PROFESSOR PDE EDSON DIRCEU MENDONÇA

ENERGIA SUSTENTÁVEL E CONSUMO

Artigo Científico sob a orientação do professor Doutor Avacir Casanova Andrello, apresentado ao Programa de Desenvolvimento Educacional da SEED/PR, em parceria com a Universidade Estadual de Londrina, área curricular Física.

LONDRINA – 2012

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ENERGIA SUSTENTÁVEL E CONSUMO

Edson Dirceu Mendonça1 Avacir Casanova Andrello²

Resumo

Este trabalho relata e analisa as contribuições de uma estratégia metodológica baseada na construção prática de uma usina geradora de energia elétrica, processo de ensino-aprendizagem na demonstração e aplicação da Lei de Indução Faraday. Para a realização deste trabalho, desenvolveram-se as atividades na perspectiva de trabalhar o tema Energia iniciando pela experiência prática laboratorial, utilizando da construção de uma turbina geradora de energia elétrica, partindo do conhecimento prático para elaboração da teoria, que conduz o aluno ao conhecimento das leis básicas da física e da produção de energia elétrica de forma a incentivá-lo a participar do fazer, contribuindo assim para melhorar a eficácia do aprendizado deste tópico. O trabalho apresenta os resultados como registro final do plano de ação e da proposta pedagógica apresentada ao Programa de Desenvolvimento Educacional.

Palavras-chave: Energia; Consumo; Sustentabilidade.

Abstract

This work reports and analyses the contributions of a methodological strategy based on practical construction of an electric power-generating plant, the teaching process in demonstration and application of Faraday induction Law. For this work, developed the activities from the perspective of working the Energy theme starting with laboratory experience using construction of an electricity-generating turbine, extends from practical knowledge for elaboration of the theory, which leads the student to the knowledge of the basic laws of physics and electrical power production in order to

¹ Professor da Rede Pública do Estado do Paraná, participante do Programa de Desenvolvimento da Educação (PDE). E-mail mendonca.edson@ig.com.br ² Professor Orientador. Departamento de Física, Universidade Estadual de Londrina – PR. E-mail acandrello@uel.br.

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encourage you to participate in the making, thereby helping to improve the effectiveness of learning this topic. The paper presents the results as final registration of the plan of action and Programme of pedagogical proposal presented to educational development.

Keywords: Energy; Consumption; Sustainability.

1 Introdução

Este trabalho apresenta uma proposta de ensino e os resultados obtidos na

implementação do Projeto de intervenção Pedagógica, para a introdução do

conteúdo Energia utilizando a estratégia metodológica Prática Experimental. As

atividades elaboradas compõem um caderno didático, com o conteúdo Energia

Sustentável e Consumo, direcionado a alunos da 3ª série do Colégio Estadual

Hermínia Rolim Lupion Ensino Fundamental e Médio, e foram aplicados durante o

segundo semestre do ano de 2011.

2 A construção de usina como estratégia

O ensino de Física tem sido alvo de muitas críticas em relação às

metodologias utilizadas em sala de aula, recaindo sobre as ações que o professor

pratica no seu cotidiano. Grande parte dos alunos apresenta muita dificuldade de

aprendizagem pela fragmentação do conteúdo e por não relacionarem com outras

aplicações. Muitas discussões no campo do ensino de Física mostram a

necessidade de se adequar o trabalho escolar às novas tendências que possam

trazer melhoras ao processo de ensino-aprendizagem. Há de se reconhecer o

ensino de Física como cultural e como possibilidade de compreensão de mundo e

dos fenômenos que o cerca.

As Diretrizes Curriculares de Física (PARANÁ, 2008, p.72), propõem que o

ensino de Física seja abordado por meio de tendências metodológicas com

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atividades experimentais que possam suscitar a compreensão de conceitos, além da

teoria, que os ambientes de laboratório na escola sejam vistos como locais de

confrontação de hipóteses, não meramente de verificação.

