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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO</p><p>CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA</p><p>Programa de Pós-graduação em</p><p>Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física – Polo Barra do Garças</p><p>IMPLEMENTAÇÃO DE PRÁTICAS EXPERIMENTAIS SOBRE OS EFEITOS</p><p>SEEBECK E PELTIER EM AULAS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO</p><p>CLÉSIO MARTINS SILVA</p><p>BARRA DO GARÇAS - MT</p><p>2017</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO</p><p>CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA</p><p>Programa de Pós-graduação em</p><p>Mestrado Profissional em Ensino de Física – Polo Barra do Garças</p><p>IMPLEMENTAÇÃO DE PRÁTICAS EXPERIMENTAIS SOBRE OS EFEITOS</p><p>SEEBECK E PELTIER EM AULAS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO</p><p>CLÉSIO MARTINS SILVA</p><p>Orientadora: Profa. Dra. Rosangela B. Pereira</p><p>Dissertação apresentada ao Programa de</p><p>pós-graduação em Mestrado Nacional</p><p>Profissional em Ensino de Física da</p><p>Universidade Federal de Mato Grosso -</p><p>Polo Barra do Garças, para obtenção do</p><p>título de Mestre em Ensino de Física.</p><p>BARRA DO GARÇAS - MT</p><p>2017</p><p>FICHA CATALOGRÁFICA</p><p>Dados Internacionais de Catalogação na Fonte.</p><p>A447u Martins Silva, Clésio.</p><p>Implementação de Práticas Experimentais sobre os Efeitos Seebeck e Peltier</p><p>em aulas de Física do Ensino Médio / Clésio Martins Silva. - 2017</p><p>134 f.: il. Color.; 30 cm.</p><p>Orientadora: Rosângela Borges Pereira.</p><p>Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Mato</p><p>Grosso, Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Programa de Pós-</p><p>Graduação em Ensino de Física em Rede Nacional - PROFIS -</p><p>Mestrado,</p><p>Pontal do Araguaia, 2017.</p><p>Inclui bibliografia.</p><p>1. Efeitos termoelétricos. 2. Efeito Seebeck. 3. Ensino de Física I. Título.</p><p>Ficha catalográfica elaborada automaticamente de acordo com os dados fornecidos pelo (a) autor (a).</p><p>Permitida a reprodução parcial ou total, desde que citada a fonte.</p><p>CERTIFICADO DE APROVAÇÃO</p><p>Título: IMPLEMENTAÇÃO DE PRÁTICAS EXPERIMENTAIS SOBRE OS</p><p>EFEITOS SEEBECK E PELTIER EM AULAS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO</p><p>Autor: CLÉSIO MARTINS SILVA</p><p>Orientadora: Drª. ROSANGELA BORGES PEREIRA</p><p>Em 14 de julho de 2017</p><p>Comissão Examinadora:</p><p>Mesmo desacreditado e ignorado por todos,</p><p>não posso desistir, pois para mim,</p><p>vencer é nunca desistir.</p><p>Albert Einstein</p><p>https://pensador.uol.com.br/autor/albert_einstein/</p><p>Dedico este trabalho de pesquisa a minha família amada, esposa</p><p>e filhos pelo apoio e compreensão de minha ausência durante os</p><p>três anos de estudo. Este trabalho só se tornou possível graças ao</p><p>apoio dos meus colegas e alunos do Colégio Estadual Alfredo</p><p>Nasser. Dedico também a minha orientadora Dra. Rosangela</p><p>Borges Pereira que contribuiu significativamente em cada detalhe</p><p>da pesquisa.</p><p>AGRADECIMENTOS</p><p>Agradeço a DEUS que iluminou e continua iluminando minha trajetória pessoal e</p><p>profissional, em especial nos momentos de dificuldades.</p><p>A minha esposa Poliana e filhos Maria Clara, Álvaro e Mariana pelas orações, olhar de</p><p>fé, incentivo a ter esperança, pelo apoio e compreensão de minha ausência.</p><p>A minha família pelo apoio, orações e que foi muito importante na formação do meu</p><p>caráter.</p><p>Às minhas colegas de mestrado que conheci no curso, Bruna Camargo, Roberta Carvalho</p><p>e Rosimar Barbosa. Sempre juntos por uma conquista em grupo nos momentos mais</p><p>difíceis, dando-me forças para que pudesse concluir esse trabalho.</p><p>A minha orientadora Profa. Dra. Rosangela Borges Pereira, pela compreensão, apoio e</p><p>eficiência demonstrada e transmitida na orientação deste trabalho. Sem ela jamais teria</p><p>conseguido, a qual tenho um enorme respeito e admiração pela excelente profissional e</p><p>orientadora.</p><p>Aos competentes professores doutores que contribuíram de forma significativa durante o</p><p>mestrado.</p><p>A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível superior - CAPES pelo</p><p>financiamento dos estudos por meio de bolsa concedida.</p><p>Aos companheiros de trabalho do Colégio Estadual Alfredo Nasser e da Escola Estadual</p><p>Getúlio Vargas pelo apoio e compreensão.</p><p>Aos meus alunos do 3º Ano A Matutino do Colégio Estadual Alfredo Nasser, sem eles</p><p>este trabalho não seria possível.</p><p>.</p><p>IMPLEMENTAÇÃO DE PRÁTICAS EXPERIMENTAIS SOBRE OS EFEITOS</p><p>SEEBECK E PELTIER EM AULAS DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO</p><p>RESUMO</p><p>O presente trabalho objetivou a realização de uma série de práticas experimentais para a</p><p>verificação dos efeitos Seebeck e Peltier. O projeto foi aplicado em uma turma do terceiro</p><p>ano do ensino médio do Colégio Estadual Alfredo Nasser, na cidade de Britânia – GO. Os</p><p>efeitos Seebeck e Peltier são efeitos termoelétricos, ou seja, efeitos que tratam da conversão direta</p><p>de diferença de temperatura em diferença de potencial e vice-versa. Apesar da riqueza de</p><p>conceitos da Física envolvidos na explicação desses efeitos (que vão desde temperatura, corrente</p><p>elétrica, diferença de potencial, condução elétrica e térmica até semicondutores) e da sua</p><p>importância para a ciência e para as aplicações tecnológicas e industriais eles não fazem parte da</p><p>grade curricular do ensino médio. Os livros-textos didáticos também não abordam o assunto. Ao</p><p>inserirmos em nossas aulas os efeitos termoelétricos - com ênfase na experimentação - visamos</p><p>promover uma atualização curricular e também uma oportunidade de implementarmos aulas</p><p>experimentais em nossa prática docente, tendo em vista que em nossa Escola não há laboratórios</p><p>físicos. O produto educacional gerado consiste no texto Roteiros Experimentais Sobre os Efeitos</p><p>Seebeck e Peltier, que envolvem 10 experimentações: 04 (quatro) relacionadas à verificação do</p><p>efeito Seebeck, 04 (quatro) relacionadas à construção de termopares e 02 (dois) relacionads ao</p><p>efeito Peltier, um deles sendo a construção de uma mini geladeira utilizando uma pastilha Peltier</p><p>alimentada por um notebook. Como resultado de nosso trabalho, citamos a excelente</p><p>oportunidade de discutir de forma integrada vários conceitos e grandezas, que muitas vezes são</p><p>abordados desconectados entre si e, ainda, evidenciar a importância da Física para as aplicações</p><p>tecnológicas – uma relação que parece óbvia, mas que, infelizmente, muitas vezes não é</p><p>enxergada por nossos alunos. Na parte discente, ressaltamos a vivência com as próprias aulas</p><p>experimentais que eram novidade para a maioria absoluta dos alunos da turma e a motivação</p><p>proporcionada pela experimentação que influíram positivamente na dinâmica das aulas teóricas.</p><p>PALAVRAS-CHAVE: Efeitos termoelétricos, efeito Seebeck, efeito Peltier, Ensino de Física.</p><p>IMPLEMENTATION OF EXPERIMENTAL PRACTICE ABOUT THE</p><p>SEEBECK AND PELTIER EFFECTS IN HIGH SCHOOL PHYSICS CLASSES</p><p>ABSTRACT</p><p>The following job aimed the conclusion of several experimental practices with the purpose of</p><p>verifying the Seebeck and Peltier effects. The project was applied in a senior High School class</p><p>in the State College Alfredo Nasser, in the city of Britânia-GO. The Peltier and Seebeck effects</p><p>are both thermoelectric effects, i.e. effects that explain the direct conversion of temperature</p><p>difference to potencial difference and vice-versa. Even though Physics has a variety of concepts</p><p>explaining these effects (from temperature, electrical waves, potencial difference, electrical and</p><p>thermal conduction up to semiconductors) and it’s huge value to technological and industrial</p><p>applications, they do not appear in the High School curriculum. High School books do not</p><p>introduce these themes as well. Introducing thermoelectrics effects in our classes-emphasizing</p><p>experimental tests - we aim to promote a curriculum update and to introduce experimental classes</p><p> Textos didáticos</p><p> Slides</p><p> Quadro branco</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas discussões</p><p>lançadas ao longo da aula.</p><p>46</p><p>7º ENCONTRO</p><p>Atividade experimental – Funcionamento básico de uma célula Peltier</p><p>Tempo previsto</p><p> Quatro horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Demonstrar o princípio de funcionamento da célula Peltier.</p><p> Resfriar e aquecer uma tampinha de refrigerante com água utilizando uma</p><p>célula de Peltier.</p><p>Conteúdo programático</p><p>Aplicações do efeito Peltier</p><p>Pré-requisitos</p><p> Condução térmica, efeito Seebeck, temperatura, calor, corrente elétrica,</p><p>condução elétrica, corrente elétrica, transferência de calor e semicondutor</p><p>Metodologia</p><p>Os experimentos serão realizados – sob supervisão - seguindo os roteiros</p><p>experimentais.</p><p>Os participantes serão divididos em grupos levando-se em conta o número</p><p>de kits disponíveis.</p><p>Procedimento experimental</p><p>É necessário preparar previamente as mesas para que os experimentos</p><p>possam ser executados. A quantidade de material e o número de kits devem ser</p><p>determinados em função do tamanho da turma e do número de grupos a serem</p><p>formados.</p><p>Os materiais necessários são listados no roteiro correspondente ao</p><p>experimento.</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas discussões</p><p>lançadas ao longo da aula e a participação na execução e na análise de dados dos</p><p>experimentos.</p><p>47</p><p>8º ENCONTRO</p><p>Atividade experimental – Construção de uma mini geladeira utilizando a pastilha</p><p>Peltier</p><p>Tempo previsto</p><p>Quatro horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Construção de uma mini geladeira USB ou uma fonte de 12 V usando uma</p><p>pastilha Peltier</p><p> Verificação do efeito Peltier.</p><p>Conteúdo programático</p><p>Aplicações do efeito Peltier</p><p>Pré-requisitos</p><p> Condução térmica, efeito Seebeck, temperatura, calor, corrente elétrica,</p><p>condução elétrica, corrente elétrica, transferência de calor e semicondutor</p><p>Metodologia</p><p>Os experimentos serão realizados – sob supervisão - seguindo os roteiros</p><p>experimentais.</p><p>Os participantes serão divididos em grupos levando-se em conta o número</p><p>de kits disponíveis.</p><p>Procedimento experimental</p><p>É necessário preparar previamente as mesas para que os experimentos</p><p>possam ser executados. A quantidade de material e o número de kits devem ser</p><p>determinados em função do tamanho da turma e do número de grupos a serem</p><p>formados.</p><p>Os materiais necessários são listados no roteiro correspondente ao</p><p>experimento.</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas discussões</p><p>lançadas ao longo da aula e a participação na execução e na análise de dados dos</p><p>experimentos.</p><p>48</p><p>9º ENCONTRO</p><p>Momento Avaliativo</p><p>Tempo previsto</p><p> Três horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Responder o questionário virtual (via Google Formulários) online, analisando</p><p>a parte teórica e prática dos experimentos desenvolvidos.</p><p>Conteúdo programático</p><p> Efeitos termoelétricos</p><p>Pré-requisitos</p><p> Todo o conteúdo visto anteriormente nas aulas teóricas e experimentais.</p><p>Metodologia</p><p>Os alunos responderão – online – um questionário no laboratório de</p><p>informática da escola (elaborado no Google Formulário).</p><p>Recursos Didáticos</p><p> Laboratório de informática</p><p> Computadores</p><p> Internet</p><p>Avaliação da aula</p><p>Os questionários serão analisados para verificar tanto o aprendizado dos</p><p>alunos diretamente relacionados ao conteúdo quanto à percepção que tiveram em</p><p>participar de aula experimental.</p><p>49</p><p>5. RELATO DA IMPLEMENTAÇÃO EM SALA DE AULA</p><p>Neste capítulo faremos um relato detalhado dos resultados da implementação</p><p>de nosso produto educacional em sala de aula, evidenciando situações relevantes no</p><p>processo de ensino-aprendizagem.</p><p>Em nosso relato não abordaremos os procedimentos experimentais, tendo em</p><p>vista que seguimos à risca os procedimentos de nossos roteiros (apêndice A). Aqui</p><p>daremos ênfase em reportar se os objetivos das aulas foram cumpridos e se nossa</p><p>metodologia de mesclar as aulas teóricas e experimentais foram produtivas para os</p><p>estudantes.</p><p>Nos interessa também a análise do comportamento dos alunos frente às aulas</p><p>experimentais, seja em suas habilidades no laboratório, seja na capacidade de relacionar</p><p>seus conhecimentos de Física com as novas situações apresentadas, bem como no</p><p>entendimento que possam ter adquirido sobre a importância da experimentação para se</p><p>aprender Física.</p><p>Faremos nossa apresentação em duas seções. A primeira delas trata das aulas</p><p>teóricas como um todo e a segunda discriminará, por grupo de experimentos, as aulas</p><p>experimentais.</p><p>5.1. Aulas teóricas</p><p>Como nossas aulas teóricas foram expositivas e dialogadas, com o incentivo</p><p>à participação ativa dos alunos, incluiremos o relato relacionado à parte teórica como um</p><p>todo, ressaltando pontos que consideremos relevantes.</p><p>Já em nossos planos de aula evidenciamos que nossa metodologia partia da</p><p>ideia de fazer associação direta e sequencial entre as aulas teóricas e as aulas de</p><p>laboratório.</p><p>Na primeira aula, quando apresentamos formalmente o projeto aos</p><p>estudantes, percebemos que os mesmos foram muito receptivos à ideia de participação</p><p>num projeto que envolvesse aulas de laboratório. A partir de então mantiveram sempre o</p><p>interesse e o entusiasmo, fato que também nos motivou.</p><p>No início de cada aula teórica abordávamos conceitos e conhecimentos</p><p>prévios importantes para o desenvolvimento do assunto a ser tratado. Por meio de</p><p>50</p><p>perguntas e respostas, revisávamos o conteúdo das aulas anteriores. Um fato positivo é</p><p>que nesse esquema de perguntas e respostas os alunos mostravam sempre assimilação dos</p><p>conteúdos tratados e interesse em seguir adiante.</p><p>Ressaltamos esse resultado porque em nossa prática docente não é comum os</p><p>alunos se mostrarem tão preparados e motivados para uma aula em particular. Sendo</p><p>assim, testemunhar a motivação dos alunos foi bastante gratificante.</p><p>Creditamos esse resultado à estratégia de vincular as aulas teóricas com</p><p>possibilidades experimentais concretas e com exemplos de aplicações industriais e</p><p>tecnológicas.</p><p>No decorrer da aula – que ocorria em quadro negro e em slides –</p><p>apresentávamos e desenvolvíamos conceitualmente um determinado efeito e fazíamos</p><p>vinculações com as aulas futuras de laboratório.</p><p>5.2. Aulas experimentais</p><p>Nesta seção faremos um relato detalhado referente às aulas experimentais.</p><p>Entendemos ser adequado tratarmos um agrupamento de experimentos afins ao invés de</p><p>tratá-los individualmente.</p><p>Como os roteiros experimentais são bem detalhados, não faremos menção aos</p><p>objetivos e procedimentos de cada aula, nos atendo a analisar o cumprimento (ou não)</p><p>dos objetivos e dar detalhes de como se deu a participação dos estudantes.</p><p>Ao final de cada grupo de relato apresentaremos fotografias retiradas durante</p><p>a realização dos experimentos e também cópia de registro dos dados experimentais de um</p><p>dos grupos participantes.