SEQUÊNCIA DIDÁTICA: A natureza elétrica dos objetos

Sequência didática

A natureza elétrica dos objetos

Nesta sequência, os alunos poderão entender e reconhecer as grandezas dos aparelhos elétricos residenciais. Por essa sequência tratar da natureza elétrica dos objetos, seu início se deu com a construção do conceito de carga elétrica que, a partir da análise de fenômenos macroscópicos, discutiu-se diferença de potencial elétrico (tensão) e corrente elétrica como o deslocamento dessas cargas, seguido de uma aula de experimentações e identificação de elementos de um circuito elétrico.

A BNCC na sala de aula

Objetos de conhecimento	Circuitos elétricos Cálculo de consumo de energia elétrica
Competências específicas de Ciências da Natureza	2. Compreender conceitos fundamentais e estruturas explicativas das Ciências da Natureza, bem como dominar processos, práticas e procedimentos da investigação científica, de modo a sentir segurança no debate de questões científicas, tecnológicas, socioambientais e do mundo do trabalho, continuar aprendendo e colaborar para a construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva. 6. Utilizar diferentes linguagens e tecnologias digitais de informação e comunicação para se comunicar, acessar e disseminar informações, produzir conhecimentos e resolver problemas das Ciências da Natureza de forma crítica, significativa, reflexiva e ética.
Habilidades	(EF08CI02) Construir circuitos elétricos com pilha/bateria, fios e lâmpada ou outros dispositivos e compará-los a circuitos elétricos residenciais. (EF08CI04) Calcular o consumo de eletrodomésticos a partir dos dados de potência (descritos no próprio equipamento) e tempo médio de uso para avaliar o impacto de cada equipamento no consumo doméstico mensal. (EF08CI05) Propor ações coletivas para otimizar o uso de energia elétrica em sua escola e/ou comunidade, com base na seleção de equipamentos segundo critérios de sustentabilidade (consumo de energia e eficiência energética) e hábitos de consumo responsável.
Objetivos de aprendizagem	Relacionar grandezas elétricas nos aparelhos: tensão, corrente, resistência. Identificar e representar circuitos elétricos simples. Explicar o funcionamento de medidores de corrente e tensão.
Conteúdos	Tipos de materiais (condutores e isolantes) Conceitos de eletrostática Diferença de Potencial Pilhas, baterias e lâmpadas Resistência elétrica Consumo de energia

Materiais e recursos

Aula 1 - Cópias dos textos sugeridos, pilhas, clipes, régua, fios etc.

Aula 2 - Cópias dos textos sugeridos e objetos para construção de circuitos elétricos simples (pilhas, baterias, fios, lâmpadas e/ou Led, medidores de tensão e corrente - multímetro).

Aula 3 - Selo Procel de diferentes equipamentos elétricos como geladeira, forno de micro-ondas, chuveiro etc. (podem ser retirados dos aparelhos ou impressos da internet).

Aula 4 - Cópias da Tabela de Consumo dos Aparelhos.

Desenvolvimento

Quantidade de aulas: 4.

Aula 1

Para iniciar essa aula, organizar os alunos em semicírculo e reservar a mesa do professor para apresentação de alguns materiais, como chuveiro elétrico, ferro de passar roupa, tomadas e lâmpadas. Iniciar a aula mobilizando o conhecimento dos alunos em relação ao uso da eletricidade no cotidiano, oferecendo a conexão com a sequência didática anterior e relacionando com algumas grandezas elétricas mais usuais nos aparelhos.

Apresentar os objetos elétricos previamente separados, um a um. Se possível, abrir alguns e mostrar seus circuitos elétricos e seu funcionamento. A cada objeto apresentado, questionar os alunos a respeito de seu funcionamento.

Registrar na lousa as informações levantadas na discussão, grifar conceitos importantes que serão tratados ao longo dessa sequência (como, por exemplo, os termos tensão, corrente, resistência, circuitos elétricos, consumo de energia elétrica). Caso esses termos não surjam na discussão, deixar algum aparelho que contenha as informações técnicas e pedir para que diferentes alunos façam a leitura.

Utilizar no máximo metade da aula para fazer essa mobilização de conhecimentos prévios.

Após essa conversa inicial, apresentar o vídeo sobre a formação de raios, disponível em: <https://noticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/redacao/2018/05/28/por-que-o-brasil-e-o-pais-em-que-mais-caem-raios-no-mundo.htm> (acesso em: 7 nov. 2018). Em seguida, organizar a turma em grupos e distribuir cópias dos textos:

"Brasil registra média de 78 milhões de raios por ano, diz Inpe", disponível em: <http://agenciabrasil.ebc.com.br/geral/noticia/2017-09/brasil-registra-media-de-78-milhoes-de-raios-por-ano-diz-inpe> (acesso em: 7 nov. 2018).

