomo. Proponha aos alunos, caso queira que se aprofundem nesses aspectos, uma pesquisa em que relacionem a diferença energética dos subníveis quânticos com a energia do fóton emitido. Peça aos alunos que também investiguem a relação entre a temperatura do corpo negro e a frequência da radiação majoritária emitida por ele.

Atividade 3 - Laboratório experimental

Esta atividade se refere a aula experimental número 8 do recurso 3. Nela você montará um circuito elétrico que contém uma fonte, uma lâmpada, um voltímetro e um potenciômetro. Variando a tensão elétrica no potenciômetro você terá a variação da intensidade luminosa.

Distribuição de energia nos circuitos: aspectos experimentais 

Recurso 3: Experimentos de distribuição de energia elétrica

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=10925    acesso em 12/09/2010

Proposta de discussão:

Oriente aos alunos variar a tensão aplicada sobre o circuito, conforme as orientações do recurso 3, em intervalos constantes. Construa uma tabela com estes dados e a partir do valores obtidos da corrente proponha que construam um gráfico entre corrente e tensão (i X U). Pelo gráfico discuta com eles se a lâmpada, no intervalo de tensão analisado, possui caráter ôhmico. Como sabemos, a lâmpada não é um elemento ôhmico. Após chegarem a essa conclusão, proponha aos alunos que discutam entre si para explicar porque a resistência elétrica da lâmpada aumenta conforme a tensão. Você poderá relacionar com eles a relação entre a temperatura, a vibração da rede cristalina e a resistência do material.

Vídeo educativo que apresenta as relações entre corrente, diferença de potencial, potência e resistância.

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=AB_SWf7mu7U&feature=related acesso em 12/09/2010

Invenção da lâmpada.

Disponível em: http://alvaedison.vilabol.uol.com.br/invencoes.htm acesso em 12/09/2010 

Você poderá avaliar seus alunos através da participação na aula e na entrega de um relatório contendo as conclusões obtidas na realização das atividades 1, 2  e 3.

É importante verificar se os alunos compreenderam a relação entre o modelo atômico, a corrente elétrica e a incandescência do filamento.