Aplicações do Eletromagnetismo no Ensino

Mestrado PPrrooffiissssiioonnaalliizzaannttee eemm
eennssiinnoo ddee FFííssiiccaa ee MMaatteemmááttiiccaa
EELLEETTRROOMMAAGGNNEETTIISSMMOO
Aluno do Mestrado: Victor de Oliveira
Escola FACCENTRO cidade de Cruz Alta - RS
2011

CONTEXTUALIZAÇÃO DDAA SSIITTUUAAÇÇÃÃOO DDEE EENNSSIINNOO
 Professor Victor de Oliveira é graduado em Física Licenciatura pela
Universidade Federal do Rio Grande (FURG) e aluno do curso de
Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física e de Matemática do
Centro Universitário Franciscano (UNIFRA), e atua há dois anos na
área de Ensino de Física;
 A atividade didática apresentada nesta reflexão, foi desenvolvida na
disciplina de Física em uma turma de ensino médio da escola
FACCENTRO, uma instituição privada, no mês de outubro de 2011;
 O conteúdo desenvolvido nessa atividade foi o Eletromagnetismo,
aplicada a um grupo de 18 estudantes da 3ª série do Ensino Médio;
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ELEMENTOS EESSPPEECCÍÍFFIICCOOSS DDAA SSIITTUUAAÇÇÃÃOO DDEE EENNSSIINNOO
TEMA DA ATIVIDADE:
 Aplicações do campo magnético;
OBJETIVO GERAL:
 A partir do desenvolvimento de experimentos simples e de baixo custo,
verificar a aplicabilidade dos conceitos do Eletromagnetismo no dia-a-dia,
em especial, o de campo magnético e proporcionar uma aprendizagem
mais significativa aos estudantes;

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Com essa atividade, espera-se que o estudante tenha a capacidade de:
Reconhecer aparelhos e equipamentos que fazem parte do nosso dia-a-dia
e saber explicar seu funcionamento com base nos conceitos do
Eletromagnetismo;
Relacionar fenômenos magnéticos e elétricos para explicar o
funcionamento de motores elétricos e seus componentes, interações
envolvendo bobinas e transformações de energia;
Compreender fenômenos magnéticos para explicar o magnetismo
terrestre, o campo magnético de um ímã, a magnetização de materiais
ferromagnéticos ou a inseparabilidade dos polos magnéticos;
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ELEMENTOS EESSPPEECCÍÍFFIICCOOSS DDAA SSIITTUUAAÇÇÃÃOO DDEE EENNSSIINNOO

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RREECCUURRSSOOSS DDIIDDÁÁTTIICCOOSS UUTTIILLIIZZAADDOOSS
Nessa atividade foram propostos aos estudantes cinco experimentos de
baixo custo e de fácil construção, e os materiais foram disponibilizados
pelo professor. Os experimentos foram os seguintes:
Motor elétrico (Modelo A);
Motor elétrico (Modelo B);
Eletroímã;
Construção de uma bússola caseira;
Simulando o campo magnético terrestre;

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Outros recursos utilizados foram:
O livro didático e a apostila de Eletromagnetismo;
Um folha contendo a estrutura de um relatório (contendo itens
como objetivos, introdução teórica, materiais, etc.), para que os
estudantes o preenchessem após a montagem do experimento;
Clique aqui para visualizá-lo.
Acesso ao laboratório de informática da escola para pesquisa
complementar;

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MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA UUTTIILLIIZZAADDAA
A aplicação desta atividade foi em 4 aulas de 50 minutos cada. Como
temos 2 aulas de Física por turno (segunda e terça), dividi essa aula dois
momentos:
ii..AAuullaa bbaasseeaaddaa nnaa mmeettooddoollooggiiaa ttrraaddiicciioonnaall ddee EEnnssiinnoo ((22 aauullaass));;
iiii..AAuullaa bbaasseeaaddaa nnaa mmeettooddoollooggiiaa ddee pprroojjeettooss eexxppeerriimmeennttaaiiss ((22 aauullaass));;

