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Gaiola de Faraday e a blindagem eletrostática

 

05/01/2011

Autor y Coautor(es)
Guilherme Andre Dal Moro
imagem do usuário

CURITIBA - PR Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Eziquiel Menta

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Ensino Médio Física Equipamentos elétricos e telecomunicações
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Eletroeletrônica
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula

O que é blindagem eletrostática;

Aplicações da blindagem eletrostática.

Duração das atividades
50 minutos
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Conceito de cargas elétricas

Eletrização;

Processos de eletrização;

Campo elétrico.

Estratégias e recursos da aula

Estratégias de ensino:

- Aula interativa com recursos de multimeios;

- Aula conceitual;

- Aula experimental participativa.

Materiais:

PARA A ATIVIDADE 1:

Figura 1: Materiais da atividade 1

Disponível em http://amiga-wwwamigaseternasdafunec.blogspot.com/2009/05/blindagem-eletrostatica.html acesso em 11/11/2010 

- Peneira de plástico;

- Peneira de metal;

- Placa de isopor;

- Meia calça;

- Cano de PVC;

- Pedaços de papel;

PARA A ATIVIDADE 2:

Figura 2: Materiais atividade 2

Imagem do próprio autor.

- Dois celulares que possam realizar e receber ligações;

- Caixa de sapatos;

- Sacola plástica (com tamanho suficiente para que a caixa de sapatos caiba dentro);

- Plástico para embalar alimentos (aproximadamente 20 x 30 cm);

- Papel alumínio (aproximadamente 20 x 30 cm).

Informações ao professor:

Para a realização desta aula será necessário a solicitação com antecedência dos materiais relacionados.

Introdução à aula:

Inicie a aula perguntando aos alunos se eles já perceberam que os aparelhos celulares costumam não realizar ligações dentro de elevadores com portas fechadas. Verifique se eles lembram de outros eventos nos quais os aparelhos celulares não funcionam (como dentro de viadutos longos e garagens subterrâneas). Anote no quadro alguns destes eventos e comente que a relação existente entre eles é o fato do aparelho "perder" o sinal com a operadora. É importante explicar que esta perda de sinal pode ser decorrente da distância entre o aparelho celular e a antena de transmissão ou pela presença de um material que "blinde" as ondas eletromagnéticas responsáveis pelo sinal do aparelho celular. Este segundo fenômeno é chamado de blindagem eletrostática e será o objeto de estudo desta aula.

Figura 3: Aparelho de celular x Elevador

Disponível em http://noticias.r7.com/tecnologia-e-ciencia/noticias/veja-dicas-para-usar-o-celular-direito-e-evitar-micos-sociais-20100402.html acesso em 07/11/2010. 

Retomando alguns conceitos:

Antes de explicar o que blindagem eletrostática, é importante verificar se os conceitos de campos elétricos (campo de força proveniente de cargas elétricas) e de equilíbrio eletrostático (ausência de movimento ordenado de cargas elétricas) estejam claros para os alunos, visto que o fenômeno da blindagem eletrostática relaciona:  ausência de campos elétricos no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático. Realize algumas perguntas (escritas ou orais) para verificar se estes conceitos estão claros para os alunos. No tópico "Recurso complementares" você encontrará sugestões de perguntas e sites que servirão para complementar o assunto caso você constate que os alunos não haviam dominado os conceitos de campo elétrico e equilíbrio eletrostático.

Blindagem eletrostática:

Agora, explique para os alunos que o fenômeno de blindagem eletrostática ocorre apenas em materiais condutores como ferro, alumínio, grafite, níquel etc. Quando um corpo condutor é eletrizado, as cargas tendem a se localizar o mais distante possível uma das outras, distribuindo-se em sua superfície até atingir o equilíbrio eletrostático.

Figura 4: Condutores carregados em equilíbrio eletrostático

Disponível em: http://alfaconnection.net/pag_avsf/ele1001.htm acesso em 11/11/2010.     

Ao atingir este equilíbrio, o campo elétrico no interior do condutor torna-se nulo. Esta situação também vale para o caso em que o condutor é oco, como nas situações a seguir:

Figura 5: Blindagem eletrostática

Disponível em: http://afsystem.com.br/blindagem.html acesso em 11/11/2010.  

É importante ressaltar que mesmo quando o condutor não está carregado, mas está em uma região que possui um campo elétrico causado por um agente externo, seu interior fica livre da ação desse campo externo. Sobre esta situação, apresente os vídeos a seguir que apresentam carro e aviões recebendo descargas elétricas de raios sem sofrer danos.

Figura 6: Raios atingem aviões na Virginia EUA

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=PkipfMqGGdg&feature=related acesso em 11/11/2010.

Figura 7: Raio atingindo avião

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=P2LbdKxCVww acesso em 11/11/2010. 

Figura 8: Lightning strikes car

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=oLJwVtG0NvQ&feature=related acesso em 11/11/2010 

Figura 9: Lightening Strikes car

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=wsjvwqB-9bU&NR=1 acesso em 11/11/2010. 

