DISCIPLINA: CIENCIA, HISTÓRIA E CULTURA – CHCZ6
PROFESSOR MESTRE WINSTON GOMES SCHMIEDECKE
Seqüência Didática
NOME: LUCAS ALEXANDRE MORTALE PRONTUÁRIO: 0874833
São Paulo
JUNHO DE 2011
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Sequencia Didática, Notas de estudo de Física
O objetivo dessa seqüência didática é abordar o conteúdo sobre “Descoberta de Oerted” e “Lei de indução de Faraday” dentro de uma perspectiva histórica. Dentro dessa seqüência didática justifico a utilização da história da ciência como estratégia para o ensino de Física no ensino médio. Segundo o ministério da educação (MEC): “Os últimos parâmetros curriculares nacionais evidenciaram o que diversas pesquisas Relacionadas ao Ensino de Ciências apontam (Peduzzi, 2001): a fecundidade do uso da Hist
Tipologia: Notas de estudo
2011
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DISCIPLINA: CIENCIA, HISTÓRIA E CULTURA – CHCZ
PROFESSOR MESTRE WINSTON GOMES SCHMIEDECKE
Seqüência Didática
NOME: LUCAS ALEXANDRE MORTALE PRONTUÁRIO: 0874833
São Paulo JUNHO DE 2011
Objetivo
O objetivo dessa seqüência didática é abordar o conteúdo sobre “Descoberta de Oerted” e “Lei de indução de Faraday” dentro de uma perspectiva histórica.
Justificativa
Dentro dessa seqüência didática justifico a utilização da história da ciência como estratégia para o ensino de Física no ensino médio. Segundo o ministério da educação (MEC): “Os últimos parâmetros curriculares nacionais evidenciaram o que diversas pesquisas Relacionadas ao Ensino de Ciências apontam (Peduzzi, 2001): a fecundidade
do uso da História da Ciência para que “o ensino de Física, na escola média, contribua
para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais, situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza como parte da própria natureza em transformação” (Brasil, Ministério da Educação, 2002: 229)
Além da estratégia da história da ciência, irei utilizar para o ensino desse conteúdo a experimentação, pois acredito que o ensino, acima de tudo, deve ser agradável, permitir que os alunos se relacionem entre si. Isso é possível com a inserção de experimentos, onde os alunos podem construir e ao mesmo tempo possam discutir com seu professor os fenômenos ali relacionados.
Número de Aulas: 9
Público-Alvo:
Alunos do 3º Ano do Ensino Médio de escolas estaduais ou particulares que estejam no 1º semestre do ensino médio, no 2ºBimestre de acordo com a proposta curricular do estado de São Paulo.
Recursos que serão utilizados:
Aula Expositiva Dialogada
Livros didáticos aprovados pelo PNLD
Materiais do professor
Artigo adaptado: Michael Faraday: O caminho da livraria à descoberta da Indução Eletromagnética- Roberto de Andrade Martins. Artigo adaptado: Experiência de Oersted em sala de aula- J.P.M.C. Chaib e A.K.T. Assis
Pré – Requisitos
Para a realização dessa seqüência didática é necessário que os alunos tenham adquirido os conhecimentos do 1º Bimestre em relação ao conceito de campos e forças, segundo a proposta curricular do estado de São Paulo o conteúdo seria:
3ª Aula - Experiência de Indução Magnética de Oersted
Tempo estimado: 25 minutos – Montagem 25 minutos – Realização
Materiais: Bússola (construída no experimento com agulha, pote, e água), fio flexível fino, pilha e suporte de pilha. Retomado as discussões anteriores a respeito da descoberta de oersted, nessa aula os alunos se reunirão em grupos e trabalharão um experimento que mostra as observações de Oersted a respeito da indução magnética. Pedindo para os alunos descreverem suas observações. O professor pedirá uma aula antes que os alunos tragam pilhas, suporte, o pote e as agulhas. O isopor para a agulha e o fio fino será fornecido pelo professor. Serão colocadas na lousa três questões para discussão. Os alunos deverão entregar na próxima aula.