Para Borges (2006):

O laboratório pode proporcionar excelentes oportunidades para que os

estudantes testem suas hipóteses sobre fenômenos, para que planejem

suas ações, e as executem, de modo a produzir resultados dignos de

confiança. Para que isso seja efetivo, devem-se programar atividade

de explicitação dessas hipóteses antes da realização das atividades

Sob a visão de mundo que a Ciência busca decifrar o universo físico

através de conceito teórico e experimental, onde o conhecimento científico é a base

para construção humana que por sua vez abrange um contexto econômico, político

e social.

Freire (1980) refere-se à educação escolar como formadora de

consciência crítica, ou seja, como processo, no qual o homem se descobre um ser

de relações, sujeito concreto do conhecimento, da história e da cultura, portanto,

consciente de estar no mundo e com o mundo. A visão educacional de Freire, como

proposta teórica, pode constituir-se em referencial importante na prática pedagógica,

voltada à educação ambiental escolar, pois estimula o aluno a questionar e a agir

sobre a realidade, possibilitando uma atuação mais consciente frente a ela.

Como destacam Monteiro & Gaspar (2005):

A atividade de demonstração experimental em sala de aula, particularmente quando relacionada a conteúdos de Física, apesar de fundamentar-se em conceitos científicos formais e abstratos, tem por singularidade própria a ênfase no elemento real, no que é diretamente observável e, sobretudo, na possibilidade de simular, no micro-cosmo formal da sala de aula, a realidade informal vivida pela criança no seu mundo exterior. Grande parte das concepções espontâneas, senão todas, que a criança adquire resulta das experiências por ela vividas no dia-a-dia, mas essas experiências só adquirem sentido quando ela as compartilha com adultos ou parceiros mais capazes, pois são eles que transmitem a essa criança os significados e as explicações a elas atribuídos no universo sócio-cultural em que vivem. Pode-se inferir, portanto, que a utilização da demonstração experimental de um conceito em sala de aula acrescenta ao pensamento do aluno elementos de realidade e de experiência pessoal que podem preencher uma lacuna cognitiva característica dos conceitos científicos e dar a esses conceitos a força que essa vivência dá aos conceitos espontâneos.

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Uma abordagem histórica de Energia faz com que o conteúdo

científico torne mais interessante e envolvente no processo ensino-aprendizagem

bem como a construção humana com responsabilidade.

De acordo com as Diretrizes Curriculares de Física para a Educação

Básica, ciência e tecnologia são resultados da ação humana sobre a matéria, num

processo que envolve o uso de meios de produção com base em energia,

conhecimento e informação. Fica evidente a participação de uma sociedade como

agente de transformação, portadora do conhecimento de uma ciência básica, crítica

e participativa, capaz de compreender a evolução do conceito energia, suas

aplicações e influências na sociedade, especialmente após a revolução industrial.

Ao se trabalhar a demonstração de um fenômeno físico pode ajudar a

construir um conceito mais realista de uma determinada área da física. Em outras

palavras, tal demonstração pode ajudar a compreender e modelar a natureza de

uma maneira simplificada, a proposta é envolver o aluno no processo de obtenção

de energia, contribuir para compreensão significativa de conceitos e transformação

de energia, para ser capaz de utilizar esse conhecimento em outras situações e

aplicações como, por exemplo, o consumo consciente.

3 Implementação da estratégia metodológica

Esta proposta de intervenção pedagógica foi desenvolvida em contra turno,

as atividades foi apresentada em projetor, a turma foi dividida em grupos menores,

posteriormente houve alterações nos grupos para troca de informações.

Na primeira fase foram exploradas as tarefas da sequencia de atividades

composta de “construção prática de experimentos”, para a verificação da condição

de existência do campo elétrico e campo magnético, o experimento de Oersted e

posteriormente a construção da turbina geradora de energia elétrica, que

proporcionou aos alunos condições para melhor compreensão do significado da Lei

Faraday.