</p><p>1º grupo de experimentos (1A – 1D)</p><p>O primeiro grupo de atividades experimentais envolveu 04 experimentações</p><p>diretamente relacionadas à apresentação do efeito Seebeck conforme pode ser visto na</p><p>apostila experimental (apêndice A).</p><p>Em linhas gerais o experimento consistia em unir diferentes</p><p>ligas metálicas e</p><p>submeter as junções a temperaturas diferentes. Os materiais manuseados incluíam</p><p>51</p><p>materiais caseiros como pedaços de cobre e arame e também ligas de uso comercial.</p><p>A experimentação, em si, era bastante delicada por alguns motivos:</p><p>o Alguns dos fios eram extremamente finos exigindo disciplina e concentração em</p><p>seu manuseio;</p><p>o Havia a necessidade de se aquecer água em temperatura bastante elevada;</p><p>o Como a Escola não tem nenhum laboratório físico foi necessário improvisar um</p><p>laboratório em uma sala de aula.</p><p>Os participantes foram divididos em 04 (quatro) grupos. Dois destes grupos</p><p>demonstraram bastante habilidade e independência na realização dos experimentos,</p><p>enquanto os outros dois careceram de um maior acompanhamento durante as aulas.</p><p>Como a maioria nunca tinha participado de aulas experimentais, e/ou</p><p>manipulado instrumentos de medição, foi necessário utilizarmos tempo explicando a</p><p>montagem do arranjo experimental e como fazer a leitura e o registro das medições. Como</p><p>já havíamos previsto essa situação (na verdade tratar desses pontos faziam parte da aula),</p><p>nosso encontro foi longo o suficiente para permitir que essas atividades fossem realizadas</p><p>como parte de nosso planejamento.</p><p>Durante a experimentação foi necessário resolver uma série de situações</p><p>como: registro simultâneo da tensão elétrica e da temperatura, manipulação de fios finos,</p><p>identificação de cada um dos fios de modo a que não fossem confundidos, manuseio e</p><p>transporte de água quente, etc. A busca de soluções em grupo e os processos</p><p>desenvolvidos significaram em si um grande aprendizado, inclusive extrapolando nossos</p><p>próprios objetivos.</p><p>Os alunos estiveram concentrados, motivados e curiosos durante toda a</p><p>experimentação. Ao final da aula, quando procedemos à análise dos resultados, os grupos</p><p>fizeram comparações entre os dados coletados e, em mais de uma oportunidade, os</p><p>experimentos foram refeitos para que os resultados fossem melhorados.</p><p>Apesar de todas as particularidades apontadas nestes experimentos</p><p>podemos afirmar que a experimentação estimulou a imaginação, a criatividade, a</p><p>curiosidade e o interesse dos estudantes. Foram notórias a concentração e a empolgação</p><p>dos alunos durante a aula.</p><p>Na parte técnica, os objetivos propostos foram alcançados: a apresentação do</p><p>efeito Seebeck e identificação dos diferentes materiais utilizados.</p><p>52</p><p>A Figura 16 mostra um painel com fotografias tiradas em diferentes</p><p>momentos da execução do grupo de experimentos.</p><p>Figura 16. Montagem com fotografias feitas durante a apresentação do efeito Seebeck. Fonte: O</p><p>autor.</p><p>A Tabela 4 abaixo mostra o registro dos dados experimentais de um dos</p><p>experimentos 1A/1D (com a liga ferro/constantan) realizado por um dos grupos</p><p>participantes.</p><p>Tabela 4. Registro dos dados experimentais sobre a apresentação do efeito Seebeck.</p><p>53</p><p>2º grupo de experimentos 2A – 2C</p><p>Neste grupo de experimentos, os objetivos eram construir termopares</p><p>caseiros, identificar o princípio de funcionamento do termopar como sendo o efeito</p><p>Seebeck e comparar a eficiência dos diferentes pares de ligas utilizadas.</p><p>Percebemos que nesta etapa os estudantes já estavam um tanto familiarizados</p><p>com o processo e que a aula ocorreu com maior fluidez.</p><p>Logo os alunos perceberam as dificuldades nas medições de temperatura com</p><p>um termômetro, pois o mesmo não poderia entrar em contato com as chamas e, se ficasse</p><p>distante destas, a leitura seria bastante alterada. Como havia um sensor de medição de</p><p>temperatura o registro foi feito com esse instrumento, mas de maneira bastante grosseira</p><p>para evitar danos ou mesmo risco de queimaduras.</p><p>Um ponto alto da aula foi a empolgação dos alunos quando perceberam que,</p><p>nessa nossa situação, as diferenças de potencial estabelecidas eram bem maiores que no</p><p>grupo de experimentos precedentes. Também chamou atenção dos alunos o fato da</p><p>simultaneidade entre o aquecimento da junção e o estabelecimento da diferença de</p><p>potencial.</p><p>Ao final, o resultado de cada grupo foi apresentado aos demais. Digno de nota</p><p>foi o interesse que os estudantes demonstraram em ter seus resultados confrontados com</p><p>o dos colegas. Essa comparação de resultados foi um ponto alto da aula e acreditamos</p><p>que contribuiu sobremaneira para a aprendizagem individual.</p><p>A Figura 17 mostra fotografias retiradas durante a realização de um dos</p><p>experimentos sobre construção de termopares.</p><p>54</p><p>Figura 17. Montagem de fotografias feitas durante o experimento de construção de um termopar.</p><p>Fonte: O autor.</p><p>A Tabela 5 mostra o registro dos dados experimentais de um dos</p><p>experimentos 2A/2C (liga ferro/constantan) realizado por um dos grupos participantes.</p><p>Tabela 5. Registro dos dados experimentais sobre a construção de um termopar.</p><p>55</p><p>Associação de termopar</p><p>O objetivo deste experimento era fazer uma associação em série de dois</p><p>termopares e comparar a variação na diferença de potencial em comparação ao caso de</p><p>um único termopar.</p><p>Os alunos, que a esta altura já estavam familiarizados com os procedimentos,</p><p>logo se inteiraram das particularidades do experimento: o cuidado para que os termopares</p><p>não fossem construídos com o mesmo material, o controle da chama das lamparinas para</p><p>que sempre estivessem em contato direto com as junções, a medição da temperatura a que</p><p>as junções estavam submetidas.</p><p>Na fase de análise dos resultados, os grupos comparam os dados medidos e</p><p>fizeram discussões sobre os motivos dos resultados nãos serem idênticos um ao outro.</p><p>Concluíram que as temperaturas a que as junções foram submetidas poderiam ser um fator</p><p>determinante nas diferenças encontradas. Também atentaram a possibilidade de o</p><p>tamanho dos termopares terem influenciado nos resultados. Neste caso ficou entendido</p><p>que seriam necessários novos experimentos com materiais idênticos de diferentes</p><p>dimensões para se chegar a alguma conclusão definitiva.</p><p>A Figura 18 mostra uma montagem de fotografias feitas durante a realização</p><p>do experimento sobre associação de termopares.</p><p>Figura 18. Montagem de fotografias retiradas durante o experimento de associação de termopares.</p><p>Fonte: O autor.</p><p>56</p><p>A Tabela 6 mostra o registro dos dados experimentais – para a liga cobre-</p><p>aluminio – de um dos grupos participantes.</p><p>Tabela 6. Registro dos dados experimentais sobre a construção de um termopar associado</p><p>em série.</p><p>Funcionamento básico das células Peltier</p><p>O objetivo deste experimento era sobretudo familiarizar os alunos com a</p><p>pastilha Peltier para posteriormente utilizá-la em uma aplicação.</p><p>Nesta aula os alunos se mostraram bastante centrados em desenvolver as</p><p>etapas experimentais e conseguir o proposto: o congelamento ou ebulição da água na</p><p>tampinha.</p><p>Os resultados experimentais foram diferentes em cada grupo e esse fato</p><p>proporcionou momentos importantes de discussão sobre os motivos dos resultados. Dos</p><p>03 (três) grupos formados, apenas um conseguiu um congelamento parcial da tampinha,</p><p>enquanto os outros dois conseguiram apenas resfriar a água.</p><p>Nas discussões sobre as possíveis causas da diferença nos resultados os</p><p>próprios alunos concluíram que os dissipadores (que eram diferentes em cada grupo)</p><p>poderiam ter influência decisiva nos resultados. Também entenderam que as próprias</p><p>tampinhas desfavoreciam o congelamento da água, pois primeiro precisariam estar</p><p>resfriadas para só então congelar a água. Os próprios alunos também sugeriram que o</p><p>experimento fosse realizado com a água inserida em outro tipo de recipiente (copinhos</p><p>plásticos de café, por exemplo).</p><p>57</p><p>Esta foi uma aula bastante rica</p><p>e que proporcionou situações de discussões</p><p>que dificilmente seriam tratadas em aulas teóricas, seja por falta de oportunidade, seja</p><p>pelo fato de alunos e professores não se sentirem motivados o suficiente para fazer</p><p>abstrações de resultados experimentais.</p><p>A Figura 19 mostra uma montagem de fotografias feitas durante a realização</p><p>do experimento sobre o funcionamento básico da célula Peltier.</p><p>Figura 19. Montagem com fotografias feitas durante o experimento de verificação do</p><p>funcionamento básico de uma célula Peltier. Fonte: O autor.</p><p>A Tabela 7 que mostra o registro dos dados experimentais de um dos</p><p>experimentos do Funcionamento básico das células Peltier, realizado por um dos grupos:</p><p>58</p><p>Tabela 7. Registro dos dados experimentais sobre o Funcionamento básico das células</p><p>Peltier.</p><p>Construção de uma mini geladeira</p><p>Nesta aula pretendíamos mostrar uma aplicação de interesse dos estudantes e</p><p>a construção de uma geladeira onde pudessem, por exemplo, manter resfriada uma latinha</p><p>de refrigerante ou água, enquanto utilizassem o computador. Foi uma ideia que agradou</p><p>a todos.</p><p>Todo o processo de experimentação foi bastante instrutivo. Os alunos tiveram</p><p>a oportunidade de se deparar com uma série de assuntos correlatos que, embora não</p><p>estivessem registrados nos roteiros, faziam parte da experimentação: a compatibilidade</p><p>entre a voltagem da pastilha e a entrada USB do computador, a influência de pastilhas</p><p>com voltagens maiores, a necessidade de uma fonte de corrente contínua, a possibilidade</p><p>de se fazer associações (como as feitas com os termopares), entre outros.</p><p>Novamente os resultados dos grupos foram diferentes, o que motivou uma</p><p>série de discussões sobre os motivos. A menor temperatura registrada foi de 16 °C. Aqui</p><p>foi perceptível a “desilusão” dos grupos que não conseguiram um resultado tão bom. Eles</p><p>próprios analisaram seus experimentos e tentaram identificar fontes de erros. Uma</p><p>provável fonte de erro foi a vedação dos dissipadores pois, não sendo bem feita, permitia</p><p>a entrada de calor no interior da caixa, obviamente influenciando na temperatura.</p><p>59</p><p>A Figura 20 mostra um painel de fotografias feitas durante a realização desse</p><p>experimento.</p><p>Figura 20. Montagem de fotografias feitas dura o experimento de construção da mini geladeira.</p><p>Fonte: O autor.</p><p>A Tabela 8 mostra o registro dos dados experimentais de um dos grupos</p><p>participantes.</p><p>Tabela 8. Registro dos dados experimentais sobre o Funcionamento básico das células</p><p>Peltier.</p><p>60</p><p>Momento avaliativo</p><p>Já havíamos informado à turma que nossa avaliação seria feita online, no</p><p>laboratório de informática da Escola, por meio de um formulário do Google Documentos</p><p>e já tínhamos a lista de e-mail de todos.</p><p>Minutos antes de entrar em sala encaminhamos o questionário para os e-mails</p><p>individuais. O formulário está disponível no Apêndice B. Ao entrar em sala os alunos se</p><p>posicionaram em seus computadores e iniciaram os trabalhos.</p><p>Como a totalidade dos participantes nunca havia realizado nenhuma atividade</p><p>parecida, houve certa apreensão no início. Assim, reservamos tempo na aula para que se</p><p>ambientassem com o formulário e com pouco tempo entenderam como utilizá-lo.</p><p>Como muitas perguntas eram discursivas e como muitos não dominavam</p><p>técnicas de digitação, o preenchimento foi um tanto demorado e a finalização das</p><p>atividades ocupou um total de 03 horas. Esse fato não foi um problema pois, embora</p><p>houvéssemos reservado 03 horas-aula para a atividade, sabíamos que poderia haver</p><p>necessidade de mais prazos e os alunos já estavam cientes que poderiam utilizar o</p><p>laboratório pelo tempo necessário.</p><p>Os resultados desta avaliação serão detalhados no próximo capítulo.</p><p>A figura 21 mostra uma montagem com fotografias dos alunos retirada no</p><p>momento em que respondiam o questionário avaliativo no laboratório de informática da</p><p>escola.</p><p>Figura 21. Montagem com fotografias retiradas durante o momento avaliativo. Fonte: O</p><p>autor.</p><p>61</p><p>6. RESULTADOS E DISCUSSÕES</p><p>Para aferirmos a aprendizagem dos alunos quanto aos conteúdos ministrados</p><p>e também a percepção que tiveram sobre a importância de aulas experimentais</p><p>elaboramos um questionário com 32 questões divididas em 06 (seis) seções. O formulário</p><p>foi feito no Google Formulários2 para que pudéssemos apresentar esse importante recurso</p><p>de tecnologia de informação e comunicação (TIC) aos nossos alunos e também para que</p><p>fosse mais fácil disponibilizar os resultados aos leitores. A íntegra do formulário pode ser</p><p>consultada no apêndice B e online no endereço</p><p>https://docs.google.com/forms/d/1UjVCiY2ghtG7afJz_qoq6kJ-</p><p>xa4z7JPjrlEc0s2wBRs/edit?ts=5930758a.</p><p>Lembramos que o questionário foi concebido não somente como um</p><p>instrumento avaliador (embora essa característica de avaliação seja importante), mas</p><p>também como uma oportunidade a mais para que os alunos se envolvessem com os</p><p>conteúdos abordados.</p><p>As seções e o número de perguntas em cada uma delas são: A - Sobre você,</p><p>sua Escola e Aulas experimentais (10), C - Sobre o efeito Seebeck (6), D - Sobre</p><p>termopares (4), E - Sobre associação em série de termopares (3), F - Sobre as células</p><p>Peltier (7), G - Construção de uma mini geladeira utilizando a Pastilha Peltier (2).</p><p>Na impossibilidade de analisarmos todas as perguntas e respostas, no que</p><p>segue faremos alguns registros que consideramos mais significativos como uma amostra</p><p>do todo. A íntegra das respostas (sem nenhum tipo de edição) pode ser consultada no</p><p>endereço https://docs.google.com/forms/d/1UjVCiY2ghtG7afJz_qoq6kJ-</p><p>xa4z7JPjrlEc0s2wBRs/edit?ts=5930758a.#responses.</p><p>Analisando as respostas às questões da seção A, pudemos observar que</p><p>embora a Escola tenha laboratório de Ciências 80% dos participantes nunca tiveram aulas</p><p>experimentais. Dos que tiveram aulas experimentais mais de 80% nunca chegou a</p><p>construir algum dispositivo como fizemos em nosso trabalho. Um total de 100% dos</p><p>alunos considerou importante as aulas de laboratório. A seguir transcrevemos algumas</p><p>2 O Google Formulários é uma ferramenta da marca Google para elaboração de questionários/pesquisas</p><p>de opinião/enquetes online.</p><p>https://docs.google.com/forms/d/1UjVCiY2ghtG7afJz_qoq6kJ-xa4z7JPjrlEc0s2wBRs/edit?ts=5930758a</p><p>https://docs.google.com/forms/d/1UjVCiY2ghtG7afJz_qoq6kJ-xa4z7JPjrlEc0s2wBRs/edit?ts=5930758a</p><p>https://docs.google.com/forms/d/1UjVCiY2ghtG7afJz_qoq6kJ-xa4z7JPjrlEc0s2wBRs/edit?ts=5930758a.#responses</p><p>https://docs.google.com/forms/d/1UjVCiY2ghtG7afJz_qoq6kJ-xa4z7JPjrlEc0s2wBRs/edit?ts=5930758a.#responses</p><p>62</p><p>das respostas obtidas quando pedimos que justificassem sua resposta quanto a</p><p>importância das aulas de laboratório para a aprendizagem de Física (questão 8):</p><p>Aluno 1: Com as aulas práticas consigo ver maior interesse da parte dos alunos, todos</p><p>aprendem mais.</p><p>Aluno 2: Nas aulas experimentais, nos envolvemos com o experimento de uma forma</p><p>mais intensa e atenciosa, ocasionando um maior aprendizado.