Discussão: Descreva suas observações. Como explica o que observou. Faça um diagrama que representa a observação e sua explicação.
4ª Aula– Teoria Sobre Indução Eletromagnética
Retomando o contexto histórico e as questões levantadas a respeito do experimento. Essa aula será teórica envolvendo a formalização da teoria sobre indução eletromagnética e resolução de exercícios a respeito do assunto. Dentro dessa aula haverá uma discussão final que é a seguinte: de acordo com os trabalhos de oersted, a corrente é capaz de criar campo magnético, o contrario também é possível? Podemos a partir de o campo magnético gerar corrente elétrica?
5ª e 6ª Aula – Lei de Faraday
Nessa Aula será trabalhada a adaptação do artigo pelo professor: (“Michael Faraday: O caminho da livraria à descoberta da Indução Eletromagnética”). Na 5ª aula será dado o texto para os alunos lerem, fazerem anotações sobre o mesmo, na 6ª aula os alunos falarão das suas impressões sobre o texto e os alunos entregarão uma segunda síntese, essa síntese terá 2 partes (falar do entendimento do texto e questão a ser respondida com uma redação dissertativo-argumentativa (ver discussão)), aqui cabe uma conversa com o professor de português a fim de ele ajudar na elaboração dessa redação.
Discussão:
Nessa aula você estudou a respeito de um personagem histórico que apesar de não ter cursado uma universidade, publicou vários trabalhos sobre química e física, após esse estudo, a imagem de cientista como sendo um “gênio”, alguém que vive trancado em laboratório, ou seja, uma pessoa excluída da sociedade que é passada pelos meios de comunicação mudou?
7ª Aula – Lei de Faraday (Continuação)
Dentro dessas aulas haverá também uma explicação teórica envolvendo o contexto histórico sobre lei de Faraday e uma lista de exercícios para fazer em casa valendo nota dentro de um determinado prazo.
8ª e 9ª Aula - Lei de Faraday (Gerador eletromecânico)
Nessa aula os alunos se reunirão em grupos e trabalharão um experimento que mostra a lei de faraday a respeito da indução magnética. O professor irá trazer o material. E os alunos deverão montar o gerador e responder as questões (ver discussão).
Materiais: Carretel com cerca de 120 m de fio 28 AWG enrolado, um LED (de preferência vermelho e de alto brilho), ímãs.
Bibliografia
MARTINS, Roberto de Andrade. DIAS, Valéria Silva. Michael Faraday: O caminho da
livraria à descoberta da Indução Eletromagnética. In: Ciência & Educação, v. 10, n. 3,
p. 517-530, 2004
Chaib, J.P.M.C, A.K.T Assis. Experiência de Oersted em sala de aula. In: Revista
Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 1, p. 41-51, (2007)
Anexo II: Artigo Adaptado:Experiência de Oersted em sala de aula Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 1, p. 41-51, (2007) www.sbfisica.org.br (artigo adaptado)
Experiência de Oersted em sala de aula
Desde a Grécia antiga se sabia que o minério de magnetita possuía a propriedade de atrair o ferro e seus compostos e que o âmbar ( elektron em grego) atritado atraía corpos leves. Desde pelo menos o século XI d.C., pelo menos, já se utilizava na China as propriedades de orientação de uma agulha magnetizada ao longo da direção norte-sul geográfica terrestre, sendo que este conhecimento passou a ser adotado no ocidente por volta do século XII. Um avanço importante no estudo do magnetismo foi feito por Pedro Peregrino (data de nascimento e morte desconhecidas). Baseado na experimentação escreve em 1269 a sua Epístola sobre o Ímã , onde descreve as propriedades e os efeitos dos ímãs naturais. Ele parece ter sido o primeiro a utilizar a expressão pólo para se referir a um pólo magnético, além de apresentar o primeiro método para determinar os pólos de um ímã. Já em 1600, William Gilbert (1540-1603), médico inglês, publicou o livro Sobre os Ímãs, sobre os Corpos Magnéticos, e sobre o Grande Ímã, a Terra. Neste livro fez uma analogia comparando a terra com um enorme ímã, onde