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Na sequência de atividades, foi trabalhado a parte teórica, transformação de

energia, consumo consciente e o Fenômeno da Indução Faraday. Inicialmente foi

dado um tempo para leitura, interpretação, discussão e busca de possíveis

estratégias de resolução e compreensão, estabelecimento de um plano, execução

do plano e retrospecto. Sempre que os alunos encontravam alguma dificuldade

houve a interferência do professor, fazendo questionamentos com grupo e com a

turma, o momento era aproveitado para apresentar e discutir as idéias dos

fenômenos presentes para que, á partir dessa discussão, pudessem compreender

melhor o problema de energia e consumo e utilizar esse conteúdo para resolvê-lo.

Durante as aulas foi evitada uma solução pronta dada pelo professor, para que os

alunos continuassem envolvidos com o problema até chegar à solução por eles

mesmos.

Em seguida, os grupos fizeram exposição oral e escrita dos

encaminhamentos que produziram para o restante da turma, deixando claras as

diferentes maneiras de transformação e utilização de energia e os diferentes

métodos utilizados.

4 Resultados

A pesquisa foi realizada, no segundo semestre de 2011, no período noturno

em aulas geminadas variando de 45 á 50 minutos cada aula, com 15 alunos da 3ª

série do Colégio Estadual Hermínia Rolim Lupion Ensino Fundamental e Médio,

Sabáudia-Pr.

Ao iniciar a implementação foi exposto para os alunos sobre o trabalho que

seria desenvolvido durante aquele período, a metodologia que seria utilizada e a

finalidade do projeto.

Expliquei os critérios e a importância da avaliação, e que havia elaborado

alguns itens a serem avaliados:

• Empenho e interesse na resolução das tarefas propostas;

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• Participação e empenho pelas atividades;

• Interação e contribuição nos trabalhos em grupo;

• Observações durante as aulas e análise das produções escritas pelos

alunos.

Apresentamos a seguir as atividades trabalhadas, com algumas reflexões,

discussões e conclusões relativas a cada uma delas.

Atividade 1

1 CONDIÇÃO DE EXISTÊNCIA DO CAMPO MAGNÉTICO E DO CAMPO ELÉTRICO

O magnetismo, e também o eletromagnetismo, tão importantes para

a compreensão da natureza e de conceitos e teorias físicas fundamentais, como é o

caso dos trabalhos de Maxwell, por exemplo, são entendidos muitas das vezes

apenas como conceitos abstratos e enfadonhos para a maioria das pessoas.

A demonstração de um fenômeno físico pode ajudar a construir um

conceito mais realista de uma determinada área da física. Em outras palavras, tal

demonstração pode ajudar a compreender e modelar a natureza de uma maneira

"não tão misteriosa".

Michael Faraday (1791 – 1867) foi o primeiro a propor o conceito de

campo elétrico e também contribuído com outros trabalhos para o eletromagnetismo.

O conceito de campo elétrico surgiu da necessidade de explicar a

ação de forças à distância. Podemos dizer que o campo elétrico existe numa região

do espaço quando, ao colocarmos uma carga elétrica (q) nessa região tal carga é

submetida a uma força elétrica F.

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O campo elétrico pode ser entendido como sendo uma entidade

física que transmite para todo o espaço a informação da existência de um corpo

eletrizado (Q) e, ao colocarmos outra carga (q) nesta região, será constatada a

existência de uma força F de origem elétrica agindo nesta carga (q). Essa carga (q)

é chamada de carga teste e sempre é considerada como sendo uma carga positiva.

O campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) positiva é de

afastamento e, o campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) negativa é de

aproximação. O sentido do campo elétrico independe do sinal da carga (q) que sofre

a ação da força F.

Neste trabalho iremos apresentar uma experiência simples que

possibilita enxergar a ação do campo magnético sobre algum material: no caso, a

limalha de ferro.

Material:

Vidro liso 20 cm x 20 cm

Limalha de ferro 20g

Pedaço de um imã

Objetivo

Construir uma primeira idéia, e consecutiva representação cognitiva,

do que pode ser entendido como campo magnético e sua ação.

