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Espectro eletromagnético: aplicações da energia radiante.

 

12/01/2011

Autor y Coautor(es)
Guilherme Andre Dal Moro
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CURITIBA - PR Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Eziquiel Menta

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Ensino Médio Física Equipamentos elétricos e telecomunicações
Ensino Médio Física Oscilações, ondas, óptica e radiação
Ensino Médio Física Som, imagem e informação
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula

- As propriedades da energia eletromagnética;

- As diversas tecnologias associadas à radiação eletromagnética;

- O funcionamento de um forno de microondas.

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

- Energia;

- Ondulatória;

- Eletromagnetismo.

Estratégias e recursos da aula

Introdução à aula

Inicie a aula perguntando aos alunos se eles sabem porque o forno de microondas recebe esse nome. Oriente os alunos a compreender o significado desse nome a partir dos termos "micro" "ondas".

Figura 1: Forno de Microondas

Disponível em: http://1.bp.blogspot.com/_ryofDwsAlco/TFDCHoT8tcI/AAAAAAAABgI/cA2fAf_HJFY/s1600/microondas.jpg acesso em 07/12/2010. 

Comente aos alunos que o nome dado a este dispositivo faz juz ao seu princípio de funcionamento. O forno de microondas tem essa denominação por funcionar a partir da incidência de ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda micrométrica (por isso microondas) nos alimentos. 

Atividade 1: Ondas eletromagnéticas

Retome com os alunos os conceitos básicos de ondulatória. É importante deixar claro que as ondas são perturbações que proporcionam propagação de energia sem a propagação de matéria. Relembre-os que as ondas podem ocorrer, ou se propagar, em meios materiais (ondas mecânicas - cite como exemplo o som e as ondas em corda) ou no vácuo (ondas eletromagnéticas - cite como exemplo a luz e as ondas de rádio).

As ondas eletromagnéticas são combinações de um campo elétrico que se propaga em um plano transversal a um campo magnético, ambos oscilatórios. É importante frisar que os campos magnéticos são gerados por cargas elétricas em movimento e que campos elétricos podem ser gerados pela variação do campo (fluxo magnético).

Logo, qualquer metal, pelo qual é conduzida uma corrente alternada, funciona como um gerador de ondas eletromagnéticas, pois a corrente alternada gera um campo magnético oscilatório que, por sua vez, induz a geração de um campo elétrico também oscilatório.

Figura 2: Propagação das ondas eletromagnéticas

Disponível em: http://www.walter-fendt.de/ph14e/emwave.htm acesso em 07/12/2010. 

As ondas eletromagnéticas se distinguem pelo comprimento de onda, isto é, pela frequência de oscilação. Apresente aos alunos o espectro da radiação eletromagnética e chame atenção para o comprimento de onda/frequência de cada onda.

Figura 3: Espectro eletromagnético

Disponível em: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/Ondas4.php  acesso em 07/12/2010. 

É muito importante deixar claro que todas as ondas apresentadas na figura anterior - ondas de rádio, televisão, microondas, raio X, infravermelho, ultravioleta e a luz visível - são de mesma natureza, isto é, são ondas eletromagnéticas, ao contrário do que se imagina, no senso comum, que são ondas completamente diferentes.

Desta forma, as microondas são aquelas cujo comprimento de onda esta na faixa do micrômetro.

Organize os alunos em duplas e peça para que eles realizem uma pesquisa sobre equipamentos que utilizam ondas eletromagnéticas em seu funcionamento. Esta pesquisa deverá conter um cartaz com: imagens, histórico, curiosidades e a localização, no espectro eletromagnético, de um equipamento que utilize ondas eletromagnéticas em seu funcionamento. Sugira alguns equipamentos (celulares, equipamentos de raio X, antenas de radio etc). É importante realizar uma lista dos equipamentos escolhidos para evitar que todos os grupos façam sobre o mesmo assunto.

Atividade 2: Vídeo sobre ondas eletromagnéticas

Para finalizar e sintetizar os conteúdos de ondulatória e eletromagnetismo, passe para os alunos o vídeo a seguir, do Telecurso 2000:

Vídeo 1: Ondas Eletromagnéticas

Disponível em: http://www.videolog.tv/video.php?id=242092 acesso em 07/12/2010. 

Vídeo 2: Ondas Eletromagnéticas

Disponível em: http://www.videolog.tv/video.php?id=242083 acesso em 07/12/2010. 

Peça que seus alunos copiem em seus cadernos algumas questões que devem nortear a escrita de um relatório estruturado sobre o vídeo acima apresentado.

1) Qual a relação entre o átomo de Rutherford-Bohr e as ondas eletromagnéticas?

2) O que é o efeito fotoelétrico e quais as conclusões de Einstein?

3) O que é a dualidade onda-partícula da luz? Quando ela se comporta como onda e quando ela se comporta como matéria?

4) O que é o espectro eletromagnético?

5) Por que o olho humano só pode captar uma faixa do espectro eletromagnético?

6) Qual a implicação da dualidade onda-partícula no modelo atômico?

Atividade 3: Funcionamento de um microondas

Na sala de informática, com os alunos em duplas, apresente o vídeo ilustrativo sobre o funcionamento do forno de microondas apresentado do programa "Mundo de Beakman". O vídeo começa em 1 minuto e 10 segundo e acaba em 7 minutos e 30 segundos.

Vídeo 3: Funcionamento de um forno de microodas

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=WsvK-4IGUyM acesso em 07/12/2010. 

Depois, disponibilize aos alunos o recurso 1, que apresenta um simulador da interação entre as microondas e o grau de agitação das moléculas de água. Oriente-os a abrirem o software e, na parte superior esquerda, selecionar o modo "muitas moléculas". Na barra de controle de frequência, peça para que deixem-na inicialmente em zero. Após terem realizado esta etapa, eles deverão acionar o simulador clicando no botão "play". Gradativamente, eles deverão aumentar a frequência. Agora, oriente os alunos a colocar o simulador no modo café e a potência inicialmente em 25%. No campo "visão de campo" peça para que eles selecionem o item "curva" e acionem o simulador clicando em "play".

Microondas 

Recurso 1: Microondas

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=16013 acesso em 15/12/2010. 

Figura 4: Aquecimento de uma xícara com café

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=16013 acesso em 15/12/2010.  

Como os alunos, na atividade anterior, já produziram um relatório estruturado com base no vídeo do Telecurso 2000, oriente-os a escrever um curto texto, de no máximo 15 linhas, correlacionando as ondas eletromagnéticas estudadas nas atividades 1 e 2, o vídeo do "Mundo de Beakman" e o recurso 1 sobre como funciona do forno de microondas.

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Microondas Animação/simulação
Recursos Complementares

Site com diversas informações sobre "Ondas eletromagnéticas". Disponível em: http://www.algosobre.com.br/fisica/ondas-eletromagneticas.html acesso em 07/12/2010. 

Você também poderá apresentar o vídeo "Conheça o microondas" que apresenta uma breve explicação sobre o funcionamento do microondas. Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=jb6R5NnO-90 acesso em 07/12/2010. 

PDF sobre "Noções, sobre geração, transmissão, propagação ereceptação das ondas eletromagnéticas e acústicas". Disponível em: http://www.mar.mil.br/dhn/bhmn/download/cap-34.pdf acesso em 07/12/2010. 

Avaliação

Você poderá avaliar os alunos nas participações realizadas nas aulas, na apresentação dos cartazes, na resolução do questionário da atividade 2 e na entrega do texto da atividade 3.

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