os pólos magnéticos da terra estariam localizados junto aos pólos geográficos. Gilbert também estudou os fenômenos elétricos. Conseguiu reproduzir o efeito observado no âmbar em uma grande quantidade de materiais. Os materiais que, como o âmbar, atraíam corpos leves após serem atritados, foram denominados por Gilbert de elétricos e os outros materiais de não elétricos. Hoje denominamos os primeiros materiais de isolantes e os outros materiais de condutores de carga elétrica. O século XVIII produziu uma riqueza de experimentadores, inclusive no que diz respeito à eletricidade e ao magnetismo. Stephen Gray (1666-1736) descobriu em 1729 a existência de condutores e isolantes elétricos. Charles Dufay (1698 -1739) propôs em 1733 a existência de dois tipos de carga elétrica, com cargas de mesmo tipo se repelindo e cargas de tipos opostos se atraindo. Apesar disto, observavam-se diferenças notáveis entre as interações elétricas e magnéticas. Vários corpos reagem à presença de um corpo carregado eletricamente, sendo que poucos respondem ao magnetismo. Não há análogo no magnetismo para os isolantes elétricos. As cargas elétricas podem ser isoladas umas das outras, o que não acontece com os pólos magnéticos (pelo que se tenha notícia até hoje). Visto de longe, parecia que os fenômenos magnéticos e elétricos não tinham nenhum vínculo. Porém, existiam elementos que levaram vários pensadores a crerem em alguma relação entre o magnetismo e a eletricidade. O fato de peças metálicas serem magnetizadas ao cair um raio sobre elas e a mudança da orientação das bússolas quando um raio caía próximo a elas tornaram-se uns dos fortes indícios que geravam a suposição da conexão entre magnetismo e eletricidade. Além disso, graças às experiências de Dufay, a eletrostática não era mais vista apenas como um fenômeno de atração, mas, junto com a magnetostática, apresentava comportamentos tanto de repulsão como de atração. Somando-se a tudo isso, Priestley (1733-1804) em 1767, John Robison (1739-1805) em 1769 e Coulomb (1738-1806) em 1785 anunciaram a lei do inverso do quadrado para a força eletrostática, sendo que uma lei análoga para a magnetostática foi anunciada por Coulomb em 1785. Apesar dos indícios citados, havia uma grande dificuldade em relacionar os dois fenômenos. Vários pesquisadores tentaram em vão encontrar algum efeito empírico que relacionasse a eletrostática e o magnetismo. Podemos até imaginar que muitos desanimavam acreditando não ser possível demonstrar alguma relação entre estes dois conjuntos de fenômenos. Oersted
Anexo I : Artigo Adaptado: MICHAEL FARADAY: O CAMINHO DA LIVRARIA À DESCOBERTA DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Ciência & Educação, v. 10, n. 3, p. 517-530, 2004 (ARTIGO ADAPTADO)
MICHAEL FARADAY: O CAMINHO DA LIVRARIA À DESCOBERTA DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA Valéria Silva Dias e , Roberto de Andrade Martins
Um breve relato biográfico
Michael Faraday nasceu em 22 de setembro de 1791, em Newington Butts, Surrey. Seus pais, James Faraday (que trabalhava como ferreiro) e Margaret Hastwell, já tinham dois filhos: Elizabeth e Robert. A família se mudou para Londres quando Faraday tinha cinco anos, época em que a Inglaterra sofria as conseqüências da Revolução Francesa. A situação financeira da família era ruim e Michael teve uma precária formação básica, aprendendo somente o necessário para ler, escrever e um pouco de Matemática. Em 1804, com 13 anos, Faraday começou a trabalhar para G. Riebau, como ajudante em sua livraria. Sua função era transportar o material e ajudar nas encadernações. Nesse contato com os livros ele teve a oportunidade de melhorar sua formação, lendo com grande interesse todos os livros que podia. Em 1812, através da ajuda de um cliente da livraria, assistiu a uma série de quatro conferências do químico Humphry Davy, na Royal Institution. Anotou cuidadosamente essas conferências e enviou