</p><p>Aluno 3: É importante, pois através dessas experiências, conseguimos memorizar o</p><p>conteúdo com mais facilidade.</p><p>Aluno 4: Aulas experimentais ajuda a entender melhor o conteúdo e não deixa tão chato</p><p>a aula.</p><p>Aluno 5: Sim, pelo fato e que quanto mais praticamos mais aprendemos, e cada</p><p>experimento, um novo conhecimento adquirido.</p><p>Aluno 6: Pois, quanto mais experimentos e aulas experimentais, melhor o</p><p>desenvolvimento teórico e prático.</p><p>Quando perguntados (questão 10) se conseguiram fazer alguma associação</p><p>entre o conteúdo experimental e o conteúdo teórico visto em sala de aula, em algum</p><p>momento, a resposta foi 100% afirmativa. Esse resultado é importante, pois mostra que</p><p>os alunos entenderam</p><p>que a experimentação em sala de aula vem para dar significado,</p><p>suporte ao conteúdo. Surpreendentemente quando a pergunta foi feita em relação direta</p><p>ao conteúdo de efeitos termoelétricos a resposta foi somente 86.7% afirmativa.</p><p>Agora passaremos à análise das perguntas referentes ao aprendizado do</p><p>conteúdo ministrado.</p><p>No entanto, antes de iniciar, ressaltamos que, pela sua natureza</p><p>extracurricular e complexidade do conteúdo abordado, não tínhamos a pretensão de</p><p>exaurir o conteúdo em tão poucas aulas. Nossa intenção era fazer uma apresentação</p><p>introdutória dos fenômenos termoelétricos motivando os alunos para estudos mais</p><p>aprofundados, mostrar a relação entre a Física e tecnologia, mostrar a importância das</p><p>aulas experimentais e propiciar aos estudantes um momento ímpar com um laboratório</p><p>(ainda que improvisado). Fazendo uma análise do dia-a-dia de nossas aulas, da resposta</p><p>positiva dos alunos ao nosso trabalho, da motivação com que participaram das aulas</p><p>63</p><p>experimentais e da curiosidade e também da influência positiva dessa vivência na minha</p><p>própria prática docente, posso dizer com segurança que os resultados alcançados foram</p><p>positivos. Para endossar nossas palavras segue uma análise quantitativa da avaliação.</p><p>Na primeira pergunta técnica, relacionada ao efeito Seebeeck, e que</p><p>consideramos uma pergunta crucial percebemos que 85% dos alunos deu resposta correta,</p><p>5% deu uma resposta completamente errada e 10% deram uma resposta incompleta, não</p><p>associando que seria necessário submeter as junções a diferentes temperaturas para que</p><p>só então a ddp fosse estabelecida. Pela natureza das respostas percebemos que</p><p>provavelmente os estudantes fizeram consultas para dar suas respostas o que não as</p><p>inviabiliza, tendo em vista nosso proposito inicial de proporcionar com o questionário</p><p>mais um canal para que os alunos vivenciassem o conteúdo. Nas questões seguintes é</p><p>possível perceber grande assimilação dos conteúdos vistos e também de como o efeito é</p><p>mensurado no laboratório: 86,7% dos alunos perceberam que a existência do efeito era</p><p>registrada pela medida de ddp no multímetro e também fizeram uma associação direta</p><p>entre a maior tensão elétrica produzida com os materiais mais eficientes para o efeito.</p><p>Com relação aos termopares, os estudantes também compreenderam bem sua</p><p>relação com o efeito Seebeck, suas aplicações tecnológicas e como construir um</p><p>termopar. Ainda sobre os termopares, quase a totalidade dos participantes entenderam</p><p>que ao associar dois termopares em série o que se pretende é a obtenção de uma diferença</p><p>de potencial maior entre as extremidades soltas dos fios e entenderam também que a</p><p>diferença de potencial do conjunto e a soma da ddp individual de cada termopar</p><p>separadamente.</p><p>Registramos resultados similares em relação ao efeito Peltier onde a quase</p><p>totalidade dos estudantes responderam corretamente à questão sobre em que consistia o</p><p>efeito. Também entenderam bem a relação que existe entre o efeito Seebeck e o efeito</p><p>Peltier, indicando que um efeito é o inverso do outro. A maioria dos participantes também</p><p>conseguiram dizer que as céluas Peltier são construídas com material semicondutor e que</p><p>na célula há um lado positivo e um lado negativo, influenciando o lado que ficara frio e</p><p>o lado que ficará quente.</p><p>Nos resultados de laboratório, 60% dos estudantes conseguiram congelar a</p><p>água contida na tampinha de refrigerante; os demais, embora não tenham conseguido o</p><p>congelamento, conseguiram um grande resfriamento da água que podia ser verificado ao</p><p>64</p><p>toque. A totalidade dos grupos conseguiu construir a mini geladeira sendo que a média</p><p>das temperaturas obtidas ficou entre 16ºC e 20ºC.</p><p>Podemos concluir de nosso relato a riqueza de situações proporcionadas pelas</p><p>aulas experimentais e como elas auxiliam no processo de aprendizagem permitindo o</p><p>aprofundamento de conteúdo.</p><p>Tendo analisado o trabalho do ponto de vista da aprendizagem de nossos</p><p>alunos, passaremos a analisá-lo sobre nossa prática docente.</p><p>Em primeiro lugar, gostaríamos de registrar que o trabalho foi desafiador</p><p>pois, além de trabalharmos com conteúdos extracurriculares, ainda ministramos aulas</p><p>experimentais – o que nunca havíamos feito antes. Outro desafio foi a montagem de um</p><p>laboratório seguro em um ambiente, em princípio, inadequado, mas que depois se</p><p>mostrou satisfatório, se bem gerenciado.</p><p>Passando das questões operacionais para questões didáticas, pudemos</p><p>verificar o poder das aulas experimentais para o ensino de Física. Os experimentos</p><p>permitem fazer uma série de observações que seriam difíceis de serem feitas em aulas</p><p>teóricas e que, quando feitas, são inacessíveis aos alunos com pouca capacidade de</p><p>abstração. Além do mais, no laboratório é possível fazer relações diretas entre diversas</p><p>grandezas e da influência delas na evolução de um determinado sistema. Além do mais,</p><p>a motivação, interesse, curiosidade e participação dos alunos durante as aulas nos deram</p><p>a firmeza de propósito de inserir experimentações em nossa prática docente.</p><p>65</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>Gostaríamos de finalizar este trabalho tecendo alguns comentários pessoais</p><p>que acreditamos ser pertinentes para aqueles que, de algum modo, possam ter se inspirado</p><p>em nossa proposta e decidam implementá-la, em todo ou em partes, em suas atividades</p><p>docentes.</p><p>Começamos com uma certeza: a de que as atividades experimentais</p><p>enriqueceram – e muito – as aulas, apresentando oportunidades de aprofundamento de</p><p>conteúdo que não surgem nas aulas teóricas expositivas. Também influenciou</p><p>positivamente a relação dos alunos com a disciplina. Testemunhamos dedicação e</p><p>encantamento com o aprendizado, algo raríssimo hoje em dia.</p><p>Enfatizamos essa certeza para deixar claro que vale a pena todo o esforço</p><p>inicial que o professor deve fazer para implementar aulas experimentais regularmente</p><p>em suas atividades docentes.</p><p>Alertamos que a implantação regular de aulas experimentais é resultado de</p><p>um processo. Um processo que se inicia com a livre vontade do professor e segue com a</p><p>necessidade de dedicação extra, de estudos paralelos, de realização prévia dos</p><p>experimentos, de manutenção dos laboratórios ou de adequação de espaços (nos casos</p><p>em que não há laboratórios na Escola), de elaboração de textos que explorem os</p><p>experimentos (como roteiros ou questionários explorativos). É necessário que o professor</p><p>esteja seguro de que trilhar esse caminho realmente levará a resultados incomensuráveis</p><p>para seus alunos e para si.</p><p>Por fim gostaríamos de lembrar que, no caso de impossibilidade de executar</p><p>experimentos “reais” o professor ainda tem a oportunidade de fazer experimentações</p><p>“virtuais”. Os experimentos virtuais são objetos de aprendizagem (AO) que utilizam</p><p>softwares específicos para simular experimentos reais. Geralmente permitem a interação</p><p>do usuário em estabelecer condições iniciais e alterar alguns dados e materiais para assim</p><p>explorar as diversas oportunidades oferecidas na realização “real” do experimento. O site</p><p>do projeto PhET (Interactive Simulations) conta com uma série de experimentos em</p><p>Física , Química, Biologia e Matemática, entre outros, e é uma referência mundial em</p><p>experimentações virtuais. O endereço do site em Português é:</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations.</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations</p><p>66</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>ANACLETO, Alcinda Maria da Costa. Temperatura e sua medição. 200 f. Dissertação</p><p>(Mestrado) - Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, 2007.</p><p>ARANTES, Rodrigo Cordeiro. Controle da Temperatura da Água Utilizando</p><p>Microcontrolador. 57 f. Graduação - Universitário de Brasília (UniCEUB), Brasília,</p><p>2013.</p><p>ARAÚJO, Mauro Sérgio Teixeira de; ABIB, Maria Lúcia dos Santos. Atividades</p><p>experimentais no ensino de Física: Diferentes enfoques, diferentes finalidades.</p><p>Revista Brasileira de Ensino</p><p>de Física, São Paulo, v. 25, n. 2, p.176-194, jun, 2003.</p><p>AUDIFFRED, Diego Bonkowski de La Sierra. Utilização de Dispositivos</p><p>Termoelétricos para Geração de Energia Elétrica em Nano satélites. 88 f. Monografia</p><p>(Graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Joinville, 2015.</p><p>BONADIMAN, Helio; AXT, Rolando; BLUMKE, Roseli Adriana; VINCENSI, Giseli.</p><p>Difusão e popularização da ciência. Uma experiência em Física que deu certo. XVI</p><p>Simpósio Nacional de Ensino de Física. 2004. p.4 Disponível em:</p><p><www.sbf1.sbfisica.org/eventossnef/xvi/cd/resumos/T0131-1.pdf > Acesso em:</p><p>20 mar/2007.</p><p>BORGES, A. Tarciso. Novos Rumos para o Laboratório Escolar de Ciências. Caderno</p><p>Brasileiro de Ensino de Física, Minas Gerais, v. 19, n. 3, p. 291-313, dez, 2002.</p><p>BRASIL. Ministério da Educação e do Desporto. Secretária Média e Tecnológica</p><p>PCN+Ensino Médio: Orientações Educacionais complementares aos Parâmetros</p><p>Curriculares Nacionais-Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias.</p><p>Brasília: MEC/SEMTEC, 2002.</p><p>CARVALHO, Carlos Alfredo Rodrigues de. Estudo de Viabilidade do</p><p>Aproveitamento do Calor de Escape para Geração de Energia Elétrica em</p><p>Automóveis. 68 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade de Taubaté, 2012.</p><p>CRUZ, António Pedro Varela da. Simulação térmica e elétrica dos módulos</p><p>termoelétricos e a sua respetiva otimização. 207 f. Dissertação (Mestrado) –</p><p>Universidade do Minho, Escola de Engenharia, 2014.</p><p>67</p><p>DUQUE, Carla Sofia da Silva. Estudo de Materiais Termoeléctricos de Filme Fino.</p><p>86 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Nova de Lisboa, 2012.</p><p>FERNANDES et al, Jainne Daniele F. S. Refrigeração Utilizando Pastilhas de Efeito</p><p>Peltier. 31 f. HOLOS, Ano 26, Vol 2, 2010.</p><p>FERNANDES, Alberto Emanuel Simões dos Santos. Conversão de Energia com</p><p>Células de Peltier. 119 f. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Ciências e Tecnologias,</p><p>Universidade Nova de Lisboa, 2012.</p><p>FERREIRA, Peterson Augusto. Estudo e Montagem de um Sistema de um Controle</p><p>de Temperatura para a Caracterização de Células Solares. 30 f. Relatório Final de</p><p>Projeto de Iniciação Científica (PIBIC/CNPq/INPE), 2014.</p><p>GASPAR, A.; MONTEIRO, I. C. C. Atividades experimentais de demonstração em</p><p>sala de aula: uma análise segundo o referencia da teoria de Vigotsky. Investigações</p><p>em Ensino de Ciências, v.10, n.2, p. 227-254, 2005.</p><p>GIL-PÉREZ, Daniel. Formadores de professores de ciências: tendências e inovações.</p><p>8.ed.São Paulo: Cortez, 2006.</p><p>GIL PÉREZ, D. et al. Tiene sentido seguir distinguiendo entre aprendizaje de</p><p>conceptos,resolución de problemas de lápiz e papel y realización de prácticas de</p><p>laboratorio? Ensenãnza de las Ciencias, v. 17, n. 2, p. 311-320, 1999.</p><p>GONÇALVES, F. P.; MARQUES, C. A. Contribuições pedagógicas e epistemológicas</p><p>em textos de experimentação no ensino de Química. Investigações em Ensino de</p><p>Ciências, v.11, n.2, p.219-238, 2006.</p><p>http://www.todospelaeducacao.org.br/educacao-na-midia/indice/32954/escola-do-</p><p>seculo-xix-nao-consegue-atrair-jovens/</p><p>IZIDORO, Cléber Loureço. Desenvolvimento de uma Bancada Didática para Estudos</p><p>dos Efeitos Termoelétricos Aplicados na Engenharia. 140 f. Dissertação (Mestrado) –</p><p>Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2015.</p><p>http://www.todospelaeducacao.org.br/educacao-na-midia/indice/32954/escola-do-seculo-xix-nao-consegue-atrair-jovens/</p><p>http://www.todospelaeducacao.org.br/educacao-na-midia/indice/32954/escola-do-seculo-xix-nao-consegue-atrair-jovens/</p><p>68</p><p>KAKIMOTO, Luis Carlos. Efeito Peltier-Seebeck: gerando eletricidade por diferença</p><p>de temperatura. 21 f. Relatório Final de Atividades - Universidade Estadual de</p><p>Campinas, 2013.</p><p>Johann Goethe (Johann Wolfgang von Goethe) - Frases ... - KD Frase</p><p>www.frasesfamosas.com.br/frases-de/goethe/</p><p>MOREIRA, Lúcia. Medição de temperatura usando-se termopar. Revista Cerâmica</p><p>Industrial. v.7, n. 5-6, p. 51-53, 2002.</p><p>MOURA, José Américo De Sousa. Filmes Nanométricos de Fen E Aln Crescidos Por</p><p>Sputtering E Aplicações do Efeito Peltier.140 f. Tese (Doutorado) - Universidade</p><p>Federal Do Rio Grande Do Norte, Natal, 2010.</p><p>MORAES, Thiago Finotti. Implementação de Protótipos de Resfriador Termoelétrico</p><p>por Efeito Peltier Aplicado a Dispositivos semicondutores de Potência. 193 f.</p><p>Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Uberlândia, 2014.</p><p>OLIVEIRA, Klaudio Santos Marcondes de. Avaliação Numérica do Desempenho</p><p>Termodinâmico de Células Termoelétricas. 144 f. Dissertação (Mestrado) –</p><p>Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2014.</p><p>OLIVEIRA, Jane Raquel Silva. Contribuições e abordagens das atividades</p><p>experimentais no ensino de ciências: reunindo elementos para a prática docente.</p><p>Acta Scientiae, v.12, n.1, jan. /Jun. 2010.</p><p>PENA, Fábio Luís Alves; FILHO, Aurino Ribeiro. Obstáculos para o uso da</p><p>experimentação no ensino de Física: um estudo a partir de relatos de experiências</p><p>pedagógicas brasileiras publicados em periódicos nacionais da área (1971-2006).</p><p>Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 9, nº 1, 2009.</p><p>ROSA, Cleci Werner da; ROSA, Álvaro Becker da. Ensino de Física: objetivos e</p><p>imposições no Ensino Médio. Revista Electronica de Ensenanza de las Ciências vol.4,</p><p>nº 1.2005. Disponível em: <www.saum.uvigo.es/reec/volumenes/volumen4/ART2 Vol</p><p>N1.pdf>Acesso em: 4 jun/2007.</p><p>http://www.frasesfamosas.com.br/frases-de/goethe/</p><p>69</p><p>SANTOS, Leonardo Paiva. Análise de Desempenho de um Gerador Termoelétrico</p><p>Baseado no Efeito Seebeck. 48 f. Dissertação (Mestrado) - Departamento de Engenharia</p><p>Mecânica da Universidade de Taubaté, 2010.</p><p>SUART, R. C.; MARCONDES, M. E. R. Atividades experimentais investigativas:</p><p>habilidades cognitivas manifestadas por alunos do Ensino Médio. Encontro Nacional</p><p>De Ensino De Química, 14, Curitiba, 2008. Resumos... Curitiba, 2008.</p><p>SANTOS, Emerson Izidoro dos; PIASSI, Luís Paulo de Carvalho; FERREIRA, Norberto</p><p>Cardoso. Atividades experimentais de baixo custo como estratégia de construção da</p><p>autonomia de professores de Física: Uma experiência em formação continuada. IX</p><p>Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física.