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AULA BASEADA NNAA MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA TTRRAADDIICCIIOONNAALL
Nesse momento o professor apresentou os conceitos do
Eletromagnetismo, em especial o de campo magnético e o de indução
eletromagnética, por meio de aula expositiva e teórica e através de
exemplos. Essa aula teve caráter basicamente teórico.
O modelo tradicional de Ensino pode ser caracterizado pela:
transmissão de conhecimentos, baseado mais em respostas do que em
perguntas;
utiliza uma metodologia didática expositiva e teórica;
centrada mais no professor do que no estudante e
focado na aprendizagem memorística;

AULA BASEADA NA METODOLOGIA DDEE PPRROOJJEETTOOSS EEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS
Nesse momento o professor apresentou os roteiros
dos projetos experimentais e disponibilizou aos
estudantes os materiais para a que construíssem os
experimentos;
Nessa aula o professor não interviu na construção
dos projetos e nem na elaboração dos relatórios, mas
a todo momento circulava pela sala de aula e quando
solicitado auxiliava os estudantes com os projetos
experimentais;
Para o trabalho com os projetos experimentais,
dividi a turma em grupos de 4 integrantes, para que
eles interagissem entre si, buscando soluções para as
situações-problema a que se deparassem e cada grupo
recebeu um roteiro de projeto;
9
Som

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AULA BASEADA NA METODOLOGIA DDEE PPRROOJJEETTOOSS EEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS
Neste sentido o professor se posiciona como:
Mediador da aprendizagem, e não mais como o centro das atenções;
Enquanto que o estudante:
Deixa de ser um mero espectador da aula e passa a construir seu
próprio conhecimento, com o auxilio do professor;

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GGRRUUPPOO 11:: Motor elétrico (Modelo A)
OObbjjeettiivvooss::
Verificar a conversão de energia elétrica em energia cinética;
Entender o princípio de funcionamento de um motor elétrico;
Compreender o conceito Físico de campo magnético que está por
trás do funcionamento do motor;
CCoonncclluussõõeess ddoo ggrruuppoo::
O motor elétrico funciona devido a repulsão de dois imãs, um
permanente e outro gerado pela corrente que passa pelo solenoide;
Verificaram conceitos de campo magnético e de corrente elétrica;
Clique aqui para ver a lista de materiais necessários e o procedimento
metodológico para este projeto experimental.
OOSS PPRROOJJEETTOOSS
EEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS

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14
GGRRUUPPOO 22:: Motor elétrico (Modelo B)
Verificar a conversão de energia elétrica em energia cinética;
Entender o princípio de funcionamento de um motor elétrico;
Compreender o conceito Físico de campo magnético que está por
trás do funcionamento do motor;
Concluíram incorretamente que o motor elétrico possuía apenas um
imã, afirmando que era um tipo de motor monofásico;
Apesar disso compreenderam o conceito de campo magnético
envolvido e o princípio da atração e da repulsão;

17
17
GGRRUUPPOO 33:: Eletroímã
Entender o funcionamento de um eletroímã;
Compreender o funcionamento de um solenoide e o campo magnético
produzido por ele;
Verificaram corretamente que ao conectar o eletroímã a uma bateria ele se
torna um imã, pois cargas elétricas em movimento geram campo magnético;
Perceberam que a força do imã é dependente do raio da bobina e
concluíram que o formato redondo é o ideal, pois oferece uma secção máxima
com um período mínimo;
Confundiram o sentido da corrente elétrica no eletroímã;

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21
OS PROJETOS EEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS
GGRRUUPPOO 44:: Construção de uma bússola caseira.
Entender o funcionamento de uma bússola;
Compreender o conceito de campo magnético;
Concluíram que o processo que torna a agulha ferromagnética em imã é
pela orientação do imãs elementares da barra(imantação);
Entenderam que a terra é como se fosse uma imã gigantesco e que a
bússola aponta para o norte geográfico pois é atraída o sul magnético;

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25
OS PROJETOS EEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS
GGRRUUPPOO 55:: Simulando o campo magnético terrestre.
Simular o campo magnético da terra através de um experimento simples;
Concluíram erroneamente que a bússola aponta para o norte magnético;
Entenderam que a terra é o centro magnético que atrai substâncias
ferromagnéticas;
Criaram uma hipótese a respeito da origem do campo magnético
terrestre que se aproxima muito da teoria científica formal mais aceita
atualmente, que a origem do campo magnético terrestre está nos metais
presentes no interior terrestre;