Fazer uma analogia entre o campo elétrico e o campo gravitacional

de um planeta. Ao redor de um planeta, existe um campo gravitacional devido a sua

massa, análogo ao campo elétrico que existe em torno de uma esfera eletrizada.

Atividade 2

2 UM POUCO DA HISTÓRIA DA ELETRICIDADE: LEI DE INDUÇÃO DE FARADAY

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Em 1819 o físico dinamarquês Oersted observou que, quando a

agulha de uma bússola é colocada próxima de uma corrente elétrica, a agulha é

desviada de sua posição. Uma agulha magnética suspensa pelo centro de gravidade

entra em movimento quando está em um campo magnético. O deslocamento da

agulha explica pela formação de um campo magnético em torno do condutor

percorrido por corrente elétrica. É a primeira vez que se observou o aparecimento de

um campo magnético juntamente com uma corrente elétrica.

Realizar o experimento de Oersted.

Um condutor retilíneo horizontal é colocado paralelamente a uma

agulha da bússola. Esse condutor é ligado em série com os seguintes elementos:

Um acumulador (pilha) que fornece corrente, uma “chave” (interruptor) para abrir e

fechar o circuito. Inicialmente a chave está aberta e a agulha se mantém paralela ao

condutor, quando se fecha a chave passa corrente produzindo o campo magnético e

a agulha da bússola é desviada.

Material:

01 pilha alcalina

01 bússola

50 cm de fio de cobre

01 interruptor de corrente

Atividade 3

3 CONSTRUÇÃO EXPERIMENTAL DA TURBINA GERADORA DE ENERGIA ELÉTRICA

A lei da indução de Faraday, elaborada por Michael Faraday a partir

de 1831, afirma que a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um

campo magnético, é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área

envolvida do circuito, na unidade de tempo.

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Faraday percebeu que ao introduzir um ímã em uma bobina esta

acusava a presença de uma corrente elétrica na mesma, a intensidade da força

eletromotriz induzida é igual à variação do fluxo magnético no interior da espira.

Experiência:

Transformar outro tipo de energia que, nesse caso é a

transformação da energia eólica em energia elétrica.

Material utilizado:

Cooler de computador

Lâmpada led

Fio de cobre polarizado

Secador de cabelo ou ventilador

Suporte (madeira ou papelão)

Procedimento:

Utilizar o suporte para fixar o cooler, conectar a lâmpada led nos fios

do cooler. Posicionar a fonte eólica (vento do secador) na ventoinha do cooler, para

girar.

Sugestão: http://www.youtube.com/watch?v=F17iwZZyoLE&NR=1&feature=fvwp

Atividade 4

4 DEMONSTRAÇÃO DO RENDIMENTO DE CONVERSÃO DE ENERGIAS

Existem dois tipos de energia estudada na mecânica, a energia

cinética, que está relacionada diretamente ao movimento, e a energia potencial, que

está relacionada com a configuração geométrica do sistema considerado; ex.

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sistema massa terra onde a massa está disposta a certa altura em relação a terra,

existe energia potencial gravitacional; duas cargas elétricas distribuídas nos espaço,

existe energia potencial elétrica devido a configuração destas duas cargas, etc.

Ambas podem ser transformadas em energia elétrica, mas nem toda energia é

transformada totalmente em energia elétrica, ou seja, a eficiência de transformação

nunca é 100%. Em qualquer transformação parte da energia é perdida no processo,

nenhuma máquina é perfeita.

Durante um processo, nem toda energia despendida pela máquina é

convertida em trabalho de fato. Para enumerar essa eficiência de cada máquina foi

criado o conceito de rendimento, uma máquina não pode realizar mais trabalho do

que a energia total.