uma cópia para Davy, pedindo-lhe um emprego em qualquer função relacionada à Ciência. Em março do ano seguinte, com a demissão de um assistente, Faraday. Conseguiu o emprego. Então, aos 22 anos, Faraday tornou-se auxiliar de laboratório de Humphry Davy na Royal Institution de Londres. Em outubro de 1813, Faraday acompanhou Davy em uma viagem pela França, Itália e Suíça, onde manteve contato com cientistas de diferentes áreas e aprendeu a “ver” e “pensar” os problemas científicos. Durante vários anos, apenas auxiliou Davy em seus estudos em Química e foi assim que adquiriu um enorme traquejo experimental. Davy foi um químico brilhante e seu laboratório era um dos mais bem equipados da Inglaterra. Com ele, Faraday fez um estudo sobre o cloro, experiências sobre difusão de gases e liqüefação, dentre tantas outras atividades sobre Química. Até 1820 Faraday não havia se dedicado a pesquisas físicas. Neste ano, Hans Christian Ørsted divulgou a descoberta do eletromagnetismo (Martins, 1986), e o novo fenômeno despertou o interesse de muitos investigadores – incluindo Humphry Davy. Motivado por esses estudos, aos 29 anos Faraday iniciou uma série de trabalhos independentes sobre eletromagnetismo, sempre intercalados pelos estudos sobre Química. Em 1821, Faraday fez suas primeiras conferências e começou a publicar seus trabalhos independentes. Casou-se com Sarah Barnad neste mesmo ano, e foi recomendado por Davy para sucedê-lo na superintendência do laboratório. A partir desse período, o trabalho de Faraday já era independente. Em 1824 ele se tornou membro da Royal Society , por seus trabalhos sobre Química. Em 1825 ele se tornou diretor do laboratório, e no ano seguinte iniciou uma série de conferências semanais, às sextas-feiras. Até 1830 os trabalhos principais de Faraday foram sobre Química. Em 1831, com a descoberta da indução eletromagnética, Faraday iniciou um período em que se envolveu cada vez mais com pesquisas físicas, sem nunca abandonar, no entanto, a Química. Durante sua vida, foi chamado para consultoria em diversos trabalhos públicos e por 30 anos foi conselheiro da Trinity House. Sem nunca ter cursado uma universidade, recebeu títulos honorários e homenagens de toda parte do mundo, e ambos, Royal Society e Royal Institution , tentaram persuadi-lo a aceitar a presidência, sem sucesso. No verão de 1858, Faraday se aposentou, após 38 anos de trabalho na Royal Institution. Morreu em 25 de agosto de 1867, em Hampton Court Green, Londres.
Primeira fase de pesquisas: 1820 – 1821
A descoberta de Ørsted, publicada em artigo datado de 21 de junho de 1820 (Ørsted, 1986), desencadeou um grande interesse na comunidade científica da época e também Davy começou a investigar o assunto. Ele realizou uma série de experimentos e Faraday foi seu assistente, tendo desta forma seu primeiro contato com o eletromagnetismo. Em setembro daquele ano, Faraday descreveu uma série de experimentos realizados em sete dias, sobre rotações eletromagnéticas, mas sua correspondência traz evidências de que outros experimentos foram anteriormente realizados. Em 11 de agosto de 1821, Faraday recebeu uma carta 11 de Richard Phillips, onde o autor indagava a Faraday sobre suas pesquisas em eletromagnetismo e sobre um artigo que teria sido encomendado por ele a Faraday. Numa outra carta 12 , também de R. Phillips para Faraday, esta datada de 4 de setembro, Phillips acusou o recebimento