"O funcionamento do para-raios", disponível em: <https://www.ufrb.edu.br/bibliotecacfp/noticias/316-o-funcionamento-do-para-raios> (acesso em: 7 nov. 2018).

Os grupos deverão ler os textos e responder o questionário a seguir.

1. Por que a incidência de raios no Brasil é alta?

Resposta: Uma explicação possível é que o Brasil se localiza em uma região de clima tropical (quente, úmido e chuvoso), onde se formam muitas “nuvens de trovoada”. São elas as responsáveis pelas descargas elétricas.

2. Qual é a principal função do para-raios?

Resposta: A função dos para-raios é proteger a estrutura de construções, como edifícios, casas, contra as descargas elétricas atmosféricas (raios).

3. Por que esses equipamentos devem ser instalados no ponto mais alto das construções?

Resposta: Porque o raio tende a atingir o ponto mais alto de uma área. Geralmente eles são colocados em topos de edifícios, em topos de antenas de transmissões de televisões, rádios etc.

4. Por que esses equipamentos devem ser conectados ao solo por meio de um fio condutor?

Resposta: Porque a função básica de um para-raios é proporcionar um caminho seguro para a descarga elétrica. Quando o fio está ligado à terra, o para-raios conduz a descarga elétrica até o solo.

Faça o fechamento dessa aula propondo aos alunos que se atentem aos fenômenos elétricos que acontecem no seu dia a dia e que necessitam de atenção para evitar choques ou gerar curto-circuito.

Aula 2

Essa aula será desenvolvida a partir de experimentos simples, onde o objetivo será apresentar os elementos principais dos circuitos elétricos. O enfoque a ser dado será nas fontes de energia, representada por pilhas e baterias. Os medidores dessas grandezas elétricas (voltímetro e amperímetro) serão utilizados como forma de identificação e dimensionamento dessas grandezas. O ideal é a presença de equipamentos específicos para essa medição, que são os multímetros. Outra forma de explorar essas atividades experimentais é com a utilização de simuladores virtuais, como o Phet (simulador disponível em: <https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/circuit-construction-kit-dc>, acesso em: 1º nov. 2018) e DcAcLab (simulador disponível em: <https://dcaclab.com/en/home>, acesso em: 1º nov. 2018), que são softwares que tem um visual gráfico bem atrativo e suficiente para simulação de circuitos para essa faixa etária e permite visualizar os componentes da forma que eles realmente se apresentam no cotidiano.

Caso não seja possível apresentar medidores (multímetro) ou mesmo fazer o uso de simuladores, poderá se utilizar pequenas lâmpadas e Led que serão os indicadores. Outra possibilidade é realizar a construção de circuitos elétricos simples com a conexão por meio de fios.

Iniciar a aula, retomando os conteúdos sobre os choques elétricos trabalhados na aula anterior. Destacar os cuidados com a eletricidade, em especial por estarem trabalhando especificamente com a energia elétrica, sempre fazer uma abordagem que oriente os alunos quanto aos acidentes relacionados a ações cotidianas como troca de lâmpadas, chuveiro elétrico, pipas, fios elétricos caídos, eletrodomésticos etc.

Em seguida, explicar o que é a pilha em termos de transformação de energia. Não será necessário explicar o processo químico, mas explore a possibilidade de uma abordagem do processo de transformação. Faça a primeira demonstração, que é a medição da diferença de potencial elétrico (tensão) com o multímetro.

A segunda demonstração será de um circuito elétrico. Utilizar afirmações que os alunos possam reconhecer os diferentes tipos de circuitos e seus elementos principais (ex.: ligar e desligar, acender e apagar; abrir e fechar). Faça essa abordagem com o próprio interruptor da lâmpada da sala ou do projetor.

Após as demonstrações, organizar a turma em grupo de alunos e distribuir cópias dos textos 1 e 2 para que os alunos leiam e respondam um questionário com base nos textos e nas informações estudadas nessa aula.

Texto 1: Elementos dos circuitos elétricos. p. 10. Disponível em: <http://fep.if.usp.br/~profis/arquivos/GREF/eletro03-1.pdf>. Acesso em: 12 nov. 2018.

Texto 2: Entenda por que as pilhas e baterias não podem ser descartadas em lixos comuns. FERNANDES, Lucas Fabiano Stangarlin. Procon - MS. Campo Grande. Set. 2011. Disponível em: <https://idec.org.br/consultas/dicas-e-direitos/entenda-por-que-pilhas-e-baterias-nao-podem-ser-descartadas-nos-lixos-comuns>. Acesso em: 12 nov. 2018.

Questionário

1. Você fará um levantamento dos componentes e dispositivos liberados para essa atividade e a identificação de suas funções para os circuitos elétricos. Veja o exemplo e siga com os demais dispositivos.