</p><p>SÉRÉ; Marie-Geneviève; COELHO, Suzana Maria; NUNES, Antônio Dias. O papel da</p><p>experimentação no ensino da Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v.20, n.1,</p><p>p. 30-42, abril, 2003.</p><p>SOUSA, Rui Manuel Abreu. Gerador Termoelétrico para Escape do Automóvel com</p><p>Controle de Temperatura. 218 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Do Minho,</p><p>Braga, 2011.</p><p>SOUSA, Fábio Siqueira da Cruz Guimarães. Medição de Temperaturas de Líquido em</p><p>Escoamento Utilizando Termopares. 64 f. Monografia (Graduação) - Curso de</p><p>Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto, 2011.</p><p>VÉRAS, Júlio Cezar de Cerqueira. Análise Experimental dos Efeitos de Ciclos</p><p>Térmicos em Geradores Termoelétricos. 68 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade</p><p>Federal da Paraíba, João Pessoa, 2014.</p><p>VILLATORRE, Aparecida Magalhães. Didática e Avaliação em Física/ Aparecida</p><p>Magalhães Villatorre, Ivanilda Higa, Silmara Denise Tychanowicz – São Paulo</p><p>:Saraiva,2009.</p><p>VILLANI, Carlos Eduardo Porto; NASCIMENTO, Silvania Sousa do. Argumentação e</p><p>o ensino de ciências: uma atividade experimental no laboratório didático de Física</p><p>do Ensino Médio, IENCI, Janeiro de 2001, v.6, n.1,pp 97 –106.</p><p>https://books.google.com.br/books?id=gymE5LSjh20C&pg=PA63&lpg=PA63&dq=did%C3%A1tica+e+avalia%C3%A7%C3%A3o+em+f%C3%ADsica&source=bl&ots=Po4OsRtb7c&sig=9stShAFUJZBrEhhheQ6db4mpmH8&hl=pt-BR&sa=X&ved=0ahUKEwiHlrLYy6rNAhWMjJAKHaXTCKwQ6AEILzAD</p><p>https://www.google.com.br/search?client=firefox-b&tbm=bks&q=inauthor:%22IVANILDA+HIGA%22&sa=X&ved=0ahUKEwiHlrLYy6rNAhWMjJAKHaXTCKwQ9AgIMTAD</p><p>https://www.google.com.br/search?client=firefox-b&tbm=bks&q=inauthor:%22SILMARA+DENISE+TYCHANOWICZ%22&sa=X&ved=0ahUKEwiHlrLYy6rNAhWMjJAKHaXTCKwQ9AgIMjAD</p><p>70</p><p>Apêndices</p><p>ROTEIROS EXPERIMENTAIS SOBRE</p><p>OS EFEITOS SEEBECK E PELTIER</p><p>Clésio Martins Silva</p><p>Produto educacional da dissertação de</p><p>Mestrado Nacional Profissional em Ensino de</p><p>Física, intitulada Implementação de Práticas</p><p>Experimentais sobre os Efeitos Seebeck e</p><p>Peltier em aulas de Física do Ensino Médio,</p><p>sob orientação da Profa. Dra. Rosângela Borges</p><p>Pereira, junto ao Programa de Pós-Graduação</p><p>da Universidade Federal do Mato Grosso</p><p>Barra do Garças, agosto de 2017</p><p>2</p><p>SUMÁRIO</p><p>1. APRESENTAÇÃO</p><p>2. INSTRUÇÕES PARA O TRABALHO EM LABORATÓRIO</p><p>3. ROTEIRO GERAL 1: APRESENTAÇÃO DO EFEITO SEEBECK</p><p>3.1. Experimento 1A – Apresentação do Efeito Seebeck com Cobre e</p><p>Alumínio</p><p>3.2. Experimento 1B – Apresentação do Efeito Seebeck com Cobre e</p><p>Arame Galvanizado</p><p>3.3. Experimento 1C – Apresentação do Efeito Seebeck com Chromel e</p><p>Alumel</p><p>3.4. Experimento 1D – Apresentação do Efeito Seebeck com Ferro e</p><p>Constantan</p><p>4. ROTEIRO GERAL 2 – CONSTRUÇÃO DE UM TERMOPAR</p><p>4.1. Experimento 2A – Construção de um Termopar com Cobre e Alumínio</p><p>4.2. Experimento 2B – Construção de um Termopar com Ferro e Constantan</p><p>4.3. Experimento 2C – Construção de um Termopar com Chromel e Alumel</p><p>4.4. Experimento 3 – Associação em série de Termopares</p><p>5. ROTEIRO GERAL 3 – CÉLULA PELTIER</p><p>5.1. Experimento 4 - Funcionamento básico de uma célula Peltier</p><p>5.2. Experimento 5 – Construção de uma Mini Geladeira utilizando uma</p><p>pastilha Peltier</p><p>3</p><p>APRESENTAÇÃO</p><p>Esta apostila trata de experimentos relacionados aos fenômenos</p><p>Seebeck e Peltier e algumas aplicações simples. É destinada, preferencialmente, a</p><p>alunos do 3º ano do Ensino médio.</p><p>Os experimentos foram propostos para maior compreensão de cada</p><p>fenômeno estudado nas aulas teóricas e, para maior aproveitamento devem ser</p><p>executados após aulas teóricas sobre os assuntos.</p><p>Além do enriquecimento na abordagem de conceitos ou fenômenos, as</p><p>aulas experimentais proporcionam um meio facilitador para o estudante construir</p><p>seu conhecimento e como motivação para entender aplicações das ciências e</p><p>engenharias.</p><p>Aqui estão incluídos roteiros experimentais detalhados sobre dez</p><p>experimentos, divididos em três grupos: conhecendo o efeito Seebeck, aplicação do</p><p>efeito Seebeck e aplicações do efeito Peltier.</p><p>Há dois roteiros gerais que dão instruções detalhadas sobre os materiais</p><p>e procedimentos a serem adotados nos experimentos a ele correlatos. Cada roteiro</p><p>é amplamente enriquecido com fotografias de experimentos prévios por nós</p><p>realizados e são compostos por: objetivos, procedimento experimental, dados</p><p>experimentais e análise dos resultados.</p><p>Pelo fato dos experimentos envolverem fogo e eletricidade optamos por</p><p>elaborar cada procedimento experimental com o maior detalhe possível e, no</p><p>laboratório, segui-los à risca para evitar acidentes.</p><p>Esperamos que esta apostila consiga atender as expectativas de</p><p>professores e os alunos, e contribua para a melhoria do ensino de Física, motivando</p><p>professores e alunos a buscarem cada vez mais a inserção de aulas experimentais</p><p>em suas práticas docentes.</p><p>4</p><p>INSTRUÇÕES PARA O TRABALHO EM LABORATÓRIO</p><p>REGRAS DE SEGURANÇA</p><p>1. Lembre-se que o laboratório é sempre um lugar de trabalho sério.</p><p>2. Prepare-se para realizar cada experimento lendo antes a instrução correspondente</p><p>fornecida pelo seu professor. Siga as instruções inteligentemente e respeite</p><p>rigorosamente as precauções recomendadas. Consulte seu professor cada vez que</p><p>observar algo anormal ou imprevisto.</p><p>3. Faça apenas as experiências indicadas e aprovadas por seu professor.</p><p>4. Não toque os dedos nos produtos, a não ser que seu professor lhe diga que possa</p><p>fazê-lo.</p><p>5. Deixe qualquer peça de vidro quente esfriar durante bastante tempo. Lembre-se</p><p>de que o vidro quente tem a mesma aparência de vidro frio.</p><p>6. Tenha cuidado com materiais inflamáveis. Não trabalhar com inflamáveis</p><p>próximos a bicos de gás acesos ou qualquer outra chama.</p><p>7. Jogar sólidos na cesta destinada para isto.</p><p>8. Conservar limpo seu material e sua bancada.</p><p>9. Em caso de dúvida, consulte o professor.</p><p>ACIDENTES (NÃO TOME NENHUMA MEDIDA SEM ANTES</p><p>CONSULTAR SEU PROFESSOR)</p><p>1. Qualquer acidente deve ser comunicado imediatamente ao professor.</p><p>2. Corte ou ferimento deve ser desinfetado e coberto.</p><p>3. Queimadura pequena (leve) produzida por fogo ou material quente deverá ser</p><p>resfriada em água corrente e posteriormente o professor encaminhará ao</p><p>atendimento médico.</p><p>INSTRUÇÕES PARA A ELABORAÇÃO DOS QUESTIONÁRIOS</p><p>1. Cada aluno receberá um questionário.</p><p>2. Responda o questionário em equipe e o entregue ao professor no final da aula.</p><p>3. O questionário será corrigido e a devolutiva acontecerá no próximo encontro.</p><p>5</p><p>A – ROTEIRO GERAL 1: APRESENTAÇÃO DO EFEITO SEEBECK</p><p>(para os experimentos de 1A a 1D)</p><p>OBJETIVOS</p><p> Observação do efeito Seebeck com junções construídas com fios de</p><p>diferentes ligas metálicas</p><p> Comparação da eficiência das diferentes ligas na produção do efeito</p><p>Seebeck</p><p> Quando for o caso, calcular o coeficiente Seebeck.</p><p>MATERIAIS UTILIZADOS</p><p>Fios e conectores</p><p> Fio 1 – 20 cm</p><p> Fio 2 – 20 cm</p><p> 2 suportes universais</p><p> 2 garras de jacarés duplas</p><p>Recipientes</p><p> 2 béqueres de 100 ml;</p><p>Medidores</p><p> 1 multímetro</p><p> 2 termômetros</p><p> 1 cronômetro</p><p>Ferramentas</p><p> furadeira</p><p> alicate</p><p>Material de consumo</p><p> Água quente (aquecida com aquecedor elétrico)</p><p> Água gelada com cubos de gelo</p><p>PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS</p><p>Importante:</p><p>Os procedimentos experimentais descritos a seguir deverão ser seguidos</p><p>durante a realização dos experimentos de 1A a 1D.</p><p>Os 4 experimentos só diferem entre si pela troca dos fios 1 e 2. Todo o resto</p><p>permanece inalterado</p><p>Quando estiver realizando um destes experimentos tenha em mãos o roteiro</p><p>daquele experimento para que possa preencher a tabela.</p><p>6</p><p>1ª ETAPA – LIGAÇÃO ENTRE OS FIOS</p><p>1. Unir os fios como indicado na Figura 1 (representação esquemática) e Figura 2</p><p>(fotografia real).</p><p>Figura 1. Esquema de Figura 2. Ligação entre os</p><p>ligação entre os fios 1 fios 1 e 2. Fonte: O autor</p><p>e 2. Fonte: Kakimoto,</p><p>2013.</p><p>2. Fixar os fios nos suportes deixando as junções em posição para serem inseridas</p><p>na água. Ver as Figuras 3 e 4.</p><p>Figura 3. Montagem do arranjo (visão Figura 4. Montagem do arranjo</p><p>(visão aérea). Fonte: O autor frontal). Fonte: O autor</p><p>2ª ETAPA – INSERÇÃO DAS JUNÇÕES NA ÁGUA</p><p>3. Insira um termômetro em cada béquer. Use fita crepe ou isolante para fixá-lo.</p><p>4. Posicione cada uma das junções dos fios dentro de um béquer.</p><p>Para facilitar futuras comparações, ligue sempre a extremidade</p><p>A ao terminal negativo do multímetro e a extremidade B ao</p><p>terminal positivo</p><p>- Fique atento à distinção</p><p>entre os fios 1 e 2.</p><p>- Una os fios fortemente</p><p>com o auxílio de um</p><p>alicate.</p><p>- Preferencialmente</p><p>“abra ao meio” um</p><p>pedaço de cada fio antes</p><p>de uni-los. A junção feita</p><p>assim é mais eficaz.</p><p>7</p><p>5. Coloque a escala do multímetro na posição de voltagem contínua e escolha a</p><p>menor escala possível (geralmente 200 mV para os multímetros comuns).</p><p>6. Conecte jacarés em cada uma das extremidades do fio 2, ligando o multímetro.</p><p>7. Coloque a água gelada em um béquer e a quente em outro.</p><p>8. A cada 60 s (marcados com o cronômetro) faça medições simultâneas:</p><p>da</p><p>temperatura da água quente, da temperatura da água fria e da medição da</p><p>voltagem e registre os dados em uma tabela.</p><p>8</p><p>EXPERIMENTO 1A: APRESENTAÇÃO DO EFEITO SEEBECK COM</p><p>COBRE E ALUMÍNIO</p><p>FIO 1 – Cobre</p><p>FIO 2 – Alumínio</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro geral 1.</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela abaixo.</p><p>TFria</p><p>(°C)</p><p>TQuente</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>T=TQ - Tf</p><p>(°C)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>Medida 6</p><p>Medida 7</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>1) Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) O efeito Seebeck foi observado?</p><p>b) Com os dados observados como seria o gráfico de T versus V?</p><p>c) Com esses dados seria possível obter o coeficiente Seebeck? Explique.</p><p>d) Se você respondeu afirmativamente o item anterior, calcule o coeficiente</p><p>Seebeck da junção.</p><p>e) Compare o resultado do coeficiente Seebeck que obteve com os dados da</p><p>literatura.</p><p>9</p><p>EXPERIMENTO 1B: APRESENTAÇÃO DO EFEITO SEEBECK COM</p><p>COBRE E ARAME GALVANIZADO</p><p>FIO 1 – Cobre</p><p>FIO 2 – Arame galvanizado</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro geral 1.</p><p>DADOS EXPERIEMNTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>TFria</p><p>(°C)</p><p>TQuente</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>T=TQ - Tf</p><p>(°C)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>Medida 6</p><p>Medida 7</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>1) Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) O efeito Seebeck foi observado?</p><p>b) Com os dados observados como seria o gráfico de T versus V?</p><p>c) Com esses dados seria possível obter o coeficiente Seebeck? Explique.</p><p>d) Se você respondeu afirmativamente o item anterior, calcule o coeficiente</p><p>Seebeck da junção.</p><p>e) Compare o resultado do coeficiente Seebeck que obteve com os dados da</p><p>literatura.</p><p>10</p><p>EXPERIMENTO 1C – APRESENTAÇÃO DO EFEITO SEEBECK COM</p><p>CHROMEL E ALUMEL</p><p>FIO 1 – Chromel</p><p>FIO 2 – Alumel</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro geral 1.</p><p>DADOS EXPERIEMNTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>TFria</p><p>(°C)</p><p>TQuente</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>T=TQ - Tf</p><p>(°C)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>Medida 6</p><p>Medida 7</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>1) Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) O efeito Seebeck foi observado?</p><p>b) Com os dados observados como seria o gráfico de T versus V?</p><p>c) Com esses dados seria possível obter o coeficiente Seebeck? Explique.</p><p>d) Se você respondeu afirmativamente o item anterior, calcule o coeficiente</p><p>Seebeck da junção.</p><p>e) Compare o resultado do coeficiente Seebeck que obteve com os dados da</p><p>literatura.</p><p>11</p><p>EXPERIMENTO 1D: APRESENTAÇÃO DO EFEITO SEEBECK COM</p><p>FERRO E CONSTANTAN</p><p>FIO 1 – Ferro</p><p>FIO 2 – Constantan</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro geral 1.</p><p>DADOS EXPERIEMNTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>TFria</p><p>(°C)</p><p>TQuente</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>T=TQ - Tf</p><p>(°C)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>Medida 6</p><p>Medida 7</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>1) Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) O efeito Seebeck foi observado?</p><p>b) Com os dados observados como seria o gráfico de T versus V?</p><p>c) Com esses dados seria possível obter o coeficiente Seebeck? Explique.</p><p>d) Se você respondeu afirmativamente o item anterior, calcule o coeficiente</p><p>Seebeck da junção.</p><p>e) Compare o resultado do coeficiente Seebeck que obteve com os dados da</p><p>literatura.</p><p>12</p><p>B. ROTEIRO GERAL 2: CONSTRUÇÃO DE UM TERMOPAR</p><p>(para os experimentos de 2A a 2C)</p><p>OBJETIVOS</p><p> Construção de um termopar</p><p> Observação do efeito Seebeck com junções construídas com fios de</p><p>diferentes ligas metálicas</p><p> Comparação da eficiência das diferentes ligas na produção do efeito</p><p>Seebeck</p><p>MATERIAIS UTLIZADOS</p><p>Fios e conectores</p><p> Fio A – 20 cm;</p><p> Fio B – 20 cm;</p><p> 2 suportes universais;</p><p> 2 garras de jacarés duplas</p><p>Medidores</p><p> 01 multímetro</p><p> 02 termômetros</p><p> 01 Cronômetro</p><p> Termômetro ou sensor de temperatura</p><p>Ferramentas e utensílios</p><p> Alicate</p><p> Lamparina</p><p> Isqueiro</p><p> Prendedor de madeira</p><p>Material de consumo</p><p> Álcool para lamparina</p><p>PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS</p><p>Importante:</p><p>Os procedimentos experimentais descritos a seguir deverão ser seguidos</p><p>durante a realização dos experimentos de 2A a 2C.</p><p>Os três experimentos só diferem entre si pela mudança nos fios 1 e 2. Todo</p><p>o resto permanece inalterado</p><p>Quando estiver realizando um dos três experimentos tenha em mãos o</p><p>roteiro daquele experimento para que possa preencher a tabela</p><p>13</p><p>1ª ETAPA – LIGAÇÃO ENTRE OS FIOS</p><p>1. Una os fios A e B como indicado na Figura 5 (junção das ligas metálicas).</p><p>Obs.: Para unir os fios siga as instruções contidas no roteiro geral 1.</p><p>Figura 5. Junção das ligas metálicas. Fonte: O autor</p><p>2. MONTAGEM DO ARRANJO: Fixar os fios nos suportes deixando a junção em</p><p>posição para ser colocada em contato com a chama da lamparina. Ver a Figura</p><p>6 (montagem do arranjo).</p><p>Figura 6. Montagem do arranjo. Fonte: O autor</p><p>2ª ETAPA – INSERÇÃO DAS JUNÇÕES NO FOGO</p><p>1. Posicione a junção dos fios em contato com a chama da lamparina, de</p><p>acordo com a Figura 7 (arranjo).</p><p>Figura 7. Vista frontal do arranjo experimental. Fonte: O autor</p><p>14</p><p>3. Conecte ambas as extremidades do fio ao multímetro.