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AAVVAALLIIAAÇÇÃÃOO DDAA AATTIIVVIIDDAADDEE
Som
OOss ccrriittéérriiooss ffoorraamm ooss sseegguuiinntteess::
MMoonnttaaggeemm ddoo eexxppeerriimmeennttoo ((00,,55 ppoonnttooss));;
RReellaattóórriioo ((00,,55 ppoonnttooss));;

DDIIFFIICCUULLDDAADDEESS EENNCCOONNTTRRAADDAASS
PPeelloo pprrooffeessssoorr::
Tempo curto para a preparação da atividade;
Dificuldades no atendimento de todos os grupos;
PPeellooss eessttuuddaanntteess::
Na construção do experimento;
Na elaboração do relatório;
29
Som

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RREEFFEERRÊÊNNCCIIAASS TTEEÓÓRRIICCAASS
Para o desenvolvimento e implementação desta atividade em sala de
aula buscamos um referencial teórico que a sustentasse, ou seja,
facilitar o processo de ensino-aprendizagem;
Sendo assim, nos apropriamos de alguns elementos presentes na
Teoria de Vygotsky;

Em sua teoria Vygotsky afirma que o desenvolvimento cognitivo
depende do contexto histórico, social e cultural, ou seja, trata o
homem como sendo um ser social formado dentro de um ambiente
cultural historicamente definido;
Por este motivo, o planejamento de ensino ddeessttaa aattiivviiddaaddee ddiiddááttiiccaa
lleevvoouu eemm ccoonnttaa aass iinntteerraaççõõeess ssoocciiaaiiss,, ppooiiss ddiivviiddii ooss eessttuuddaanntteess eemm
ggrruuppooss ppaarraa ppeerrmmiittiirr oo ccoommppaarrttiillhhaammeennttoo ddee sseeuuss ccoonnhheecciimmeennttooss ee
eexxppeerriiêênncciiaass eennttrree ssii;;
31

32
Nas interações, ocorre uma troca de significados através da
mediação. Logo ela não se dá imediatamente; precisa ser mediada por signos
e instrumentos (VYGOTSKY, 1985);
IInnssttrruummeennttooss:: são objetos que tenham utilidade prática;
OOss iinnssttrruummeennttooss uuttiilliizzaaddooss nneessttaa aattiivviiddaaddee ffoorraamm ooss mmaatteerriiaaiiss uuttiilliizzaaddooss nnaa
ccoonnffeeccççããoo ddooss pprroojjeettooss eexxppeerriimmeennttaaiiss;;
SSiiggnnooss:: são elementos que simbolizam algo;
PPaarraa oo nnoossssoo ccaassoo uuttiilliizzaammooss uumm ccoonnjjuunnttoo ddee ssiiggnnooss qquuee éé aa ffaallaa,, oouu sseejjaa,, oo
ddiiáállooggoo ee ooss ddeebbaatteess eennttrree ooss ccoommppoonneenntteess ddee ccaaddaa ggrruuppoo ssoobbrree sseeuu
pprroojjeettoo eexxppeerriimmeennttaall ee ssoobbrree ooss ccoonncceeiittooss eennvvoollvviiddooss;;

33
Com a fala, o ser pode relacionar o concreto com o abstrato, o real
com o simbólico, e assim, durante o processo de desenvolvimento
generalizar várias situações que não acontecem durante a aprendizagem
(VYGOTSKY, 1985).
AA ffaallaa ggaannhhaa ppaappeell iimmppoorrttaannttee uummaa vveezz qquuee ooss ccoonncceeiittooss ddiissccuuttiiddooss
nneessttaa aauullaa ffoorraamm ooss ddoo eelleettrroommaaggnneettiissmmoo,, qquuee ssããoo mmuuiittoo aabbssttrraattooss;;
Em sua teoria, a distância entre a capacidade de resolver sozinho um
problema (Nível de Desenvolvimento Real) e a capacidade de resolver
somente com o auxílio de outra pessoa mais experiente (Nível de
Desenvolvimento Potencial), é chamada de Zona de Desenvolvimento
Proximal (ZDP).