Nome do equipamento ou dispositivo	Materiais utilizados	Função que desempenha no circuito
Tomadas Interruptor Fios de ligação Pilha/ bateria Lâmpadas ...	Plástico e contatos metálicos	Faz a ligação entre os contatos do plug e o equipamento

2. Faça o desenho da montagem de um circuito simples. Lembre-se dos materiais que o compõe como uma fonte, fios e a lâmpada. Ele se assemelha a alguma ligação de circuito residencial?

Resposta pessoal. Circuito elétrico simples resultante pode ser comparado com a instalação das lâmpadas dos diferentes cômodos de uma residência.

haryigit/Shutterstock.com

Circuito elétrico simples com duas lâmpadas.

3. Como devemos descartar as pilhas e baterias que já não podem ser utilizadas?

Resposta: Devem ser entregues aos estabelecimentos que comercializam ou às assistências técnicas autorizadas, para que eles passem os resíduos aos fabricantes ou às importadoras.

4. Qual a importância de campanhas para a orientação da população sobre a maneira adequada de descartar pilhas e baterias?

Resposta: Ajudar a população a entender os perigos do descarte incorreto de pilhas e baterias e formas corretas para o descarte.

Ao final da aula, organizar uma roda de conversa para que todos consigam expor suas opiniões e corrigir eventuais erros.

Aula 3

Nessa aula, os alunos vão interpretar as informações contidas no selo Procel dos equipamentos elétricos. Este selo é a etiqueta apresentada nos eletrodomésticos, que classifica o consumo de energia daquele equipamento e seu grau de eficiência energética, varia de A (mais eficiente) a G (menos eficiente) e tem como finalidade orientar o consumidor no momento da compra. Providenciar, anteriormente a aula, selos de diferentes equipamentos elétricos para que os alunos comparem. Os selos podem ser retirados de aparelhos existentes ou impressos por meio de busca de imagens na internet.

Organizar a turma em grupo de 4 alunos e distribuir cópias de selos Procel de diversos equipamentos elétricos. Os grupos deverão fazer os levantamentos das informações presentes nos selos que receberam e preencher o quadro a seguir.

Nome do equipamento ou dispositivo	Informações do fabricante	Classificação de consumo (A a G)
Aquecedor	Tensão – 110 V, Potência - 5400W	F

Orientá-los quanto à apresentação das informações dos aparelhos, às vezes a mesma informação pode aparecer de maneiras diferentes como, por exemplo, em alguns aparelhos vem escrito 110 V, em outros essa mesma informação aparece como tensão elétrica 110 volts.

Após o preenchimento das tabelas, organizar a turma em semicírculo a fim de que apresentem as informações selecionadas pelos grupos. Aproveitar essa conversa para definir e explicar os termos presentes nos selos e alguns conceitos, como potência, tensão, corrente elétrica, voltagem etc.

A potência é a grandeza elétrica que indica o consumo de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento. Por exemplo, se uma lâmpada tem potência de 100 watts, significa que em cada segundo de funcionamento ela consome 100 joules de energia elétrica.

A maioria dos aparelhos elétricos tem apenas um valor de potência, mas existem alguns que trazem escritos mais de um valor como, por exemplo, o chuveiro elétrico. Nesse caso, ele tem geralmente um valor para a posição verão e outro para a posição inverno. No verão, em que a água é menos aquecida, o valor é menor. No inverno, em que a água é mais aquecida, o valor da potência é maior e, consequentemente, o consumo de energia elétrica é também maior.

Fechar a aula lançando como desafio o mapeamento dos aparelhos que mais consomem energia elétrica em suas respectivas residências, tentando estimar a frequência e tempo de uso. Essas informações serão importantes para o levantamento do consumo de energia elétrica mensal.

Aula 4

Essa aula tem o objetivo de fazer o cálculo da média de consumo mensal de energia elétrica a partir do levantamento realizado pelos alunos em suas residências. Atualmente, muitos dos equipamentos e aparelhos eletrônicos são semelhantes nas residências, portanto, o tempo de uso e frequência pode ser dimensionados diferentemente, sendo esse até um motivo para reflexão acerca do tempo utilizado de alguns aparelhos, como TV e chuveiro, por exemplo.

Organizar a turma em trios e orientá-los a estimar o consumo mensal dos principais equipamentos elétricos de suas residências, como geladeira, chuveiro, TV, lâmpadas, entre outros, e preencher essas informações em um quadro, como o sugerido a seguir.

Utilize a tabela abaixo e anote os valores referentes a cada uma das colunas.

Obs.: 1- O tempo de funcionamento de cada aparelho deve ser o mais preciso possível. 2 - Lembre-se de que a geladeira e o freezer funcionam, em média, 8 horas por dia, pois eles ligam e desligam. Se você tiver radio relógio, leve em conta apenas o tempo de funcionamento do rádio, pois o relógio tem consumo muito pequeno.