</p><p>4. Coloque a escala do multímetro na posição de voltagem contínua e escolha a</p><p>menor escala possível (geralmente 200 mV para os multímetros comuns);</p><p>5. Conecte jacarés em cada uma das extremidades do fio 2, ligando o multímetro.</p><p>6. Acenda a lamparina e aqueça a junção dos fios.</p><p>7. A cada 60 s (marcados com o cronômetro) faça medições da diferença de</p><p>potencial nas extremidades livres dos fios e registre os dados em uma tabela.</p><p>A Figura 8 (arranjo experimental) mostra uma fotografia do arranjo final</p><p>experimental.</p><p>Figura 8. Vista aérea do arranjo experimental. Fonte: O autor</p><p>Para facilitar futuras comparações, ligue sempre a extremidade A</p><p>ao terminal negativo do multímetro e a extremidade B ao terminal</p><p>positivo.</p><p>15</p><p>EXPERIMENTO 2A: CONSTRUÇÃO DE UM TERMOPAR COM COBRE</p><p>E ALUMÍNIO</p><p>FIO 1 – cobre</p><p>FIO 2 – alumínio</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro único 2.</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) Foi possível observar o efeito Seebeck na junção cobre/alumínio?</p><p>Explique.</p><p>b) De acordo com o experimento realizado, sabemos que o termômetro</p><p>não foi colocado em contato direto com a chama da lamparina, pois corria o</p><p>risco de perdermos os mesmos. Então, o sensor foi colocado bem próximo da</p><p>chama. Sendo, assim, há uma relação entre a ddp estabelecida nas extremidades</p><p>livre dos fios e a temperatura a que é submetida a junção?</p><p>Tempo ( s ) Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida</p><p>3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>16</p><p>EXPERIMENTO 2B: CONSTRUÇÃO DE UM TERMOPAR COM FERRO</p><p>E CONSTANTAN</p><p>FIO 1 – ferro</p><p>FIO 2 – constantan</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro único 2.</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) Foi possível observar o efeito Seebeck na junção ferro/constantan? Explique</p><p>b) Comparando com a junção do experimento anterior, qual dos pares de liga</p><p>é mais eficiente para o efeito Seebeck? Justifique.</p><p>Tempo ( s ) Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>17</p><p>EXPERIMENTO 2C: CONSTRUÇÃO DE UM TERMOPAR COM</p><p>CHROMEL E ALUMEL</p><p>FIO 1 – chromel</p><p>FIO 2 – alumel</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Execute o procedimento experimental conforme instruções do roteiro único 2.</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) Foi possível observar o efeito Seebeck na junção chromel/alumel? Explique.</p><p>b) Comparando com a junção do experimento anterior, qual dos pares de liga</p><p>é mais eficiente para o efeito Seebeck? Justifique.</p><p>Tempo ( s ) Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Voltagem</p><p>(mV)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>18</p><p>EXPERIMENTO 3: ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE DE TERMOPARES</p><p>OBJETIVOS</p><p> Construir uma associação em série de termopares</p><p> Observar o efeito resultante de se associar termopares em série</p><p> Comparar os resultados da tensão (mV) de um termopar simples com o da</p><p>associação em série.</p><p>MATERIAIS UTLIZADOS</p><p>Fios e conectores</p><p> Fio 1 – 20 cm</p><p> Fio 2 – 20 cm</p><p> 2 suportes universais</p><p> 2 garras de jacarés duplas</p><p>Medidores</p><p> 1 multímetro</p><p> 1 cronômetro</p><p> 02 termômetros ou sensores de temperatura</p><p>Ferramentas e utensílios</p><p> Alicate;</p><p> 2 Lamparinas</p><p> Prendedor de madeira</p><p>Material de consumo</p><p> Álcool para lamparina</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>1ª ETAPA – LIGAÇÃO ENTRE OS FIOS</p><p>1. Faça duas junções, como o da Figura 5 (junção das ligas metálicas) do roteiro</p><p>anterior. Escolha o material mais eficiente entre os três pares trabalhados.</p><p>2. Una as duas montagens, em série, conforme indicado na Figura 9 (ligação em</p><p>série).</p><p>19</p><p>Figura 9. Ligação em série das duas montagens. Fonte: O autor.</p><p>2ª ETAPA – INSERÇÃO DAS JUNÇÕES NO FOGO</p><p>3. Posicione as duas junções em contato com a chama das lamparinas, conforme</p><p>indica a Figura 10 (arranjo experimental).</p><p>Figura 10. Vista aérea do arranjo experimental. Fonte: O autor.</p><p>4. Coloque a escala do multímetro na posição de voltagem contínua e escolha a</p><p>menor escala possível (geralmente 200 mV para os multímetros comuns);</p><p>5. Conecte jacarés em cada uma das extremidades livres. Ligue o multímetro.</p><p>6. Acenda a lamparina e aqueça a junção dos fios.</p><p>7. A cada 60 s (marcados com o cronômetro) faça medições da diferença de</p><p>potencial e registre os dados em uma tabela.</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Registre os dados experimentais na tabela a seguir.</p><p>20</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>Responda à pergunta de acordo com os dados experimentais: Compare as</p><p>diferenças de potencial obtidas com a associação em série dos termopares com</p><p>as correspondentes a de um único termopar. Qual a conclusão?</p><p>Tempo ( s ) Voltagem</p><p>(mV)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>21</p><p>EXPERIMENTO 4: FUNCIONAMENTO BÁSICO DE UMA CÉLULA</p><p>PELTIER</p><p>OBJETIVOS</p><p> Demonstrar o princípio de funcionamento da célula Peltier.</p><p> Resfriar e aquecer água em uma tampinha de refrigerante utilizando uma</p><p>célula Peltier.</p><p>MATERIAIS UTILIZADOS</p><p>Fios e conectores</p><p> 1 célula Peltier</p><p> 1 fonte 12V</p><p> 1 pilha 1,5 V</p><p>Medidores</p><p> 1 termômetro</p><p> 1 cronômetro</p><p>Ferramentas e utensílios</p><p> 1 tampinha de refrigerante (metal)</p><p> 1 dissipador</p><p> 1 vasilha ou 1 cooler</p><p> Pasta térmica</p><p>Material de consumo</p><p> Água para a vasilha caso não usar o cooler</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>1ª ETAPA – Gelar/congelar a água na tampinha</p><p>1. Conecte o cabo da célula Peltier nos polos da pilha de acordo com a Figura 11</p><p>Figura 11. Conexão do cabo da célula Peltier nos polos da pilha. Fonte: O autor.</p><p>22</p><p>2. Em seguida, passe a pasta térmica no dissipador e no lado quente da célula,</p><p>unindo-os (ver Figura 12) .</p><p>Figura 12. Célula Peltier, pasta térmica e dissipador. Fonte: O autor.</p><p>3. Pegue a tampinha, encha de água e coloque sobre o lado frio da célula de acordo</p><p>com o arranjo da Figura 13.</p><p>Figura 13. Arranjo da tampinha, célula Peltier, dissipador termômetro e fonte.</p><p>Fonte: O autor.</p><p>4. Conecte os terminais da célula à fonte de 12 V e ligue-a, como ilustra a Figura</p><p>14.</p><p>Figura 14. Montagem final do arranjo. Fonte: O autor.</p><p>5. A cada 60 s, registre as temperaturas da água na Tabela 1.</p><p>23</p><p>2ª ETAPA – Esquentar/derreter a água/gelo na tampinha</p><p>1. Separe a célula do dissipador, limpando a pasta térmica com papel toalha.</p><p>2. Passe a pasta térmica no lado frio da célula e deixe em contato com o dissipador.</p><p>Observação: Não há necessidade do uso do cooler.</p><p>3. Coloque a tampinha com água gelada/gelo em contato com a o lado quente da</p><p>célula.</p><p>4. A cada 60 s, registre as temperaturas da água na Tabela 2.</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Registre os dados experimentais nas tabelas a seguir.</p><p>Tabela 1: Temperatura da água durante o processo de gelar/congelar a água</p><p>Tempo (s) Temperatura (°C)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>Tabela 2: Temperatura da água durante o processo de esquentar/derreter a água</p><p>Tempo (s) Temperatura (°C)</p><p>Medida 1</p><p>Medida 2</p><p>Medida 3</p><p>Medida 4</p><p>Medida 5</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>1) Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) Qual a temperatura mínima registrada em seu experimento? Qual o tempo</p><p>gasto para alcançá-la?</p><p>b) Qual a temperatura máxima registrada em seu experimento? Qual o tempo</p><p>gasto para alcançá-la</p><p>c) Qual a consequência de não se utilizar dissipadores no experimento?</p><p>24</p><p>EXPERIMENTO 5: CONSTRUÇÃO DE UMA MINI GELADEIRA</p><p>UTILIZANDO UMA PASTILHA PELTIER</p><p>OBJETIVOS</p><p> Construir uma mini geladeira USB utilizando uma pastilha Peltier;</p><p> Verificar o efeito Peltier.</p><p>MATERIAIS UTLIZADOS</p><p> 1 cabo USB comum</p><p> Pastilha Peltier</p><p> Caixa de isopor</p><p> Pasta térmica</p><p> 2 dissipadores de calor (pode ser também os que acompanham a CPU)</p><p> Fios de cobre</p><p> 1 pedaço de acrílico ou similar de 15 cm x 20 cm</p><p> Cola quente</p><p> Tesoura</p><p> Estilete</p><p> Alicate</p><p> Lápis ou caneta</p><p> Régua</p><p> Fonte de 12 V</p><p>PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS</p><p>CONSTRUÇÃO DA GELADEIRA</p><p>1) Para construir a porta da geladeira, faça um recorte no centro da tampa de</p><p>cerca de 15 cm x 20 cm e encaixe o acrílico ou vidro. Ver figura 15 (porta</p><p>da geladeira).</p><p>Figura 15. Porta da</p><p>geladeira com visor</p><p>(vidro/acrílico).</p><p>Fonte: O autor</p><p>25</p><p>2) Prenda, com fita adesiva ou crepe a lateral da tampa à caixa, para criar uma</p><p>dobradiça. Ver Figura 16 (porta da geladeira).</p><p>PREPARAÇÃO DA PASTILHA</p><p>3) Cortar a capa do cabo USB.</p><p>4) Dentro do cabo existem 4 fios coloridos. Separe o preto e o vermelho, de</p><p>acordo com a Figura 17.</p><p>5) De acordo com a Figura 18 (conexão: cabo USB com a pastilha</p><p>Peltier),</p><p>conectar os fios do cabo USB aos fios da pastilha Peltier (conecte os fios de</p><p>mesma cor).</p><p>Figura 16. Porta da</p><p>geladeira presa com</p><p>fita (dobradiça).</p><p>Fonte: O autor</p><p>Figura 17. Separação</p><p>dos fios do cabo USB.</p><p>Fonte: O autor</p><p>Figura 18. Conexão</p><p>dos fios do cabo USB</p><p>com a pastilha Peltier.</p><p>Fonte: O autor</p><p>26</p><p>6) Cole a pastilha entre os dois dissipadores, segue a Figura 19 (Colar pastilha</p><p>nos dissipadores).</p><p>7) Prenda os dois dissipadores com os arames conforme a Figura 20 (amarrar</p><p>os dissipadores) para que não se movam.</p><p>8) Com base na Figura 21 (dissipador na base da caixa, contornando-o e</p><p>cortando com estilete), com a caixa de isopor na posição vertical, centralize</p><p>os dissipadores na base da caixa e recorte o fundo com estilete.</p><p>Figura 19. Colagem da</p><p>pastilha com os dissipadores.</p><p>Fonte: O autor</p><p>Figura 20. Amarrar os</p><p>dissipadores com os arames.</p><p>Fonte: O autor</p><p>Figura 21. Centralizar o</p><p>dissipador na base da</p><p>caixa, contornando e</p><p>cortando com estilete.</p><p>Fonte: O autor</p><p>27</p><p>9) Encaixe o dissipador, deixando a parte fria da pastilha dentro da caixa e a</p><p>parte quente do lado de fora. Use cola quente para fazer a fixação. Ver</p><p>Figura 22 (Centralizar o dissipador na base da caixa e colar com cola</p><p>quente).</p><p>10) Não deixe o dissipador em contato direto com a mesa, pois o calor pode</p><p>danificá-la. Deixe-lo sobre uma outra caixa. Veja Figura 23 (Dissipador na</p><p>base de outra caixa).</p><p>11) Insira o sensor de temperatura dentro da geladeira, fixando-o em algum</p><p>local conveniente. Veja Figura 24 (sensor de temperatura interno.)</p><p>Figura 22. Centralizar o</p><p>dissipador na base da</p><p>caixa e colar com cola</p><p>quente. Fonte: O autor</p><p>Figura 23. Dissipador</p><p>na base de outra caixa.</p><p>Fonte: O autor</p><p>28</p><p>12) De acordo com a Figura 25 (Conexão do cabo USB na fonte), conecte o</p><p>cabo USB a um computador ou a uma fonte de 12 V para ligar a geladeira.</p><p>Agora que a geladeira está pronta, registre na Tabela 2, em intervalos de</p><p>tempos, a temperatura interna.</p><p>Figura 25. Conectar o</p><p>cabo USB na fonte.</p><p>Fonte: O autor</p><p>Figura 24. Sensor de</p><p>temperatura interno.</p><p>Fonte: O autor</p><p>29</p><p>DADOS EXPERIMENTAIS</p><p>Tabela 1. Temperatura interna em alguns instantes de tempo</p><p>Tempo (min) Temperatura (°C)</p><p>Medida 1 1 min</p><p>Medida 2 2 min</p><p>Medida 3 3 min</p><p>Medida 4 4 min</p><p>Medida 5 5 min</p><p>ANÁLISE DOS DADOS</p><p>Responda às perguntas de acordo com os dados experimentais.</p><p>a) Posso utilizar mais de uma pastilha Peltier? O que aconteceria neste caso?</p><p>b) Que tipo de alimentação foi utilizada, DC ou AC?</p><p>c) Quero resfriar a mini geladeira à 0 °C. Quanto dessas pastilhas devo</p><p>utilizar?</p><p>d) O dissipador de calor é um opcional no meu sistema?</p><p>e) O que fazer quando há umidade presente no sistema?</p><p>102</p><p>Apêndice B</p><p>in our teachers’s activities, since in our school there is not physics laboratories. The resulting</p><p>educational product is the text Experimental Scripts regarding the Seebeck and Peltier effects,</p><p>consisting of 10 (then) experiments: 04 (four) related to verifying the Seebeck effects, 04(four)</p><p>related to crafting thermocouples, 02 (two) related to the Peltier effect, one of those being crafting</p><p>a mini fridge using a Peltier Pastille powered by a notebook. As a result of our work, we</p><p>emphasize great opportunities of discussing several concepts quantities in an integrated way,</p><p>considering that these concepts and quantities are explained apart from each other, and emphasize</p><p>the value of Physics to technological applications-an obvious relation, that is, sadly, often ignored</p><p>by our students. the students, we emphasize the news that the experimental classes were for the</p><p>most of them, besides the positive influence in the theoretical classes.</p><p>KEY WORDS: Thermoelectric Effects, Seebeck Effect, Peltier Effect, Physics Teaching.</p><p>LISTA DE FIGURAS</p><p>Figura 1: Órbita de valência.............................................................................................22</p><p>Figura 2: Um átomo de silício central circundado por outros quatro átomos....................23</p><p>Figura 3: Bandas de energia............................................................................................. 23</p><p>Figura 4: Dopagem com impureza doadora..................................................................... 24</p><p>Figura 5: Dopagem com impureza aceitadora................................................................. 25</p><p>Figura 6: Representação do efeito Seebeck......................................................................26</p><p>Figura 7: Deslocamento de elétrons e diferença de potencial entre as junções fria e</p><p>quente...............................................................................................................................27</p><p>Figura 8: Representação esquemática de um termopar.....................................................29</p><p>Figura 9: Circuito de um termopar...................................................................................29</p><p>Figura 10. Curva característica de termopares.................................................................30</p><p>Figura 11. Associação em série de dois termopares.......................................................32</p><p>Figura 12. Representação esquemática do Efeito Peltier..................................................32</p><p>Figura 13. Esquema 1 de representação de um módulo Peltier.......................................34</p><p>Figura 14. Esquema 2 de representação de um módulo Peltier...................................... 