É na (ZDP) que ocorre o desenvolvimento cognitivo do sujeito, talvez
por isto Vygotsky de tanta importância às interações sociais.
Pude perceber claramente durante está aula o (NDR) e o (NDP).
Circulando pela sala de aula verifiquei que alguns estudantes
apresentavam dificuldades no entendimento do seu experimento.
Nesse momento os colegas de grupo que tinham maior facilidade
auxiliaram os que tinham maior dificuldade.
Durante a aula procurei sempre me posicionar com um mediador da
aprendizagem dos estudantes, não fornecendo a eles respostas
prontas, mas sim, fazendo perguntas pertinentes que pudessem levá-los
às respostas.
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OO ppaappeell ddee mmeeddiiaaddoorr ddoo pprrooffeessssoorr
éé ffuunnddaammeennttaall nnoo pprroocceessssoo ddee
eennssiinnoo –– aapprreennddiizzaaggeemm ddee sseeuuss
eessttuuddaanntteess..
FFIIMM
36

http://www.pontociencia.org.br/
VYGOSTKY, Lev Semenorich. A formação social da
mente: o desenvolvimento de processos psicológicos
superiores. 2ª edição. São Paulo. Martins Fontes, 1994.
Curso de Física, vol. 1 e 2. Beatriz Alvarenga Alvares e
Antônio Máximo Ribeiro da Luz. Ed. Harbra.
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RReeffeerrêênncciiaass

AANNEEXXOO 11
RRootteeiirrooss ddooss pprroojjeettooss eexxppeerriimmeennttaaiiss
 Projeto grupo 1: Motor elétrico(Modelo A);
Materiais necessários:
 1 imã de neodímio (encontrado em HD’s);
 1 pilha tamanho D;
 1 rolo de fita isolante;
 1 Tesoura sem ponta;
 2 clipes metálicos;
 1 m de fio de cobre esmaltado AWG 18 (1mm de diâmetro) ou fio de cabo telefônico;
Procedimento metodológico:
Fixe com a fita isolante os clipes nas extremidades da pilha deixando a parte circular inferior
do para cima e nivelada. Para a construção da bobina, deixe 4 cm aproximadamente de
cada lado para servir de eixo de rotação da bobina e enrole o fio tendo como modelo
três dedos da sua mão. Retire totalmente o plástico de uma das pontas e da outra raspe
apenas em um dos lados. Coloque a bobina no eixo dos clipes e aproxime o imã a uma
distância aproximada de 1cm da bobina. Verifique que a bobina começará a girar. Caso
não comece de alguns petelecos nela para que inicie seu movimento;
voltar
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39
AANNEEXXOO 11
 Projeto grupo 2: Motor elétrico(Modelo B);
 80 cm de fio de cabo telefônico ou fio esmaltado de bitola AWG 18 (1mm de
diâmetro);
 1 fonte de tensão de 3 V (2 pilhas AA e um porta pilhas com jacarés nos
terminais de conexão;
 1 imã de HD ou imã de alto-falante;
 1 pedaço de madeira de 15 cm x 15 cm x 1,5 cm;
 2 pedaços com 7 cm de comprimento cada um de fio de cobre rígido de bitola
AWG 12 (2 mm de diâmetro);
 Massa epóxi;
 Alicate de ponta;
 Estilete;
 Prego com bitola menor que AWG 20.
Procedimento metodológico: vide próximo slide;
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40
40
AANNEEXXOO 11
Para a construção da bobina, pegue o fio esmaltado de 80 cm e construa a bobina com
molde nos seus três dedos da sua mão. Deixe 4 cm aproximadamente de cada lado para
servir de eixo de rotação da bobina. Retire totalmente o plástico protetor de uma das
pontas e da outra raspe o plástico apenas em um dos lados. Construção do apoio da bobina
e ligação elétrica: Retire a proteção de plástico dos dois pedaços de fio de cobre rígido e
construa dois suportes para apoiar as pontas da bobina. Use um lápis cilíndrico para fazer o
“S” nas pontas. Faça dois furos no pedaço de madeira com diâmetro menor que 2 mm e
distantes de tal modo que os suportes fiquem na meia distância das pontas. Observe que um
dos terminais ficará sempre em contato com o suporte de cobre e o outro, semi-raspado,
ficará em contato apenas em uma meia volta da bobina.
A altura deve ser tal que a bobina possa girar livremente em cima do imã. Fixe os suportes
com massa epóxi. Coloque o imã embaixo da bobina e ligue os terminais da pilha aos
suportes. Quando a corrente elétrica passa pela parte da bobina próximo do imã, uma força
magnética faz com que ele gire. Se a bobina não girar de um peteleco com o dedo para
iniciar o movimento.
voltar

