Conteúdos
Energia elétrica e energia térmica.
Efeito Joule.
Oxidação/combustão.
Objetivos
Este roteiro trata do estudo qualitativo do Efeito Joule (transformação de energia elétrica em energia térmica). Espera-se que o aluno:
– compreenda que a energia elétrica pode se transformar em energia térmica, gerando uma infinidade de aplicações práticas no nosso cotidiano.
– compreenda os conceitos de oxidação e combustão em interdisciplinaridade com a Química, caso o professor deseje.
1ª Etapa: Início de Conversa
A energia elétrica é uma das formas mais comuns e utilizadas no nosso cotidiano. Atualmente somos extremamente dependentes da energia elétrica, principalmente nos meios urbanos. A energia elétrica pode ser convertida, ou transformada, em diversas outras formas de energia e, dentre elas, o calor.
Ainda que tenhamos muitos aparelhos eletrodomésticos encarregados de transformar a energia elétrica em calor, nem sempre isso é “observável” no sentido de que ocorre no interior de um aparelho do qual recebemos o calor produzido, mas não temos muita clareza de onde, exatamente, ocorreu essa transformação. Nessa atividade vamos explorar o efeito Joule (transformação de energia elétrica em calor) e “visualizar” de forma mais direta como ocorre essa transformação. Além disso, aprenderemos que alguns metais como o ferro entram em combustão quando aquecidos acima de determinada temperatura e expostos a oxigênio em abundância.
Consulte os links sugeridos na aba Para organizar o seu trabalho e saber mais antes de iniciar as atividades propostas.
2ª Etapa: Problematização e sensibilização
Nessa etapa o professor deve apresentar o tema de estudo, “Efeito Joule”, e estimular um debate rápido sobre o que os alunos pensam sobre o tema. Algumas perguntas podem orientar esse debate e ajudar em uma diagnose dos conhecimentos prévios dos alunos:
1. Vocês sabem qual a diferença nas moléculas de um corpo “quente” ou “frio”?
2. Que aparelhos elétricos vocês conhecem que servem para esquentar algo?
3. De onde vem o calor produzido em aparelhos elétricos?
4. Por que um fio metálico percorrido por corrente elétrica se aquece?
5. Que fatores afetam a produção de calor em um fio percorrido por corrente elétrica?
A partir das respostas dos alunos o professor pode ir elencando temas para tratar conjuntamente durante a atividade. Uma boa ideia consiste em anotar na lousa as dúvidas que surgirem e, ao final, fotografar a lousa para registrar essas dúvidas. Parte delas podem também ser dúvidas do próprio professor e poderão se transformar em objeto para pesquisas na internet ou na biblioteca da escola.
É importante que nesse momento os alunos tenham a palavra e que as suas dúvidas sejam anotadas e não respondidas. O objetivo é despertar a curiosidade, o interesse e diagnosticar o que os alunos já sabem e o que precisam saber ou aperfeiçoar.
3ª Etapa: Apresentando o efeito Joule
Nessa etapa sugerimos que o professor leve para a sala de aula alguns aparelhos elétricos destinados a produção de calor, como o chuveiro, a “chapinha”, o secador de cabelos e uma lâmpada incandescente. Também é interessante levar, à parte, o resistor de um chuveiro (comercialmente conhecido como sua “resistência elétrica”) e mostrar a semelhança entre ele e o filamento de tungstênio da lâmpada incandescente.
O “Roteiro de Experimentação”, disponível na seção Material de Apoio, traz uma demonstração simples que pode ser feita em sala de aula sem a necessidade de equipamentos sofisticados e, na impossibilidade de realizar a demonstração, o vídeo “Mazzi mostrando o efeito Joule” apresenta duas demonstrações equivalentes e pode ser utilizado como recurso substituto à demonstração.
4ª Etapa: A conversão de energia elétrica em calor – o feito Joule
Nessa etapa o professor deve fazer uma breve revisão do conceito de calor (como forma de energia em trânsito), energia térmica (energia associada ao movimento dos átomos e moléculas – energia cinética) e de temperatura (como uma medida do estado de agitação dos átomos e moléculas de um corpo).
Também é importante, se não foi feito ainda, apresentar ou reapresentar a lei de Ohm e as expressões da potência elétrica dissipada em elementos resistivos. Aqui vale lembrar que essa potência elétrica é justamente a medida da velocidade com que a energia elétrica é convertida em calor nesses elementos.
A página “O efeito Joule”, disponível na seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”, pode também ser utilizada como roteiro para apresentação/revisão desses conteúdos.
5ª Etapa: Finalização
Para a finalização dessa aula sugerimos que o professor leve os alunos à sala de informática e proponha que, em duplas, explorem o applet (simulador java) “Circuito bateria-resistor”. Nesse simulador é possível visualizar o efeito da corrente elétrica no aumento da energia cinética dos átomos e moléculas do fio e compreender a relação entre as variáveis que aparecem nas equações da potência elétrica dissipada nos elementos resistivos.
Peça que as duplas explorem o simulador e produzam um roteiro explicativo do que simularam, o que observaram e a que conclusões chegaram. Na sequência, também é interessante solicitar que as duplas retomem as perguntas utilizadas na 2ª Etapa, respondendo-as conforme a compreensão que têm agora sobre o fenômeno. As respostas dos alunos servirão de bom parâmetro para identificar se os objetivos da atividade foram atingidos.
Materiais Relacionados
Vídeo (6:21), “Mazzi mostrando o efeito Joule”
“O efeito Joule”, site com conteúdo para estudo
Simulador (applet) em java, “Circuito bateria-resistor”, onde é possível simular o efeito Joule em função da tensão e da resistência elétrica
Consulte o Roteiro de Experimentação: experimentação-efeito-joule disponível na aba Material de Apoio
Arquivos anexados
- Efeito Joule