34</p><p>Figura 15. Representação esquemática do efeito Thomson..............................................36</p><p>Figura 16. Apresentação do Efeito Seebeck.....................................................................52</p><p>Figura 17. Construção de um termopar............................................................................54</p><p>Figura 18. Associação e termopares................................................................................55</p><p>Figura 19. Funcionamento básico da célula Peltier..........................................................57</p><p>Figura 20. Construção da mini geladeira..........................................................................59</p><p>Figura 21. Respondendo questionário..............................................................................60</p><p>LISTAS DE TABELAS</p><p>Tabela 1. Coeficientes de Seebeck para algumas ligas metálicas e</p><p>semicondutores.............................................................................................................................27</p><p>Tabela 2. Caracterização dos termopares......................................................................................31</p><p>Tabela 3- Cronograma de organização das aulas..........................................................................39</p><p>Tabela 4. Registro dos dados experimentais sobre a apresentação do efeito Seebeck..................52</p><p>Tabela 5. Registro dos dados experimentais sobre a construção de um</p><p>termopar........................................................................................................................................54</p><p>Tabela 6. Registro dos dados experimentais sobre a construção de um termopar associado em</p><p>série...............................................................................................................................................56</p><p>Tabela 7. Registro dos dados experimentais sobre o Funcionamento básico das células</p><p>Peltier............................................................................................................................................58</p><p>Tabela 8. Registro dos dados experimentais sobre o Funcionamento básico das células</p><p>Peltier............................................................................................................................................59</p><p>SUMÁRIO</p><p>1 – INTRODUÇÃO................................................................................................................. 12</p><p>1.1 – Objetivos.............................................................................................................. 14</p><p>2 – A IMPORTÂNCIA DA EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA............. 16</p><p>3 – EFEITOS TERMOELÉTRICOS: CONCEITOS E APLICAÇÕES........................... 20</p><p>3.1. Termoeletricidade........................................................................................................20</p><p>3.2. Semicondutores .......................................................................................................... 22</p><p>3.3. Efeito Seebeck.............................................................................................................26</p><p>3.3.1. Aplicação do Efeito Seebeck – o termopar ..................................................28</p><p>3.4. Efeito Peltier..............................................................................................................32</p><p>3.4.1. Aplicação do Efeito Peltier – células Peltier......................................................33</p><p>3.5. Efeito Thomson ..........................................................................................................35</p><p>4 – METODOLOGIA..............................................................................................................37</p><p>4.1. Planos de aulas.............................................................................................................38</p><p>5 - RELATO DA IMPLEMENTAÇÃO EM SALA DE AULA........................................ 49</p><p>5.1 Aulas teóricas..............................................................................................................49</p><p>5.2 Aulas experimentais....................................................................................................50</p><p>6 – RESULTADOS E DISCUSSÃO......................................................................................61</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................................................65</p><p>REFERÊNCIAS ....................................................................................................................66</p><p>APÊNDICES............................................................................................................................70</p><p>Apêndice A – Produto educacional..................................................................................71</p><p>Apêndice B – Formulário Avaliativo.............................................................................102</p><p>12</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>Antes de iniciarmos a</p><p>descrição de nosso trabalho apresentaremos alguns breves</p><p>comentários sobre a experimentação no ensino de Física nos dias de hoje. A radiografia</p><p>apresentada baseia-se em nosso saber docente e num panorama que é público e notório para</p><p>aqueles que vivenciam diretamente a educação brasileira.</p><p>Ministrar aulas experimentais tem sido há bastante tempo um desafio para os</p><p>professores de Física na rede pública de ensino. Os motivos são variados e entre eles podemos</p><p>citar, entre tantos outros: a inexistência de laboratórios nas Escolas (quando muito há apenas</p><p>laboratório de Ciências), a falta de preparo do próprio professor que não se sente seguro para</p><p>ministrar as aulas experimentais, o baixo número de aulas da disciplina que são insuficientes</p><p>até mesmo para a abordagem tradicional com aulas apenas teóricas, o longo tempo de preparo</p><p>das aulas experimentais pelo professor, a pura e simples acomodação com a estruturação do</p><p>ensino em aulas teóricas, a não obrigatoriedade das aulas experimentais.</p><p>Uma questão que se coloca é como essa realidade de instalou em nosso sistema se</p><p>há unanimidade no entendimento que as aulas experimentais são fundamentais para a</p><p>aprendizagem de física e das ciências em geral. Os Parâmetros Curriculares Nacionais, por</p><p>exemplo, entendem a experimentação como “indispensável” para o desenvolvimento de</p><p>competências em Física. Diversos autores (que serão citados no decorrer de nosso trabalho)</p><p>enfatizam as vantagens das aulas experimentais no processo de construção do conhecimento,</p><p>na ambientação da Física com o cotidiano do aluno e com os avanços tecnológicos. Mesmo o</p><p>professor que não ministra aulas experimentais entende sua importância e vislumbra como o</p><p>processo de ensino-aprendizagem seria diferente com aulas experimentais regulares em</p><p>laboratórios didáticos equipados a contento e com aulas previamente destinadas à</p><p>experimentação.</p><p>As respostas para nossa pergunta são complexas e esbarram em outras que, na</p><p>verdade, estão na raiz do problema: baixíssimo número de aulas da disciplina de Física, alunos</p><p>desmotivados nas aulas predominantemente teóricas e expositivas em que é um sujeito passivo,</p><p>total descontextualização entre a Escola e o “século 21” com toda suas tecnologias de</p><p>informação e comunicação (TIC) e suas novas formas de relacionamento social.</p><p>Conforme afirma Mozart Neves Ramos do Instituto Ayrton Senna, “Temos uma</p><p>escola do século XIX, um professor do século XX e um aluno do século XXI. ” E aí uma</p><p>situação aparentemente contraditória: as TIC, que surgem e se modificam numa velocidade</p><p>13</p><p>vertiginosa, mantem as salas de aula em constante defasagem tecnológica/social indispondo o</p><p>aluno para o aprendizado e alimentando o círculo vicioso.</p><p>Não seria de se supor que os currículos escolares refletissem esse admirável mundo</p><p>novo? Que mesmo diante das limitações do sistema de ensino não deveria a Física assumir um</p><p>papel de protagonismo nos currículos escolares, tendo em vista que para alimentar a própria</p><p>evolução tecnológica os conhecimentos da Física são imprescindíveis? Afinal, sem forte</p><p>embasamento nas ciências em geral e na Física em particular, não há evolução cientifica e</p><p>tecnológica.</p><p>Infelizmente, sabemos que essa não é a realidade e que, na verdade, a disciplina de</p><p>Física vem ficando cada vez menor no currículo escolar. Há inúmeros Escolas no Estado de</p><p>Mato Grosso, por exemplo, em que há apenas 01 hora-aula semanal das disciplinas de Física</p><p>em cada um dos 03 (três) anos do ensino médio.</p><p>Poderíamos fazer uma outra suposição: a de que os estudantes – sobretudo os</p><p>jovens que estão hoje no ensino médio e que já nasceram na era digital – se interessem</p><p>particularmente pelas ciências e pela Física. Novamente sabemos que esta não é a realidade.</p><p>Infelizmente, os jovens em nossas salas de aulas têm se comportado como meros usuários da</p><p>tecnologia, dissociando a sala de aula do mundo real e não fazendo associação entre o que</p><p>aprendem nas aulas de Física e o mundo tecnológico que os cercam. E aí já percebemos o</p><p>círculo virtuoso. É provável que parte do desencanto dos jovens com as ciências, entre elas a</p><p>Física, seja pela formatação de nosso sistema de ensino: aulas teóricas expositivas que exigem</p><p>grande abstração, centradas no professor, em que o aluno é um sujeito passivo.</p><p>Diante do panorama exposto a ausência das aulas experimentais na Escolas públicas</p><p>se encaixa perfeitamente. Com tantos e diversificados problemas com os quais lidar porquê a</p><p>ausência de experimentação nas aulas seria uma prioridade a ser tratada? Aqui cito uma situação</p><p>particular. Em todos os meus anos de estudante no ensino médio nunca tive sequer uma aula</p><p>experimental. Hoje, como professor de Física em duas escolas públicas de diferentes estados</p><p>(Goiás e Mato Grosso) também nunca ministrei aulas experimentais (à exceção das</p><p>apresentadas neste trabalho).</p><p>Acreditando na importância pedagógica das aulas experimentais nos processos de</p><p>ensino-aprendizagem da Física é que aproveitamos a oportunidade oferecida pelo Mestrado</p><p>Profissional para inserirmos aulas experimentais em nossa prática docente. Aparentemente</p><p>despretensiosa, essa não é uma tarefa simples se levarmos em conta que nossa Escola não tem</p><p>laboratórios e que só temos 02 horas semanais na disciplina.</p><p>14</p><p>As experimentações que escolhemos envolvem os efeitos Seebeck e Peltier e</p><p>algumas de suas aplicações. Apesar da relevância e importância desses efeitos, seja na</p><p>conceituação ou nas aplicações tecnológicas, eles não fazem parte da grade curricular do ensino</p><p>médio e esse foi um dos fatores que também motivaram sua escolha. Esperamos assim oferecer</p><p>uma pequena contribuição ao ensino de física, tanto por beneficiarmos nossos alunos com aulas</p><p>experimentais (que a maioria nunca teve) como pela nossa própria capacitação e decisão em</p><p>inserirmos, ainda que modestamente, a experimentação em nossa atividade docente.</p><p>O projeto foi desenvolvido na Escola Estadual de Ensino Médio Alfredo Nasser,</p><p>situada no município de Britânia/GO. Ele se constitui de uma série de roteiros experimentais</p><p>sobre os efeitos Seebeck e Peltier que devem ser ministrados como apoio às aulas teóricas.</p><p>O presente texto está assim dividido: ainda neste capítulo apresentamos os</p><p>objetivos do trabalho. No capítulo 2 tratamos da importância da experimentação no ensino de</p><p>Física. O capítulo 3 trata a Física dos efeitos termoelétricos, abordando contextualização</p><p>histórica, conceitos e aplicações. No capítulo 4 apresentamos a metodologia utilizada, incluindo</p><p>os planos de aula. No capítulo 5 relatamos como se deu a implementação em sala de aula. Os</p><p>resultados e discussões são apresentados no capítulo 6; Em seguida estão as considerações</p><p>finais e as referências bibliográficas; No apêndice A está a íntegra do produto educacional – o</p><p>texto didático Roteiros experimentais sobre efeitos termoelétricos. O questionário avaliativo</p><p>encontra-se no Apêndice B.</p><p>1.1. OBJETIVOS</p><p>Objetivo Geral</p><p>O presente trabalho tem como objetivo a inserção de aulas experimentais como</p><p>recurso pedagógico para auxiliar no processo de ensino-aprendizagem do conteúdo de Efeitos</p><p>Seebeck e Peltier, em uma turma de terceiro ano na Escola Alfredo Nascer no município de</p><p>Britânia/GO.</p><p>15</p><p>Objetivos Específicos</p><p>São objetivos específicos de nosso trabalho.</p><p> Instigar a curiosidade e mostrar que a Física é uma ciência que está presente</p><p>constantemente no nosso dia a dia.</p><p> Propor momentos para questionamentos e discussões sobre diversos conceitos e</p><p>grandezas da Física.</p><p> Tornar as aulas mais dinâmicas, motivadoras, prazerosas e participativas.</p><p> Instigar a capacidade de investigação.</p><p> Iniciar os estudantes em práticas de laboratório.</p><p>16</p><p>2. A IMPORTÂNCIA DA EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA</p><p>Começamos este capítulo com uma citação dos Parametros Curriculares Nacionais</p><p>(PCN+) em referência</p><p>à aulas experimentais nas disciplinas de Física:</p><p>É indispensável que a experimentação esteja sempre presente ao longo de todo</p><p>o processo de desenvolvimento das competências em Física, privilegiando-se</p><p>o fazer, manusear, operar, agir em diferentes formas e níveis. É dessa forma</p><p>que se pode garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno,</p><p>desenvolvendo sua curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a</p><p>aquisição do conhecimento científico como uma verdade estabelecida e</p><p>inquestionável. (PCN+ - Ensino Médio)</p><p>Apesar do que foi expresso anteriormente sobre a quase inexistência de aulas</p><p>experimentais no ensino de Física e dos motivos que mantem esse cenário (BONADIMAN et</p><p>al, 2004; Rosa et al, 2005), iremos tratar aqui das inúmeras vantagens que a experimentação</p><p>fornece para a aprendizagem dos estudantes. Embora falemos aqui especificamente da Física,</p><p>muitas das vantagens também se aplicam a outras áreas como a Química e também à</p><p>Matemática.</p><p>Oliveira (2010) aponta 11 (onze) contribuições das atividades experimentais no</p><p>ensino de Ciências. Fazendo uma análise detalhada destas contribuições entendemos que elas</p><p>também se aplicam ao ensino de Física no ensino médio. São elas:</p><p>a) Motivar e despertar a atenção dos alunos</p><p>b) Desenvolver a capacidade de trabalhar em grupo</p><p>c) Desenvolver a iniciativa pessoal e a tomada de decisão</p><p>d) Estimular a criatividade</p><p>e) Aprimorar a capacidade de observação e registro de informações</p><p>f) Aprender a analisar dados e propor hipóteses para os fenômenos</p><p>g) Aprender conceitos científicos</p><p>h) Detectar e corrigir erros conceituais dos alunos</p><p>i) Compreender a natureza da ciência e o papel do cientista em uma investigação</p><p>j) Compreender as relações entre ciência, tecnologia e sociedade</p><p>k) Aprimorar habilidades manipulativas</p><p>17</p><p>Diante de tantas possibilidades as atividades experimentais se mostram uma</p><p>poderosa ferramenta no processo de ensino-aprendizagem, permitindo ao docente romper com</p><p>os paradigmas das aulas exclusivamente teóricas. Como resultado os alunos são diretamente</p><p>beneficiados tendo novas oportunidades de aprendizado, desenvolvendo pensamento cientifico,</p><p>desmistificando a Física, fazendo conexões com o mundo tecnológico, entre outros.</p><p>Araújo e Abid (2003), estudando as várias possibilidades e tendências da</p><p>experimentação no ensino de Física, mostram que as atividades experimentais podem ser</p><p>concebidas de diferentes maneiras, desde situações em que se busca somente a verificação de</p><p>leis e teorias até situações mais complexas que privilegiem condições para que os estudantes</p><p>possam refletir e rever suas ideias a respeitos dos conceitos e fenômenos abordados. Os três</p><p>tipos de abordagens segundo os autores são: atividades de demonstração, de verificação e de</p><p>investigação. Faremos uma análise de cada uma delas.