41
AANNEEXXOO 11
 Projeto grupo 3: Eletroímã;
 1 parafuso de ferro com diâmetro aproximado de 1 cm e 7 cm de comprimento;
 1,5 m de fio esmaltado n. 28;
 2 pilhas médias AA ou 1 do tipo D e um porta pilhas;
 Fita adesiva ou isolante;
Dê cerca de 30 voltas com o fio esmaltado ao redor do parafuso, deixando pontas de 20 cm
de comprimento aproximadamente de cada lado da bobina. Fixe as espiras com a fita
adesiva ou isolante. Raspe as pontas para permitir o contato elétrico. ( O eletroímã
construído nada mais é do que uma bobina com um material ferromagnético (parafuso
de ferro) no seu interior. A função do parafuso é concentrar o campo magnético e
torná-lo mais intenso). Ligue as pontas do fio aos terminais do porta-pilhas e coloque a
cabeça do eletroímã ligado dentro de uma caixa de clipes, puxe para cima e verifique
quantos clipes ele é capaz de segurar.
voltar
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AANNEEXXOO 11
 Projeto grupo 4: Construção de uma bússola caseira.
 um ímã em barra (desses usados para fechar portas de armário, por exemplo, facilmente
encontrado em lojas de ferragens ou de materiais para construção);
 grampo metálico daqueles usados para fechar pastas;
 martelo;
 um prego;
 uma rolha;
 uma agulha.

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43
AANNEEXXOO 11
Abra o grampo e dobre suas hastes. Usando o prego e o martelo, faça uma pequena
saliência na parte central da cabeça do grampo. O ponteiro da bússola está quase pronto.
Agora, só falta imantá-lo. Quando esfregamos um arame ou uma barrinha de aço ou de ferro
sobre um ímã, obtemos novos ímãs. Portanto, pegue o ímã que você adquiriu e esfregue o
grampo contra a lateral dele, tomando muito cuidado para não fazer movimentos de ida e
volta durante o processo: esfregue o grampo somente em um sentido. Repita algumas vezes
esse movimento e, pronto, o grampo estará imantado e, seu ponteiro, pronto. Pode
acontecer de o grampo não ficar perfeitamente equilibrado. Para resolver esse problema,
você pode enfiar pedacinhos de canudos de refresco nas pontas do grampo, até que o
equilíbrio seja atingido. Falta testar a bússola: aproxime o ímã de uma das extremidades do
ponteiro. Se tudo estiver certo, ela deve ser atraída por um dos polos do imã e repelida
pelo outro. Se isso ocorrer, sua montagem está em ordem. Agora, afaste da bússola tanto o
ímã como outros objetos metálicos: ela deverá funcionar como qualquer outra, ou seja,
indicando a direção Norte e Sul.
voltar

44
AANNEEXXOO 11
 Projeto grupo 5: Simulando o campo magnético terrestre.
 Bolinha de isopor de aproximadamente 5 cm de diâmetro;
 Ímãs de neodímio;
 Faca;
 Espátula;
 Cola branca;
 Tinta guaxe;
 Grampos;
Inicialmente, cortamos a bolinha ao meio com a faca. Em seguida, abrimos um espaço para
acomodar o ímã no centro da bolinha. É importante que o ímã fique fixo no meio da
bolinha. Em seguida, passamos cola na parte de baixo da bolinha e pressionamos ambas
as partes para que colem da maneira desejada. Com a cola seca, pintamos a bolinha para
parecer com o planeta. Utilizamos grampos para observar as linhas de campo, basta
coloca-los ao longo da superfície da bolinha para ilustrar o campo magnético produzido
por ela.
voltar

45
AANNEEXXOO 22
MMooddeelloo ddee rreellaattóórriioo pprréé--eellaabboorraaddoo ppaarraa aattiivviiddaaddee
pprrooppoossttaa nneessttee ttrraabbaallhhoo
CCLLIIQQUUEE AAQQUUII ppaarraa vviissuuaalliizzáá--lloo..

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