Eletromagnetismo no Ensino Médio

Objetivo Geral

Fazer uma competição para motivar a participação dos alunos num experimento que envolve aplicação de conceitos do Eletromagnetismo: o grupo de alunos que construir o eletroímã cujo campo magnético tenha a maior intensidade ganha um lanche do “McDonald’s”.

Introdução

As aulas de Física podem ser mais interessantes a partir do momento que fazemos os alunos pensar sobre o conteúdo de Física de uma forma estimulante. Podemos proporcionar estes momentos em nossas aulas nos planejando e programando atividades voltadas à construção do conhecimento dos  nossos alunos.
A proposta desta atividade não é apenas que o estudante construa um eletroímã, mas incentivá-los a pensar em quais estratégias experimentais ele deve tomar para fazer um eletroímã que gere um campo magnético de maior intensidade.
Podemos criar um interesse maior pelas aulas de Física, levando os alunos a criarem uma disposição para fazer investigações, criar hipóteses, fazer tentativas, comparações e aprenderem os conteúdos. Além disso, podemos criar situações de incentivo aproveitando elementos comuns da vida dos alunos, como o oferecimento de um lanche tradicional, muito conhecido por eles, que vai passar a ser o estímulo para a dupla de alunos que alcançar o melhor resultado.

Objetivos conceituais

Esta atividade vai levá-los a pensar sobre os seguintes conceitos do Eletromagnetismo:
corrente elétrica, sentido da corrente elétrica, campo magnético, polos magnéticos, materiais ferromagnéticos, campo magnético gerado por um fio onde passa corrente elétrica, campo magnético gerado por um solenóide, regra da mão direita.
A construção do eletroímã é uma atividade experimental muito simples, mas de grande efeito que pode ser observado e analisado.

Objetivos específico

1- Estimular o aluno a pensar em “como” construir um eletroímã que pode gerar um campo magnético de maior intensidade.

2- Estimular o professor a adotar um critério para avaliar o eletroímã que apresenta maior efeito.

Materiais

Dois pregos grossos, fio esmaltado para motor, pilha grande nova e alcalina, material ferromagnético (clips, parafusos, preguinhos ou moedas) para observar o efeito, uma bússola para identificar os polos do eletroímã e um canudo de refresco.

O que o aluno já deve ter estudado para fazer esta atividade

O aluno precisa ter noções sobre
Eletricidade:corrente elétrica e circuito fechado;
Magnetismo: campo magnético;
Eletromagnetismo: campo magnético gerado por corrente elétrica.

Construção do eletroímã

Enrole o fio no prego, forme o solenóide. Não é necessário enrolar todo o prego, apenas alguns centímetros próximos à cabeça do prego.
Descasque as extremidades do fio e conecte na pilha.

Procedimento Experimental

Esta atividade pode ser feita numa aula de demonstração: o professor pode levar o material necessário e fazer a construção do eletroímã na sala de aula com os alunos.
Feche o circuito do eletroímã

1ª parte:
- Aproximar a cabeça do prego dos materiais ferromagnéticos.
- Observe a atração.
- Pergunte aos alunos:
O que ocorreu? Porque ?
- Anote as idéias dos alunos na lousa.
- Se abrir o circuito o que vai acontecer?

2ª parte:
- Abra o circuito e observe o que acontece.
- Por que não acontece mais a atração?
- Anote as respostas dos alunos na lousa.
- Destaque as idéias diferentes e as semelhantes.

3ª parte: 
- Pegue o segundo prego e introduza no canudo de refresco.
- Faça o mesmo procedimento, utilizando este prego dentro do canudo de refresco, para construção do eletroímã.
- Ligue o circuito.
- Coloque e retire o prego para observar a influência do material ferromagnético.

4ª parte:
- Propor a “Atividade do Mac”:

Fazer uma competição entre os alunos da sala, na qual o grupo que construir um eletroímã de campo magnético de maior intensidade ganha um lanche.

O que eu espero que o aluno pense para construir um eletroímã com um campo de maior intensidade

Circuito fechado
O aluno deve pensar que para construir um eletroímã é necessário um circuito fechado, em que a pilha, como fonte de energia, deve fazer parte deste circuito. Nessa situação temos um curto-circuito.
A intensidade da corrente gerada pela fonte de energia nesse circuito vai ser um dos fatores responsáveis pelo efeito que aparece no eletroímã.
O aluno pode pensar que para aumentar a intensidade do campo magnético desse eletroímã, pode aumentar a tensão da fonte de energia, o que pode gerar uma corrente elétrica de maior intensidade no circuito.
Este aumento de tensão pode ser feito colocando as pilhas em série.

Conjunto de espiras
O aluno deve saber que para construir um eletroímã precisamos de um solenoide, que é um conjunto de espiras feito com o fio condutor de eletricidade.
A intensidade da corrente elétrica, juntamente com o número de espiras do eletroímã podem ser itens que levem a maior valor da intensidade do campo magnético do eletroímã.

Material ferromagnético
O aluno percebe que o material ferromagnético do eletroímã gera um aumento importante da intensidade do campo magnético, mas muitas vezes ele não reconhece que é o próprio material ferromagnético que produz esse acréscimo da intensidade do campo magnético do eletroímã.

Ímãs temporários
Com a construção do eletroímã, o aluno tem condição de entender que quando utilizamos um material ferromagnético que apresenta  facilidade de magnetização e desmagnetização, este material vai se comportar como ímã somente quando a corrente elétrica estiver passando pelo circuito. Quando a corrente for interrompida o magnetismo desse material desaparece.

Critérios de avaliação para determinar qual o eletroímã gera um campo de maior intensidade

Para determinar qual é o eletroímã que gera o campo magnético de maior intensidade podemos considerar os seguintes critérios:
1º) Utilizar materiais ferromagnéticos para verificar qual é o campo de maior intensidade, porque eles sofrem  a atração magnética pelos polos do eletroímã. Os  clips podem ser usados nessa atividade por serem materiais ferromagnéticos.
Por que devemos utilizar material ferromagnético? O material ferromagnético quando colocado na presença de um campo magnético se comporta como um ímã.

2º) Devemos aproximar as extremidades do eletroímã dos clips para que ocorra a atração desses materiais. Tentar atrair o máximo de clips com o eletroímã. O eletroímã que atrair o maior número de clips é o que tem o campo magnético de maior intensidade.

O eletroímã que atrair o maior número de clips é o que tem o campo magnético de maior intensidade.

Por que os clips não podem ficar dispostos a uma certa distância do eletroímã para verificar o campo mais intenso?
Neste caso a força magnética tem que vencer a força de atrito para que aconteça a atração do clips.

Podemos também usar esse modo de observação sobre o campo. Podemos dispor os clips na mesma direção do eletroímã, mantendo uma distância de 0,5 cm  entre o eletroímã e o clips, e essa mesma distância entre cada clips.

Observações importantes sobre o experimento

No circuito elétrico utilizado no eletroímã estabelecemos um curto-circuito, o qual resulta num gasto muito rápido da pilha quando o circuito fica fechado. Devemos avisar os alunos para ligar o eletroímã somente para observar os efeitos.

Observação

- Com o núcleo de ferro ocorre um aumento do número de linhas de indução.