</p><p>a) Atividades de demonstração</p><p>As atividades experimentais demonstrativas são aquelas nas quais o professor</p><p>executa o experimento enquanto os alunos apenas observam os fenômenos ocorridos. Essas</p><p>atividades são em geral utilizadas para ilustrar alguns aspectos dos conteúdos abordados em</p><p>sala de aula, tornando-os mais perceptíveis aos alunos e, dessa forma, contribuindo para seu</p><p>aprendizado. São frequentemente integradas às aulas expositivas, podendo ser realizadas antes</p><p>de se abordar um determinado assunto ou posteriormente, atuando para despertar o interesse do</p><p>aluno para o tema abordado e para auxiliar na compreensão dos fenômenos abordados.</p><p>(ARAÚJO; ABIB, 2003).</p><p>Essa modalidade de experimentos é recomendada quando inexiste laboratório na</p><p>Escola ou quando, havendo laboratórios, não há materiais suficientes para sua realização ou</p><p>mesmo quando o professor não dispõe de tempo suficiente para preparar e realizar os</p><p>experimentos em grupos na turma.</p><p>Neste tipo de atividade, cabe ao professor um papel de protagonismo. O professor</p><p>dever: preparar e montar o experimento, executá-lo, ressaltar o que está sendo observado, dar</p><p>as explicações físicas e também elaborar questões para que os alunos possam interagir com a</p><p>atividade. (ARAÚJO; ABIB, 2003; GASPAR; MONTEIRO, 2005).</p><p>Acreditamos que as aulas demonstrativas sejam importantes sobretudo levando-se</p><p>em consideração que, na maioria absoluta das escolas não há laboratórios e que na maioria das</p><p>cidades brasileiras, também não há museus ou centros de ciências.</p><p>18</p><p>b) Atividades de verificação</p><p>As atividades experimentais de verificação, são aquelas em que se objetiva a</p><p>confirmação de alguma teoria. Uma característica importante destes experimentos é que os</p><p>resultados são facilmente previsíveis e as explicações para os fenômenos, pelo menos em</p><p>princípio, são conhecidas pelos alunos.</p><p>É uma atividade rica, pois proporciona aos estudantes a oportunidade de – ele</p><p>próprio – manipular o experimento e interpretar parâmetros físicos, articulando-os com os</p><p>conceitos científicos já conhecidos (ARAÚJO; ABIB, 2003). Também há a possibilidade de</p><p>extrair dados e, a partir deles, encontrar alguma constante física ou grandeza importante no</p><p>fenômeno observado. Outra vantagem é que os estudantes passam a conhecer novos</p><p>equipamentos e técnicas de medição</p><p>Geralmente essa atividade é realizada após a aula teórica correspondente aos</p><p>assuntos que serão abordados na experimentação. Assim a sala de aula se estende ao laboratório,</p><p>criando inúmeras oportunidades tanto para o professor quanto para o estudante.</p><p>Geralmente, nesta modalidade o professor elabora roteiros prévios que deverão ser</p><p>seguidos durante as aulas. Os roteiros devem conter os objetivos do experimento, a lista de</p><p>materiais necessários para a execução, procedimentos experimentais, tabelas para colocação</p><p>dos dados experimentais e orientações para a análise dos dados.</p><p>c) Atividades de investigação</p><p>As atividades experimentais do tipo investigativo, buscam permitir que os alunos</p><p>ocupem uma posição mais ativa no processo de construção do conhecimento. Nessa</p><p>modalidade, entende-se o professor como mediador/incentivador do processo. Essas atividades</p><p>proporcionam uma participação ativa dos alunos em todas as etapas da investigação, tanto</p><p>interpretando o problema quanto apresentando uma solução para ele (SUART; MARCONDES,</p><p>2008).</p><p>O experimento investigativo auxilia no desenvolvimento de aspectos fundamentais</p><p>para a educação científica, possibilitando que o estudante desenvolva habilidades importantes</p><p>como observação, formulação de hipóteses, tomada de decisões, etc.</p><p>Por sua própria característica essa modalidade exige mais tempo do professor, tanto</p><p>para a preparação do experimento, quanto na decisão de como deverá ser conduzido.</p><p>19</p><p>Geralmente, nesta modalidade o professor não elabora roteiros prévios e o tempo necessário</p><p>para a realização e tratamento de dados é maior em comparação aos outros tipos de</p><p>experimentos.</p><p>É importante ressaltar que, nesta modalidade não há uma dependência direta dos</p><p>conteúdos abordados previamente nas aulas teóricas. Pelo contrário. Aqui novos conteúdos</p><p>podem ser abordados durante a experimentação. Neste caso, os alunos não conhecem a priori</p><p>os resultados e utilizam os dados experimentais para buscar as explicações almejadas.</p><p>Pelo que pudemos observar das descrições acima, nem sempre o professor tem</p><p>liberdade de escolha. Há muitos fatores externos que contribuem para que a experimentação</p><p>não seja acrescentada – de modo sistemático – à prática docente. No entanto, para o professor</p><p>que acredita no potencial das atividades experimentais e que consegue remover as mais diversas</p><p>barreiras que se apresentam, a experimentação se mostrará um importante recurso pedagógico.</p><p>20</p><p>3. EFEITOS TERMOELÉTRICOS: CONCEITOS E APLICAÇÕES</p><p>Neste capítulo faremos uma descrição dos principais efeitos termoelétricos,</p><p>contextualizando-os historicamente e enfatizando algumas de suas aplicações.</p><p>A conceituação dos efeitos termoelétricos aqui contidas serão ministradas em sala</p><p>de aula e deverão servir como suporte teórico às atividades experimentais que foram</p><p>programadas e que serão desenvolvidas em laboratório.</p><p>A profundidade apresentada aqui foi a mesma levada à sala de aula.</p><p>3.1. Termoeletricidade</p><p>Como o próprio nome indica a termoeletricidade envolve fenômenos elétricos e</p><p>térmicos. Os fenômenos que fazem uso da termoeletricidade são chamados de efeitos</p><p>termoelétricos. Numa definição direta temos que:</p><p>A termoeletricidade é a conversão direta de diferença de temperatura em</p><p>diferença de potencial e vice-versa.</p><p>Detalhando mais nossa definição, podemos dizer que a termoeletricidade se refere</p><p>à característica de que</p><p>i) Uma diferença de temperatura aplicada entre os extremos de materiais condutores ou</p><p>semicondutores é capaz de produzir eletricidade;</p><p>ii) Uma corrente elétrica que percorre materiais condutores ou semicondutores pode produzir</p><p>uma diferença de temperatura.</p><p>Embora o efeito possa ser observado experimentalmente com quaisquer materiais</p><p>condutores ou semicondutores, para que seja do porte das necessidades das escalas tecnológicas</p><p>e industriais os materiais condutores e semicondutores devem ter propriedades especiais.</p><p>Trataremos dessas propriedades no decorrer do capítulo.</p><p>O primeiro registro de observação do fenômeno da termoeletricidade deve-se ao</p><p>anatomista e médico italiano Luigi Galvani (1737-1798) que, ao final do século XVIII,</p><p>conduzia experimentos com corpos de sapos. (Rosa, 2012; Rocha, 2002)</p><p>Após uma série de experimentos, Galvani conclui que para obter as contrações</p><p>musculares das pernas dos sapos bastaria conectar os nervos expostos do sapo aos músculos da</p><p>21</p><p>perna com algum condutor metálico. Com base em suas descobertas, Galvani conclui que o</p><p>tecido dos animais possui alguma forma de eletricidade intrínseca e que a conexão do nervo ao</p><p>músculo por um material condutor causa as contrações justamente por possibilitar a condução</p><p>dessa eletricidade. Para se ter uma ideia da importância dos estudos de Galvani o nome dado</p><p>ao aparelho de medir corrente elétrica – galvanômetro – é cunhado em sua homenagem; também</p><p>recebem seu nome os processos de galvanização.</p><p>Apesar da importância dos estudos de Galvani, suas conclusões não estavam</p><p>absolutamente corretas. O físico italiano Alessandro Volta repetiu os experimentos de Galvani,</p><p>porém contrações eram observou que as muito maiores quando dois metais diferentes eram</p><p>utilizados no experimento (mesmo que fosse utilizado um só arco voltaico). Uma conclusão</p><p>dessa observação para Volta é a de que não existia a eletricidade animal (eletricidade intrínseca</p><p>de Galvani) e que as contrações eram provocadas simplesmente pela eletricidade produzida</p><p>pelos dois materiais distintos.</p><p>Houve um grande embate científico entre os dois renomados pesquisadores e que</p><p>culminou com a invenção da pilha elétrica por Volta e a comprovação de que não se tratava de</p><p>uma eletricidade animal, apenas eletricidade. Por outro, Volta não estava certo ao dizer que o</p><p>tecido animal não possuía eletricidade, o que é a base da neurofisiologia.</p><p>Os experimentos apontados acima foram desenvolvidos ao longo de décadas e</p><p>atraíram a atenção de pesquisadores de diversas áreas.</p><p>Podemos afirmar que como consequência dessa corrida cientifica, o estudo da</p><p>eletricidade proporcionada por dois metais distintos levou à descoberta dos chamados efeitos</p><p>termoelétricos: efeito Seebeck, efeito Peltier e efeito Thomson. Nas próximas seções</p><p>detalharemos cada um destes efeitos.</p><p>Antes de detalhar cada um dos efeitos termoelétricos, trataremos de fazer uma breve</p><p>introdução sobre semicondutores, pois estes desempenham um papel importante na</p><p>compreensão dos efeitos térmicos, sobretudo do efeito Seebeck.</p><p>22</p><p>3.1. SEMICONDUTOR</p><p>Os materiais mais eficientes para aplicações dos efeitos térmicos são os</p><p>semicondutores.</p><p>Nesta seção faremos uma introdução bastante sucinta sobre semicondutores,</p><p>enfatizando as diferenças entre os semicondutores intrínsecos e extrínsecos. Nossa abordagem</p><p>torna-se necessária para que o leitor entenda o funcionamento das células Peltier que serão</p><p>descritas na próxima seção.</p><p>Constituição Química</p><p>Os semicondutores são materiais que apresentam propriedades de condução elétrica</p><p>intermediaria entre aquelas inerentes aos isolantes e aos condutores.</p><p>Uma das características que os torna atrativo para a fabricação de componentes</p><p>eletrônicos é a possibilidade de variar sua condutividade elétrica pela alteração controlada de</p><p>sua composição química ou estrutura cristalina.</p><p>Vamos exemplificar o que é um semicondutor partindo de explicações do</p><p>semicondutor mais simples que existe: o silício.</p><p>O silício (Z=14) é constituído de átomos de um único elemento químico com quatro</p><p>elétrons na camada de valência (Figura 1). São os chamados átomos tetravalentes. Estes</p><p>materiais são sólidos cristalinos, ou seja, sólidos cujos átomos estão dispostos em uma estrutura</p><p>periódica tridimensional: a rede cristalina.</p><p>Figura 1: Órbita de valência. Fonte: Malvino, 1986.</p><p>Vejamos algumas características do silício:</p><p>23</p><p> As duas primeiras camadas eletrônicas são completamente preenchidas há 04 (quatro)</p><p>elétrons em sua órbita de valência;</p><p> Como na última camada caberia até 08 (oito) átomos – mas ela só foi preenchida com</p><p>quatro – faltariam ainda 04 (quatro) átomos nesta camada para que a órbita fosse</p><p>estável.</p><p> Para completar a camada de valência o átomo de silício interage com outros átomos para</p><p>formar um cristal de silício através de ligações covalentes. A combinação tem as</p><p>seguintes caraterísticas: um átomo de silício central circundado por outros quatro</p><p>átomos (Figura 2):</p><p>Figura 2: Um átomo de silício central circundado por outros quatro átomos. Fonte: Malvino, 1986.</p><p> Como consequência do cristal formado o átomo central passa a ter toda a camada de</p><p>valência preenchida, ou seja, os 08 (oito) elétrons;</p><p> Pode ocorrer de um elétron sair de sua órbita. Neste caso ele deixa em seu lugar uma</p><p>lacuna. Essa lacuna é extremamente importante para a própria existência dos</p><p>semicondutores. As lacunas se comportam como cargas positivas e também produzem</p><p>correntes (são os chamados portadores de carga positivos);</p><p> Diferentemente dos níveis de energia dos átomos, os níveis energias dos sólidos formam</p><p>bandas de energia (Figura 3).</p><p>Figura 3. Bandas de energia. Fonte: Malvino, 1986.</p><p>24</p><p>Um semicondutor puro é chamado de semicondutor intrínseco. As correntes</p><p>geradas por eles são relativamente baixas em temperatura ambiente.</p><p>Introduzindo átomos diferentes (impurezas) no cristal – processo conhecido como</p><p>dopagem – aumenta-se ou o número de elétrons livre, ou o de lacunas. O semicondutor passa a</p><p>ser um semicondutor extrínseco.</p><p>Além de modificar a quantidade de elétrons livres e buracos, o processo de dopagem</p><p>também altera suas propriedades elétricas. O grau de condutividade e o mecanismo de condução</p><p>do semicondutor dopado irá depender dos tipos de átomos de impureza introduzidos no cristal.</p><p>Vejamos.</p><p>Semicondutor tipo n</p><p>Um semicondutor será do tipo n (“n” de negativo) quando for dopado com átomos</p><p>que contêm mais elétrons na camada de valência do que o átomo puro.</p><p>Vejamos:</p><p>Acrescentando-se um átomo pentavalente (que possui 05 elétrons na órbita de</p><p>valência) como impureza, esse átomo passará a formar um cristal em que ele próprio será o</p><p>átomo central (átomo que tem pelo menos dois outros ligados a ele). Apenas quatro de seus</p><p>cinco átomos poderão participar das ligações covalentes com os átomos do silício vizinhos.</p><p>Desse modo sobrará um elétron (lembremos que a órbita de valência não pode conter mais que</p><p>08 elétrons). O elétron que sobra</p><p>se moverá para a banda de condução com alguma energia,</p><p>ficando livre para vagar pela rede cristalina (Figura 4).</p><p>Figura 4. Dopagem com impureza doadora. Fonte: Malvino, 1986.</p><p>25</p><p>O nome “tipo n” deve-se ao fato que neste caso, a corrente elétrica é conduzida</p><p>predominantemente por cargas negativas (os elétrons). O átomo pentavalente geralmente é</p><p>chamado de átomo doador pois ele doa elétrons para a banda de condução. Exemplo de</p><p>impurezas pentavalentes: fósforo, antimônio, arsênio.</p><p>Semicondutor tipo p</p><p>Um semicondutor será do tipo p (“p” de positivo”) quando for dopado com átomos</p><p>que contêm menos elétrons na camada de valência do que o átomo puro.</p><p>Acrescentando-se como impureza um átomo trivalente (que possui 03 elétrons na</p><p>órbita de valência) esse átomo passará a formar um cristal em que ele próprio será o átomo</p><p>central (é um átomo que tem pelo menos dois outros ligados a ele). Para completar as ligações</p><p>com o silício são necessários 04 (quatro) elétrons; no entanto, essa impureza tem apenas três</p><p>átomos, ou seja, o número de elétrons é insuficiente para completar todas as ligações covalentes</p><p>com o silício. Desse modo aparecerá uma lacuna (uma ausência) de elétrons em cada átomo</p><p>trivalente (Figura 5).</p><p>Figura 5. Dopagem com impureza aceitadora. Fonte: Malvino, 1986.</p><p>Diferentemente da ligação tipo-n não há migração de elétrons para a banda de</p><p>condução e a banda de valência fica com um número bem maior de buracos. Nestes materiais</p><p>a corrente elétrica é conduzida predominantemente por lacunas (ou buracos) que se comportam</p><p>como portadores de carga positiva durante o processo de condução elétrica.