Para converter a energia, na forma em que ela é usada, passa-se

ainda por um processo que implica em perdas, sendo necessário considerar uma

eficiência de uso ou rendimento. No caso do uso motriz, parte da energia é

transferida ao eixo do motor e parte é dissipada na forma de calor. Para mostrar a

transformação e rendimento de energia faremos experiência de dois motores, um

que produz corrente elétrica pela conversão de energia potencial gravitacional e

outro que consome a energia elétrica produzida e converte em energia potencial

gravitacional, ou seja, faz o percurso contrário.

Objetivos:

Mostrar para o aluno que não é possível recuperar toda a energia elétrica produzida.

Demonstrar o conceito de rendimento na transformação de energias.

Levar o aluno à consciência crítica quanto ao uso, consumo e desperdício de

energia, frente à necessidade do desenvolvimento sustentável.

Material:

2 motores elétricos idênticos

2 suportes de mesmo plano

2 polias idênticas

2 massas idênticas

2 fios inextensíveis idênticos

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O que se percebe nesta sequência proposta é que a aprendizagem e o

ensino se realizam mediante o percurso de forma contextualizada. Ao trabalhar a

experimentação prática para depois o fenomenológico estabelece caminhos e

relação com outros problemas, criando opções sobre a própria experiência, por

exemplo, quando o aluno aproxima ou afasta um ímã de um solenoide e depois

invertendo o lado do ímã inverte também o sentido da corrente elétrica indicada no

multímetro, levando ao conhecimento do fenômeno da indução eletromagnética

proposto por Faraday. É fundamental na educação focar na necessidade de o

educando compreender o mundo em que vive e os fenômenos que o cerca.

A proposta pedagógica visa à integração do conhecimento, levando em

conta o cotidiano e a realidade dos alunos fora do ambiente escolar especialmente

quando se trabalha consumo de energia, fica evidente a relação que se cria entre

geração, consumo de energia e preservação ambiental, despertando no aluno a

necessidade de consumo consciente e de preservação ambiental.

5 Conclusão

Ao trabalhar com a metodologia de Prática de Laboratório, além da

descoberta dos fenômenos elétricos, no decorrer da implementação muitos

conteúdos específicos como: formas de energia e conservação, energia potencial,

funcionamento e construção de um motor elétrico, interação magnética, relação dos

pólos magnéticos da Terra e os pólos geográficos, a construção de imãs artificiais e

de solenoides e outros, foram desenvolvidos e revisados na medida em que

necessitavam desses conhecimentos para a compreensão dos fenômenos

eletromagnéticos bem como o conceito de sustentabilidade.

Durante o período de implementação deste projeto, pode ser observado, um

envolvimento e interatividade da maioria dos alunos no desenvolvimento das tarefas,

uma vez que nesta estratégia metodológica, os alunos sempre trabalhavam em

grupos, o que proporcionava uma oportunidade de se comunicarem sobre os

fenômenos físicos, facilitando a interpretação dos conceitos propostos. Houve

comentários de vários alunos “que por meio dessas práticas laboratoriais eles

conseguiam entender melhor”, “que trabalhando a prática em grupos há um maior

esclarecimento das dúvidas, porque um ajuda o outro”.

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Ao trabalhar com a metodologia de experiência prática nesta proposta, o

tempo utilizado para desenvolver as atividades foi maior do que o previsto no

projeto. Acredito que o ritmo da turma não deve ser induzido pelo professor,

acontecerá naturalmente dependendo da necessidade que cada atividade requer

para ser entendida e concluída.

Precisamos eleger metodologias que proporcionam aos alunos por meio do

conhecimento espontâneo e com base em seus estudos, conviver com processos

que possam observar a globalidade dos fenômenos estabelecendo relação com o

cotidiano.

Enfim, considero a estratégia metodológica partindo da aula experimental

para introduzir o conceito, uma das alternativas para aprimorar a prática pedagógica

e os anseios dos professores em modificar sua metodologia. A abordagem permite

que os alunos realmente se envolvam com a Física fenomenológica, favorecendo a

participação, uma vez que eles são incentivados a se envolverem ativamente no

processo de aprendizagem. Tal proceder visa afastar a ideia de que a Física é uma

matéria complexa.

Referências

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