Aparelho	Potência (W)	Tempo de funcionamento na semana (em horas)	Potência x Potência em Watt hora

Sites para consulta da potência de aparelhos elétricos:
As informações de potência dos aparelhos podem ser previamente separadas pelo professor, pensando nos principais equipamentos de uso cotidiano (geladeira, TV, chuveiro, lâmpadas) e disponibilizadas aos alunos.

O site da Cemig, distribuidora de energia, tem uma tabela de potência média dos aparelhos domésticos. Disponível em: <https://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/Clientes/Documents/POT%C3%8ANCIA%20M%C3%89DIA%20DE%20APARELHOS%20RESIDENCIAIS%20E%20COMERCIAIS.pdf>. Acesso em: 7 nov. 2018.

Tabela de Consumo dos Aparelhos. Disponível em: <http://www.eflul.com.br/consumidores/tabela-de-consumo>. Acesso em: 7 nov. 2018.

Orientações específicas para o cálculo de consumo mensal

A soma de todos os produtos da potência pelo tempo de funcionamento medido em horas indica a energia utilizada em uma semana medida em watt-hora. Para saber o consumo mensal, basta multiplicar por 4, que é o número de semanas por mês. Dividindo-se por 1000, o resultado será o valor do consumo medido em kWh.

Fazer as contas e comparar com o valor impresso em sua conta.

Verificar se eles são próximos ou muito diferentes.

Explicar as razões das possíveis diferenças.

Para fechamento dessa sequência, propor uma roda de conversa com os temas abordados ao longo desse trabalho. Quais foram os pontos mais difíceis? Há dúvidas a serem sanadas? Expor também as tabelas de consumo na sala de aula para que todos possam analisar a diferença em residências distintas.

Para trabalhar dúvidas

Caso algum aluno ou grupo apresente dificuldade na proposta de trabalho, reler a parte em que possam encontrar a resposta sobre a qual têm dúvidas e orientar para que cheguem à conclusão da resposta mais apropriada. Se constatar que as dificuldades também acontecem com outras duplas ou grupos, interromper a atividade para que todos leiam os textos em conjunto novamente e interpretem os respectivos gráficos, imagens e figuras. Pausadamente, retomar o sentido, fazendo perguntas pontuais para que, ao fim desse processo, os alunos consigam encontrar as respostas de forma independente.

Vale destacar que o trabalho em grupo permite que essas dúvidas sejam minimizadas com o auxílio do colega nas intervenções, portanto, o professor pode ficar atento aos alunos que possam colaborar com seus colegas, orientando e fazendo intervenção somente quando for necessário. O objetivo de dinâmica de trabalho dessa forma é que o professor consiga fazer uma gestão mais significativa da aprendizagem e do tempo, proporcionando um espaço maior para o diálogo dos pares, procurando focar nas necessidades específicas de alguns, a fim de verificar se é necessária uma abordagem com toda a turma ou especificamente com um grupo de alunos.

Avaliação

As atividades de pré-leitura, levantamento de hipóteses, leitura, compreensão do texto, bem como o trabalho em duplas e a discussão com toda a turma, devem ser avaliadas. Para isso, sugerimos a ficha a seguir.

Nome do(a) aluno(a): __________________________________________________________________
1. Baseia-se no conteúdo do módulo e cita as leituras apropriadas	( ) Sim.	( ) Não.
2. Relacionou grandezas elétricas nos aparelhos: tensão, corrente, resistência.	( ) Sim.	( ) Não.
3. Identificou e representou circuitos elétricos simples.	( ) Sim.	( ) Não.
4. Relacionou potência dos aparelhos domésticos ao consumo mensal.	( ) Sim.	( ) Não.

Propor também aos alunos algumas questões a seguir:

1. Quais equipamentos domésticos têm maior consumo de energia?

Resposta: Chuveiros e aquecedores.

2. O que são circuitos elétricos?

Resposta: Circuito elétrico é um conjunto formado por um gerador elétrico, um condutor em circuito fechado e um elemento capaz de utilizar a energia produzida pelo gerador.

Ampliação

A física das tempestades e dos raios e relâmpagos. Disponível em: <https://www.mundovestibular.com.br/articles/5884/1/A-fisica-das-tempestades-e-dos-Raios-e-Relampagos/Paacutegina1.html>. Acesso em: 7 nov. 2018.

Sete aparelhos elétricos com consumo surpreendente de eletricidade – e como reduzi-lo. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/curiosidades/2016/04/160428_aparelhos_consumo_eletricidade_fn>. Acesso em: 7 nov. 2018.

Consulta à companhia fornecedora de energia da região para entender o sistema tarifário, faixas de consumo e cálculo do custo em relação ao levantamento realizado.

Fonte: PNLD