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FORUM 1 Ednaldo Silva Belo O simulador virtual Phet criado pela Universidade de Colorado Boulder com o intuito de auxiliar e tornar mais dinâmica as aulas de Física, Química, Matemática, ciências da Terra e Biologia. Esta ferramenta didática é composta por mais de 758 milhões de simulações nas áreas já mencionadas. Pela facilidade de acesso e praticidade de aplicação, o Phet é indicado e utilizado amplamente por professores, os quais indicam a seus alunos na tentativa de tornar as aulas mais atraentes pelo viés da prática. Nessa perspectiva o presente trabalho foi idealizado pelo corpo docente, envolvendo o alunado na prática de temáticas da Física experimental, a saber: Condutividade; Circuito Bateria-Resistor e Kit para montar circuitos. Deste modo, a atividade promove um aprendizado pautado na observação e experimentação de eventos físicos, além disso aguçando o senso crítico dos discentes, uma vez que procura saber impressão geral sobre cada uma das seguintes simulações. A seguir será apresentado o procedimento realizado em cada simulação, tendo como passo inicial o acesso ao laboratório virtual, por meio do site oficial, https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/filter?subjects=electricity-magnets-and- circuits&sort=alpha&view=grid, para cada simulação será descrito a impressão e as observações pertinentes. CONDUTIVIDADE O simulador condutividade foi acessado, com a finalidade de identificar alguns materiais que são condutores de energia e outros são isolantes, além disso compreender os fotocondutores e os principais níveis de energia em cada observação. Procedimento Após abrir o simulador de condutividade no Phet, foram selecionados os materiais contido na aba da esquerda (materiais), e acionado uma Diferencia de Potencial (d.d.p.), para cada material. Além disso foi observado o movimento ordenado dos elétrons, assim como os níveis de energia alcançada em cada situação, ao fornecer uma ddp de 1V e 2V na bateria. Por fim, a simulação seguiu com o procedimento descrito acima e acionamento, ainda com a opção fotocondutor acionado, tanto para ddp igual a 1V quanto para 2V. Observações Inicialmente o material metal foi selecionado, registrando 0 volts na bateria, nessa ocasião não foram notificadas quaisquer alterações, conforme mostra a figura a seguir: Figura 1 – Inicio do experimento, com o material metal selecionado a 0 volt Fonte: adaptado de https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/conductivity/latest/conductivity.html?simulation=conductivity&lo cale=pt_BR Quando o material metal foi selecionado e fornecido uma ddp de 1V à bateria, foi notado a movimentação ordenada dos elétrons, ao passo que entram em contato com o fio que compõe o circuito, sendo assim são capazes de aumentar o nível de energia no sistema interligado O mesmo comportamento é observado ao ser fornecido ddp de 2V á bateria, porém observa-se uma movimentação de elétrons com velocidade maior que a anterior (1V). Ainda, os elétrons no sistema interligado ao circuito atingem níveis mais altos de energia. O material plástico quando selecionado no simulador, tanto com ddp de 1V como de 2V, não apresentou nenhuma reação quanto a movimentação ordenada dos elétrons, como também não alterou os níveis de energia no sistema interligado. Esse mesmo comportamento repetiu-se ao ser selecionado o material denominado fotocondutor. Após tais observações, o experimento testou o comportamento de cada material ao ser acionado a lanterna, a figura abaixo mostra a lanterna em funcionamento no sistema. Figura 2 – acionamento da lanterna para experimentar o funcionamento do sistema Fonte: adaptado de https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/conductivity/latest/conductivity.html?simulation=conductivity&lo cale=pt_BR Nessa etapa, tanto o metal quanto o plástico não alteraram sua influência no sistema, conforme na primeira etapa do experimento. Porém, o material denominado como fotocondutor foi capaz de alterar o nível de energia no sistema interligado, mesmo quando a ddp da bateria era 0, nessa ocasião não promoveu a movimentação ordenada de elétrons no circuito. Quando adicionado ddp de 1V e 2V à bateria, observou-se que este material além de elevar significativamente o nível de energia, foi capaz de promover a movimentação ordenada no circuito. Lima et al. (2020) descreve os materiais fotocondutores como sendo de propriedades condutivas elétricas dependentes da presença de radiação eletromagnética. Diante das observações conclui-se que o plástico é um material isolante por não promover o transporte de elétrons para o sistema interligado ao circuito. Já o metal é um material condutor, pois foi capaz de elevar o nível de energia no sistema interligado ao circuito. Quanto ao material fotocondutor acredita-se ser um material de funcionamento peculiar, considerado um potencial condutor em situação especifica. CIRCUITO BATERIA-RESISTOR No simulador Phet o experimento virtual foi realizado mediante a simulação circuito bateria-resistor. Nessa etapa, o objetivo foi conhecer o funcionamento deste tipo de circuito, como também observar o comportamento de elementos que o compõem. Procedimento No simulador foram colocadas diferentes combinações de resistência e voltagens, com a finalidade de observar o comportamento e as mudanças promovidas no circuito. Ainda, foi acionado todas as opções do painel de controle para que fosse mostrado cálculo de voltagem e o funcionamento interno da bateria. As voltagens e resistências observadas foram as máximas, médias e mínimas. Observações Os componentes ilustrados no circuito foram: baterias, resistores, condutores, amperímetro marcando de corrente elétrica, medidor de temperatura. Sendo este último uma espécie de termômetro, o qual indica a temperatura do resistor quando há passagem de corrente elétrica. Na realização do experimento observou-se que ao ser