Segue um link que contém informações e exercícios de vestibulares sobre blindagem eletrostática: http://www.portalimpacto.com.br/docs/00000EvertonVestF4Aula10BlindagemEletrostatica.pdf disponível em 11/11/2010. 

Atividade 1 - Blindagem eletrostática

Nesta atividade os alunos poderão verificar em que situações ocorrem a blindagem eletrostática. Ao final desta atividade eles deverão escrever no caderno as conclusões obtidas em cada uma das etapas para socializar as conclusões e responder as questões. Você pode sortear um dos grupos para realizar uma apresentação sobre as conclusões e debater as respostas das questões com a turma tirando possíveis dúvidas.

Separe-os em grupos de até quatro pessoas e peça para que eles realizem os seguintes procedimentos:

1º) Coloque pequenos pedaços de papel sobre uma placa de isopor e aproxime deles um cano atritado na meia calça. Peça para que eles anotem o que aconteceu;

Figura 10: Cano eletrizado

Disponível em: http://3.bp.blogspot.com/_pV3z3iuCcAs/ShX5-ds21xI/AAAAAAAAAFQ/oDJzuxyi9x0/s1600-h/Imagem0411.jpg acesso em 11/11/2010 

2º) Entre o cano e os pedaços de papel interponha uma pequena peneira de plástico. Se esta peneira estiver limpa e seca (bom isolante), eles observarão que os pedaços de papel continuarão a ser atraídos pelo cano eletrizado.

Figura 11: Peneira de plástico

Disponível em: http://amiga-wwwamigaseternasdafunec.blogspot.com/2009/05/blindagem-eletrostatica.html acesso em 11/11/2010 

 

3º) Substitua a peneira de material isolante por uma peneira metálica. Neste caso, os pedaços de papel não serão atraídos pelo cano.

Figura 12: Peneira de metal

Disponível em http://amiga-wwwamigaseternasdafunec.blogspot.com/2009/05/blindagem-eletrostatica.html acesso em 11/11/2010 

 

Questões:

1) Classifique cada um dos materiais como condutores ou isolantes. (Resposta sugerida: papel, cano do PVC, isopor e peneira de plástico - isolantes. Peneira de metal: condutor).

2) Por que os papéis não foram atraídos pelo cano de PVC quando estavam embaixo da peneira de metal? Qual o nome do fenômeno envolvido? (Resposta sugerida: Porque os papéis ficaram no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático onde o campo elétrico é nulo. Fenômeno conhecido como blindagem eletrostática).

 

Atividade 2 - "Blindando" um celular

Esta atividade tem como objetivo verificar que apenas os condutores produzem uma blindagem eletrostática. Ao final desta atividade, os alunos deverão montar um relatório explicando o que aconteceu em cada uma das etapas propostas e, no final, um grupo será sorteado para socializar suas conclusões para os outros grupos que deverão verificar se os dados obtidos foram os mesmos do grupo que apresentou. Finalizando a apresentação e a socialização, apresente para os alunos o "Recurso 1" que consiste em um vídeo com uma atividade similar a aquela realizada pelos alunos em sala.

Recurso 1: Blindagem eletrostática

Disponível em: acesso http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=16737 em 09/11/2010. 

IMPORTANTE: para evitar que a sala fique com muitos ruídos provenientes dos diversos celulares que estarão ligados, peça para que todos os celulares sejam colocados no modo vibratório.

Separe os alunos em grupos de até quatro pessoas verificando se todos os grupos possuem os materiais solicitados.

Segue uma sugestão de roteiro a ser seguida pelos alunos:

ROTEIRO SUGERIDO PARA OS ALUNOS:

Com os dois aparelhos celulares sobre a mesa, ligue de um para o outro verificando se eles estão funcionando.

Figura 13: Verificando funcionamento dos celulares

Imagem do próprio autor

Depois disto ser verificado, coloque um dos aparelhos dentro da caixa de sapato e, com o outro aparelho, ligue para o que está dentro da caixa de sapato. Anote se que aconteceu (o aparelho celular recebeu a ligação quando estava dentro da caixa de sapatos?).

Figura 14: Celular dentro da caixa

Imagem do próprio autor

Agora coloque a caixa de sapatos dentro da sacola plástica e repita o procedimento anterior anotando novamente o que aconteceu.

Figura 15: Celular dentro da caixa e da sacola

Imagem do próprio autor

Retire o aparelho de dentro da caixa de sapatos e embale com o plástico para alimentos. Ligue novamente para o celular e anote o que aconteceu.

Figura 16: Celular enrolado em plástico para alimentos

Imagem do próprio autor

Por último, enrole o celular no papel alumínio. É importante que ele fique completamente embalado (sem nenhuma parte exposta). Agora realize a ligação e verifique o que aconteceu. Anote o resultado.

Figura 17: Celular enrolado em papel alumínio

Imagem do próprio autor

Elabore um roteiro explicando o que aconteceu em cada caso para possível apresentação oral.

Atividade 3 - Pesquisa avançada: "Gaiola de Faraday" e outras utilidades da blindagem eletrostática

Com os alunos ainda em grupos, oriente a produção de slides ou um vídeo (montado pelo próprio grupo) com informações sobre:

- Quem foi Michael Faraday?