do artigo, citado anteriormente, e assegurou que sua publicação seria feita anonimamente, como pedido por Faraday: Eu li hoje o artigo sobre eletromagnetismo, e nem necessito dizer que este tem minha inteira aprovação, sendo exatamente o que eu queria. [...] Eu tomarei todos os cuidados para manter seu nome privado, mas não tenho a mínima objeção de tornar este conhecido quando você desejar, quanto mais cedo, melhor (Phillips, in James, 1991, p. 220). Esses dados revelam que, embora não esteja claro em quais circunstâncias, Faraday foi convidado a escrever um artigo de revisão sobre o eletromagnetismo, para a revista Annals of Philosophy. Sabemos que ele aceitou o convite e preferiu que seu nome não aparecesse na publicação 13 ; a carta citada não traz qualquer indicação a respeito do motivo, e as cartas de Faraday para Phillips se perderam. Sabemos também que Faraday se dedicou a ler um grande número dos trabalhos que haviam sido publicados até então e redigiu um artigo que foi publicado em três partes, sob o título de “Historical sketch of electro-magnetism” (Faraday, 1821a, 1822b). Na primeira parte do artigo Faraday fez um resumo do trabalho realizado por Ørsted, suas considerações e hipóteses que levaram à descoberta do eletromagnetismo. Na segunda parte, ele descreveu a contribuição dos pesquisadores posteriores a Ørsted, centralizando-se apenas nos fenômenos descobertos e evitando fazer considerações sobre os fatos. Ele analisou principalmente o trabalho de pesquisadores franceses, mencionando Arago, que foi o primeiro físico francês a tomar conhecimento da descoberta de Ørsted e a comunicá-la à Academia de Ciências de Paris, permitindo desta forma que Ampère tomasse conhecimento desse trabalho. Ampère logo se tornou um dos pesquisadores mais ativos na área, repetindo, variando e aplicando os resultados dos experimentos de Ørsted. Em seu trabalho propôs a redução dos fenômenos magnéticos a efeitos puramente elétricos e descobriu e analisou a interação entre duas correntes elétricas 14. Faraday comentou os resultados alcançados por Ampère: Duas correntes elétricas se atraem quando se movem paralelas entre si e na mesma direção, e se repelem quando elas se movem paralelas entre si em direções contrárias. (Faraday, 1821a, p. 276). Nesses dois primeiros artigos sobre eletromagnetismo, Faraday não apresentou nenhuma contribuição original. Mas, estimulado pela leitura dos artigos que precisou consultar e intrigado, talvez, por alguns resultados estranhos encontrados na repetição dos experimentos (Faraday, 1823), começou a fazer novas investigações na Royal Institution que o conduziram a novas descobertas.
Segunda fase de pesquisas: 1821-
As primeiras experiências foram guiadas pela idéia (que, atualmente, sabemos estar errada) de que um fio conduzindo corrente deveria atrair ou repelir os pólos magnéticos de uma agulha magnética. Faraday colocou o fio condutor em uma posição vertical. Aproximando uma agulha para verificar as posições de atração e repulsão, Faraday encontrou que para cada pólo existiam duas posições atrativas e duas repulsivas (Figura 1), permitindo que a agulha tomasse sua posição original em relação ao fio. Esse resultado não era o mesmo encontrado por Ørsted, para quem não existia uma posição atrativa e uma repulsiva para cada pólo. Na descrição dos resultados apresentados no artigo, Faraday escreveu: Aproximando o fio, perpendicularmente, na direção de um pólo de uma agulha, este se desviará para um lado, segundo a atração ou repulsão dada na extremidade do pólo; mas, se o fio é continuamente aproximado do centro do movimento [o meio da agulha magnética], por um lado ou pelo outro da agulha, a tendência da agulha de mover-se na direção anterior diminui até anular-se, de forma que a agulha torna-se indiferente ao fio. Finalmente, o movimento se inverte e a agulha é fortemente forçada a passar pelo caminho oposto (Faraday, 1821b, p. 74). A partir de experimentos como este, Faraday se convenceu, primeiramente, de que os pólos da agulha magnética não estavam exatamente nas suas pontas, mas a uma certa distância das extremidades, no eixo da agulha. Porém, o resultado mais importante dos experimentos foi que, repetindo-os e observando os movimentos, Faraday se convenceu de que, ao invés de sofrer atração e repulsão, o pólo magnético da agulha tendia a girar em torno do fio condutor. Esses resultados eram compatíveis com a interpretação de Ørsted que, ao