coloca certa tensão passa haver deslocamento de elétrons saindo da bateria, passando pelo resistor e chega no outro polo, assim indo do negativo para o positivo. Importante salientar que nessas condições a corrente elétrica estará no sentido horário, pois a voltagem encontra-se positiva e no sentido anti-horário quando a voltagem se encontra negativa, conforme ilustrado na figura a seguir: Figura 3 – direção da corrente conforme voltagem Fonte: adaptado de https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/battery-resistor-circuit/latest/battery- resistor-circuit.html?simulation=battery-resistor-circuit&locale=pt_BR Quando se aumentou a tensão observou-se que a corrente elétrica aumenta também. No experimento aqui descrito aumentou-se a 6 volts, com isso houve um aumento na temperatura, isso ocorreu porque houve aumento da corrente elétrica, identificado pela quantidade de elétrons passando no circuito. Isso é ocasionado pela colisão dos elétrons com os átomos da rede cristalina do material do resistor, o que promove o aumento de temperatura e aquecimento do circuito. Com isso, qualquer aumentar da tensão, proporcionalmente aumentam temperatura e corrente elétrica, isso é indicado pela emissão de luz, que no simulador foi representado por uma cor mais clara do resistor. Junto a isso se aumentar a resistência há uma diminuição da corrente elétrica, verificado no amperímetro, ainda o resfriamento do resistor indicado pela coloração mais escura do resistor. Por outro lado, quando foi diminuída a tensão elétrica a corrente e aquecimento diminuem a um ponto que se chega a 0 volts e parar a circulação da corrente elétrica. Conclui-se, pois, apontando a importância do resistor para manter um equilíbrio de voltagem e colisão dos elétrons, e concomitantemente a temperatura no circuito. KIT PARA MONTAR CIRCUÍTOS O estudo de circuitos elétricos em física é uma prática fundamental para que os alunos tenham conhecimentosde componentes elétricos e suas funcionalidades, bem como o comportamento de determinados materiais quando inclusos em um circuito elétrico. Junto a isto, é importante o conhecimento e manipulação de equipamentos de medição. Sobre as atividades experimental em sala de aula Monteiro et al. (2010) debate a falta de exploração deste tipo de atividade devido as dificuldades enfrentadas que os professores enfrentam, sobretudo na aquisição de materiais. Um contraponto na fala do autor é elucidado quando pode-se ter aceso a simuladores e laboratórios virtuais. Nessa perspectiva, foi proposto ao alunado do curso de física o acesso ao simulador virtual Phet, tendo como temática o ki t para montar circuitos elétricos. Procedimento O acesso inicial funcionou como ambiência ao aplicativo, procurando-se compreender o funcionamento e as funções de cada item ali apresentado. Para tanto foram necessários alguns minutos de manuseio em cada item, tanto no modo “intro” e “lab”, como ilustrado abaixo: Figura 4 – layout inicial do simulador Phet no módulo Kit para montar circuito DC Fonte: adaptado de https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit- construction-kit-dc_pt_BR.html Em seguida a proposta era testar a tensão e amperagem de cada material, isso no módulo introdutório. Em seguida, no módulo laboratório foi montado um circuito simples com determinado número de materiais, conhecendo-se ainda a resistividade do fio e a resistência de baterias. Nessa primeira etapa alguns materiais foram descartados de fazerem parte do circuito a ser montado, a tomada de decisão desta seleção girou em torno das medidas lidas no voltímetro, também por não serem materiais comumente aplicados na construção de um circuito, dentre os quais: dinheiro de papel, moeda, borracha, lápis, mão e cachorro. Na construção do circuito foram utilizados os seguintes materiais: fio, baterias, lâmpada, resistores e interruptor. Os resistores foram organizados em séries e em paralelo, para que fosse medido a corrente em cada setor do circuito. As lâmpadas foram distribuídas de modo a simular a iluminação de um ambiente interno. Logo abaixo a figura mostra a arquitetura e funcionamento do circuito montado. Figura 5 – Circuito montado no simulador Phet Fonte: adaptado de https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit- dc/latest/circuit-construction-kit-dc_pt_BR.html Observações Foi observado que a amperagem inicial do circuito foi de 1,35ª, mas que em setores distintos esse valor sofre alteração, como por exemplo nas secções entre resistores, em que foram registrados valores de 0,45A. Já tensão medida no entre as baterias foi de 27V, sendo que foram utilizadas 3 baterias, o que implica dizer que teoricamente a tensão de cada bateria é de 9V. Com as medições em seções distintas do circuito foram observados valores diferentes de tensão, sendo que 4,5V foi o menor valor notificado. CONSIDERAÇÕES FINAIS Simuladores virtuais são ferramentais fundamentais para torna o ensino da Física mais atraente e dotar o aluno de uma visão próximo do acontecimento real dos estudos de fenômenos físicos. Isso com muita praticidade e total liberdade para que aluno possa analisar e estudar tais fenômenos. No simulador Phet as práticas realizadas e aqui descritas foram de fundamental importância para que o objetivo geral da atividade fosse alcançado. Sendo assim, acredita- se na construção de um aprendizado dinâmico e valioso aos futuros licenciados. REFERÊNCIAS LIMA, Ariane A. et al. Uma revisão dos princípios da conversão fotovoltaica de energia. Rev. Bras. Ensino Fís., São Paulo, v. 42, e20190191, 2020 . Available from <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806- 11172020000100406&lng=en&nrm=iso>. access on 27 July 2020. MONTEIRO, I.C.C. et al. , Cad. Bras. Ens. Fís. 27, 2 (2010). Site: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/filter?subjects=electricity-magnets-and- circuits&sort=alpha&view=grid
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