- Quais suas contribuições nos estudos da blindagem eletrostática?

- Procure vídeos que tratem blindagem eletrostática;

- Busque outras aplicações da blindagem eletrostática.

Caso os alunos optem pelo slides, deixe claro que a apresentação deve conter imagens ilustrativas e os textos devem ser um encaminhamento para quem estiver apresentando e não a integra do que será dito.

Já se os alunos preferirem editar um vídeo, podem utilizar o "movie maker" ou qualquer outro editor de vídeo e realizar, por exemplo, um telejornal que contenha todas as informações solicitadas.

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Jaula De Faraday Vídeo
Recursos Complementares

Perguntas sobre os principais conceitos presentes no fenômeno da blindagem eletrostática:

1) Quais são as cargas presentes em um material? (Resposta sugerida: cargas positivas, cargas negativas e neutras).

2) O que é um material condutor? (Resposta sugerida: um material é considerado condutor quando oferecer baixa oposição à passagem da corrente elétrica, o que está relacionado com a quantidade de portadores na banda de condução (elétrons livres)).

3) O que é eletrização? (Resposta sugerida: é processo no qual um corpo perde ou recebe elétrons).

4) Como um corpo pode ser eletrizado? (Resposta sugerida: eletrização por atrito, contato ou indução).

5) O que ocorre quando aproximamos cargas de mesmo sinal ou de sinais opostos? (Resposta sugerida: cargas de sinais iguais se repelem e de sinais opostos se atraem).

6) O que é campo elétrico? (Resposta sugerida: campo de força com origem elétrica gerada por um corpo carregado).

7) Quando podemos considerar que um corpo está em equilíbrio eletrostático? (Resposta sugerida: ausência de movimento ordenado de cargas elétricas).

Caso o rendimento dos alunos, na resolução das perguntas, não seja satisfatório, realize uma rápida retomada sobre o assunto (de forma escrita ou oral). Seguem alguns sites que podem servir como referência:

"Conceitos de campos elétricos" - disponível em http://educar.sc.usp.br/licenciatura/1999/wtexto2.html acesso em 09/11/2010.  

"Na sala de aula - 1º bimestre - Campo elétrico" - disponível em http://www.moderna.com.br/moderna/didaticos/em/fisica/fundamentos/sala/0028.htm acesso em 09/11/2010.  

"Condutores em Equilíbrio" - disponível em http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/PreVestibular/2005-1/mod1/node27.html acesso em 09/11/2010.  

"Equilíbrio eletrostático" - disponível em http://www.scribd.com/doc/3999747/Quimica-PPT-Equilibrio-Eletrostatico acesso em 09/11/2010.  

Avaliação

A avaliação será realizada através das participações nas aulas, nos debates e socializações realizadas nas atividades 1 e 2. Os alunos também serão avaliados na entrega do trabalho da atividade 3.

Verifique se os alunos compreenderam o que é blindagem eletrostática e suas aplicações.

Opinión de quien visitó

Quatro estrelas 6 calificaciones

  • Cinco estrelas 5/6 - 83,33%
  • Quatro estrelas 1/6 - 16,67%
  • Três estrelas 0/6 - 0%
  • Duas estrelas 0/6 - 0%
  • Uma estrela 0/6 - 0%

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Opiniones

  • kamilla pereira do carmo, escola santa tereza , Ceará - dijo:
    kamillapereira_181@hotmail.com

    04/06/2013

    Cinco estrelas

    gostei bastante, pois tirou algumas dúvidas que eu tinha, e pôde me ajudar pra o meu seminário.


  • dayse de oliveira vieria, federal , Paraíba - dijo:
    daysegat@hotmail.com.br

    10/05/2013

    Quatro estrelas

    otimo


  • André Rogério Gomes Ferreira, genoma rede de ensino , Minas Gerais - dijo:
    andrerogerio.ferreira@gmail.com

    30/03/2013

    Cinco estrelas

    otimo estava fazendo trabalho escolar e encontrei esse artigo sobre blindagem eletrostatica e achei otimo valeu


  • Lucas, Estadual - vitória , Espírito Santo - dijo:
    lucasmspalla@hotmail.com

    15/02/2012

    Cinco estrelas

    Perfeito o seu site cara, não sei como entrei aqui... mas ganhou meu UP, DemaisSSssssssssssss estava precisando mesmo algo relacionado ao oq vc passou, sobre blindagem eletrostática, parabéns aí e continue fazendo isso..


  • Edmária Rodrigues Araújo, IFAL Campus Piranhas , Alagoas - dijo:
    edmaria.r9@gmail.com

    02/09/2011

    Cinco estrelas

    Excelente forma de apresentar o assunto, os experimentos sobre blindagem eletrostática são totalmente viaveis e de fácil entendimento. Adorei a aula!!


  • sirlene, col. est. marques de paranaguá , Paraná - dijo:
    sirlenepires@yahoo.com.br

    21/06/2011

    Cinco estrelas

    já trabalho com essas sugestões, porém não sou formada em física, ficou bem esclarecida sua sugestão de aula, parabens!


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