</p><p>O nome “tipo p” deve-se ao fato que neste caso, a corrente elétrica é conduzida</p><p>predominantemente pelos buracos (portadores positivos). O átomo trivalente geralmente é</p><p>26</p><p>chamado de átomo aceitador pois cada lacuna que ele fornece pode aceitar um elétron durante</p><p>a recombinação. Exemplos de impurezas trivalentes o boro, o alumínio e o gálio.</p><p>3.3. EFEITO SEEBECK</p><p>No efeito Seebeck observa-se a produção de uma diferença de potencial (tensão</p><p>elétrica) entre duas junções de diferentes materiais condutores ou semicondutores quando são</p><p>submetidas a diferentes temperaturas. (ARANTES, 2013).</p><p>Os elétrons da região com a temperatura mais elevada (região quente) deslocam-se</p><p>para a região com menor temperatura (região fria), onde o nível de energia cinética é menor</p><p>(GONÇALVES, 2008).</p><p>Foi descoberto pelo físico Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831), no ano de</p><p>1821, em um de seus experimentos utilizando duas ligas metálicas distintas (bismuto/cobre e</p><p>bismuto/antimônio). Seebeck verificou que quando esses materiais condutores ficam sujeitos à</p><p>passagem de uma corrente elétrica, podem produzir uma diferença de temperatura.</p><p>A Figura 6 mostra um esquema do experimento de Seebeck:</p><p>Figura 6. Representação do efeito Seebeck.</p><p>Fonte: O autor. Adaptado de Almeida, 2013.</p><p>Há uma relação entre a diferença de temperatura das duas junções e a diferença de</p><p>potencial estabelecida na extremidade dos fios. Essa relação é dada pela equação:</p><p>∆𝐔 = 𝛂 . 𝚫𝐓 (1)</p><p>Onde U é a diferença de potencial (em volts), ∆𝑇 é a diferença de temperatura</p><p>entre o lado quente e o lado frio. O coeficiente de Seebeck, 𝛼, é medido em Volts/Kelvin.</p><p>27</p><p>Assim, o coeficiente informa a diferença de potencial estabelecida por grau de variação da</p><p>temperatura.</p><p>O coeficiente Seebeck depende do material que compõe as junções e também da</p><p>temperatura a que as junções são submetidas. Para baixas temperaturas a equação (1) expressa</p><p>uma relação linear (FERNANDES, 2012).</p><p>A Tabela 1, mostra alguns valores dos coeficientes Seebeck e seus respectivos</p><p>materiais.</p><p>Tabela 1. Coeficientes de Seebeck para algumas ligas metálicas e semicondutores. Fonte: O autor</p><p>Elemento/Composto</p><p>Coeficiente Seebeck</p><p>α ( 10-6 V/K )</p><p>Cr 22</p><p>Ni - 20</p><p>Cu - Ni - 35</p><p>Se 900</p><p>Te 500</p><p>Si 440</p><p>Ge 300</p><p>Analisando os valores da tabela, acima fica evidenciado que os semicondutores são</p><p>os materiais mais eficientes para o efeito Seebeck. Outra característica importante vista na</p><p>tabela é que os coeficientes de Seebeck podem ser positivos ou negativos. Mais à frente</p><p>explicaremos estes sinais.</p><p>Mas, na maior parte das vezes, como se dá a criação da corrente elétrica no circuito?</p><p>Lembremos que para o caso é justamente a corrente elétrica estabelecida que é a responsável</p><p>pela diferença de potencial. Para responder a esta pergunta vejamos a Figura 7.</p><p>Figura 7. Deslocamento de elétrons e diferença de potencial entre as junções fria e quente. Fonte: O autor.</p><p>Adaptado de Fernandes, 2012.</p><p>Semicondutores</p><p>28</p><p>Já vimos que para que o efeito ocorra deve haver diferença de temperatura nas duas</p><p>junções dos condutores (ou semicondutores) distintos. Quanto maior a diferença de</p><p>temperatura, maior será o efeito. Assim, podemos dizer que uma das junções fica fria e a outra</p><p>quente. Como nos metais os elétrons já são livres, eles se deslocam dentro do material (afinal o</p><p>material é um condutor elétrico) para a região mais fria na outra extremidade, onde a energia é</p><p>menor. Com essa migração dos elétrons a região aquecida ficará com menos elétrons enquanto</p><p>a região fria passará a ter mais elétrons (figura 7).</p><p>A migração de elétrons no condutor continua até que haja um equilibro entre as</p><p>forças criadas pela diferença de temperatura e a repulsão eletrostática que surgirá entre os</p><p>elétrons da corrente e os elétrons já acumulados na região fria. Em outras palavras, a migração</p><p>continua até que a diferença de potencial (ou o campo elétrico) seja tal que impeça os elétrons</p><p>de se deslocarem – o que cessa a corrente.</p><p>O coeficiente Seebeck pode ser positivo ou negativo. Por convenção quando o</p><p>processo se dá da forma descrita acima o coeficiente Seebeck é negativo. Em alguns materiais</p><p>a corrente se estabelece em sentido contrário, ou seja, da região fria para a região quente</p><p>situações essas que caracterizam o coeficiente Seebeck positivo.</p><p>O efeito Seebeck tem importantes aplicações práticas nas mais diversas áreas</p><p>industriais e tecnológicas, como na construção de termopares, de termômetros e geradores</p><p>termoelétricos, etc.</p><p>Na seção 3.3.1 teremos oportunidade de estudar em detalhes o termopar, que é um</p><p>sensor de temperatura amplamente utilizado nos variados processos de medição de temperatura.</p><p>3.3.1. Aplicação do Efeito Seebeck – o termopar</p><p>Na seção 3.3, foi apresentado um breve comentário sobre termopares, informando</p><p>que o estudo realizado pelo físico Seebeck possibilitou a criação do importante dispositivo, o</p><p>termopar: um sensor de temperatura amplamente utilizado nos variados processos de medição</p><p>de temperatura.</p><p>Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de naturezas distintas, na</p><p>forma de metais puros ou de ligas homogêneas.</p><p>Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta</p><p>de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m.,</p><p>fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente elétrica. O ponto onde os fios que formam</p><p>29</p><p>o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência</p><p>(SOUSA, 2015).</p><p>Uma representação de um termopar é mostrada na Figura 8.</p><p>Figura 8. Representação esquemática de um termopar. Fonte: Kakimoto,2013</p><p>Por ter a capacidade de medir temperaturas baixas (negativas) e temperaturas altas</p><p>seu uso é principalmente nas indústrias. O termopar é aplicado nas Indústrias de Refrigeração,</p><p>Pesquisas Agronômicas e Ambientais, Petroquímica, Siderúrgica, Fundição, Metalúrgica,</p><p>Usina de Cimento, Cerâmica, Vidro e Pesquisa Científica.</p><p>Princípios de Funcionamento de um Termopar</p><p>Em um termopar, a tensão elétrica aumenta proporcionamente á medida que houver</p><p>um aumento de temperatura. Essa tensão é na ordem de mV. Em decorrência de seu</p><p>funcionamento em baixa tensão tem uma ótima precisão.</p><p>Tanto a junção de medição (ou junta quente) quanto à junção de referência (ou junta</p><p>fria) estão em ambientes isotérmicos (de temperatura constante), cada uma numa temperatura</p><p>diferente (MENDES et al, 2012).</p><p>A Figura 9 ilustra um circuito de um termopar.</p><p>Figura 9. Circuito de um termopar. Fonte: Mendes et al, 2012</p><p>30</p><p>A tensão medida nas extremidades de um termopar é obtido através da equação:</p><p>𝑽 = (𝜶𝑨 − 𝜶𝑩)(𝑻𝒉 − 𝑻𝒄)</p><p>Onde αA e αB são os coeficientes Seebeck dos metais e dependem da constituição</p><p>dos materiais. (CARVALHO, 2012).</p><p>Tipos de Termopares</p><p>São usadas diversas ligas metálicas formando vários tipos de termopares. A figura</p><p>10 mostra os diferentes tipos de termopares, o intervalo de medição de temperatura e principais</p><p>utilizações.</p><p>A Figura 10 ilustra a curva característica para os termopares, ou seja, um gráfico da</p><p>f.e.m. gerada em função da diferença de temperatura aplicada.</p><p>Figura 10. Curva característica de termopares.</p><p>Fonte: https://goo.gl/images/8oOWdw</p><p>Na Tabela 2 são listados os diferentes tipos de termopares com as respectivos</p><p>tipos de materiais com que são construídos, as faixas de temperatura em que trabalham e suas</p><p>principais características de operação.</p><p>31</p><p>Tabela 2. Caracterização dos termopares. Fonte: https://goo.gl/images/2cWYo2</p><p>Tipo Composição Faixa Características</p><p>T</p><p>Cobre/Cobre – Níquel</p><p>( + ) / ( - )</p><p>200 °C a 370 °C</p><p>Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutoras,</p><p>inertes e no vácuo. Adequados para medições abaixo</p><p>de zero grau. Apresenta boa precisão na sua faixa de</p><p>utilização.</p><p>J</p><p>Ferro/Cobre – Níquel</p><p>( + ) / ( - )</p><p>-40 °C a 760 °C</p><p>Utilizados em atmosferas oxidantes, redutoras, inertes</p><p>e no vácuo. Não devem ser usados em atmosferas</p><p>sulfurosas e não se recomenda o uso em temperatura</p><p>abaixo de zero grau. Apresenta baixo custo.</p><p>E</p><p>Níquel-Cromo/ Cromo- Níquel</p><p>( + ) / ( - )</p><p>-200 °C a 870 °C</p><p>Próprio para atmosfera oxidante e inertes. Em</p><p>ambientes redutores ou no vácuo perde suas</p><p>características termoelétricas. Adequado para o uso em</p><p>temperatura abaixo de zero.</p><p>K</p><p>Níquel-Cromo/ Níquel-Alumínio</p><p>( + ) / ( - )</p><p>-200 °C a 1260 °C</p><p>Recomendáveis em atmosfera oxidante ou inertes.</p><p>Ocasionalmente pode ser usado abaixo do zero grau.</p><p>Não deve ser utilizado em atmosfera redutoras e</p><p>sulforosas. Seu uso no vácuo é por curto período de</p><p>tempo.</p><p>S</p><p>R</p><p>Platina-10% Ródio/Platina</p><p>( + ) / ( - )</p><p>Platina-13% Ródio/Platina</p><p>0 °C a 1600 °C</p><p>0 °C a 1600 °C</p><p>Recomendáveis em atmosfera oxidante ou inertes. Não</p><p>dever ser usado abaixo do zero grau, no vácuo em</p><p>atmosferas redutoras ou com vapores metálicos.</p><p>Apresenta boa precisão em temperaturas elevadas.</p><p>B</p><p>Platina-30% Ródio/</p><p>Platina-6% Ródio/</p><p>( + ) / ( - )</p><p>600 °C a 1700 °C</p><p>Recomendáveis em atmosfera oxidante ou inertes. Não</p><p>dever ser usado abaixo do zero grau, no vácuo em</p><p>atmosferas redutoras ou com vapores metálicos. É</p><p>mais adequado a temperaturas mais elevadas que os</p><p>tipos S/R.</p><p>N</p><p>Níquel-Cromo-Silício</p><p>(+)</p><p>Níquel- Silício</p><p>(-)</p><p>-200 °C a 1260 °C</p><p>Excelente resistência a oxidação até 1200 °C, curva</p><p>FEMxTemp, similar ao tipo K, porém possui menor</p><p>potência termoelétrica, apresenta maior estabilidade e</p><p>menor drift tempo</p><p>Associação de Termopares</p><p>É possível montar alguns circuitos termoelétricos com finalidades práticas.</p><p>Trataremos especificamente da associação em série dos termopares.</p><p>O resultado de uma associação em série de termopares é que o valor da f.e.m.</p><p>termoelétrica entre os extremos do circuito, é a soma das forças eletromotrizes geradas em cada</p><p>um dos termopares. Uma utilização usual é nas termopilhas, que nada mais são que vários</p><p>termopares associados em série. A Figura 11 mostra dois termopares associados em série.</p><p>32</p><p>Figura 11. Associação em série de dois termopares. Fonte: https://goo.gl/images/4Y7Qs4</p><p>3.4. EFEITO PELTIER</p><p>Fenômeno descoberto pelo físico francês Jean Charles Athanase Peltier (1785 –</p><p>1845), em 1834, o efeito Peltier é o inverso do efeito Seebeck, ou seja, é o fenômeno de</p><p>aquecimento ou resfriamento observado na junção de dois metais à mesma temperatura quando</p><p>eles são percorridos por uma corrente elétrica.</p><p>Peltier fez duas observações importantes:</p><p>i) A junção de dois metais, (ele trabalhou com bismuto e cobre) se tornava mais</p><p>quente quando era estabelecida no circuito uma corrente elétrica no sentido do</p><p>bismuto para o cobre.</p><p>ii) Que a junção esfriava na situação contrária, ou seja, quando a corrente percorria o</p><p>sentido do cobre para o bismuto.</p><p>Justamente as observações acima é que constitui o chamado efeito Peltier. O efeito</p><p>final depende do sentido da corrente que percorrerá o circuito, fazendo com que uma das partes</p><p>absorva ou libere calor para a outra.</p><p>A Figura 12 mostra uma representação esquemática do experimento de Peltier:</p><p>Figura 12. Representação esquemática do Efeito Peltier. Fonte: Moura, 2010.</p><p>https://goo.gl/images/4Y7Qs4</p><p>33</p><p>É possível determinar o calor Peltier produzido pelas junções por meio da equação:</p><p>𝐐 = ( 𝛑𝐀 − 𝛑𝐁 ) ∗ 𝐈</p><p>onde:</p><p>Q é a taxa de transferência de calor de Peltier absorvida pela junção fria por unidade de tempo;</p><p>𝛑𝐀 é o coeficiente de Peltier do material A</p><p>𝛑𝐁 é o coeficiente de Peltier do material B</p><p>I = corrente aplicada ao circuito, em Ampères (A). (SOUZA, 2011)</p><p>Assim, como o efeito Seebeck, o efeito Peltier é de extrema importância</p><p>tecnológica. Um dos principais dispositivos que fazem uso diretamente dele é a célula Peltier.</p><p>As células Peltier são dispositivos utilizados para produzir refrigeração ou</p><p>aquecimento. No que segue descreveremos em detalhes as células Peltier.</p><p>3.4.1. Aplicação do Efeito Peltier – células peltier</p><p>A célula Peltier é um dispositivo termoelétrico que tem a capacidade de aquecer e</p><p>esfriar objetos em pouco tempo com a simples alimentação em seus terminais. É formada por</p><p>semicondutores unidos aos pares funcionando como condutores diferentes.</p><p>Célula Peltier</p><p>Pastilhas termoelétricas (ou pastilhas/células/módulos) Peltier são dispositivos</p><p>termoelétricos que operam a partir do efeito Peltier.</p><p>As pastilhas são construídas com uma associação em série de materiais</p><p>semicondutores do tipo-p e do tipo-n, isoladas por placas de cerâmica.</p><p>Como consequência do efeito Peltier, quando percorridas por uma corrente</p><p>contínua, uma das placas se resfriará e a outra aquecerá de acordo com o sentido de corrente</p><p>que percorre o dispositivo.</p><p>O lado que esquenta deve ser controlado através de dissipadores de calor e</p><p>ventiladores para não superaquecer a pastilha (FERREIRA, 2014).</p><p>34</p><p>As pastilhas Peltier são fornecidas comercialmente em várias formas e tamanhos</p><p>fornecendo até 250 W.</p><p>A Figura 13 mostra dois diferentes esquemas de um módulo Peltier.</p><p>Figura 13. Esquema 1 de representação de um módulo Peltier. Fonte: Moraes, 2014.</p><p>Entre as vantagens do uso dos módulos Peltier, podemos destacar: leveza, precisão</p><p>no controle de temperatura, baixo ruído, ausência de vibração e de gás e menor manutenção e</p><p>requer menos manutenção. (FERNANDES et al, 2010).</p><p>Vale ressaltar que cada pastilha tem seu próprio limite da quantidade de calor que</p><p>ela pode transferir.</p><p>As duas maiores aplicabilidades</p><p>do efeito Peltier são nos dispositivos de</p><p>refrigeração e na produção de energia elétrica. Veja a Figura 14 que ilustra a representação de</p><p>um módulo Peltier.</p><p>Figura 14. Esquema 2 de representação de um módulo Peltier.</p><p>Fonte: Moura, 2010</p><p>35</p><p>Aplicações das células Peltier</p><p>Comentamos anteriormente que os dispositivos Peltier que são pequenos,</p><p>confiáveis, não tem partes móveis, não precisam utilizar gás fréon e podem ser usados em</p><p>aplicações de pequena capacidade de refrigeração e pouco espaço, como pequenas geladeiras</p><p>para automóveis, equipamentos de laboratório, refrigeração de processadores para aumentar o</p><p>desempenho.</p><p>Algumas aplicações são:</p><p> Na substituição das baterias convencionais;</p><p> Relógio de pulso termoelétrico;</p><p> Permite a refrigeração pontual (localizada).</p><p> Incubadoras.</p><p> Caixa de transporte de órgão.</p><p> Câmaras para armazenamento de vacinas.</p><p> Chips microprocessadores.</p><p> Adegas.</p><p>Por suas aplicações vemos que tem fundamental importância nos mais diversos</p><p>campos do conhecimento, tais como: Engenharia, Medicina, Física, Mecânica.</p><p>3.5. Efeito Thomson</p><p>Os dois efeitos vistos anteriormente tinham em comum o fato de que era necessário</p><p>a presença de dois condutores distintos. Vejamos:</p><p>i) No efeito Seebeck as junções de materiais diferentes deveriam ser submetidas a</p><p>temperaturas diferentes para que surgisse uma ddp nas extremidades livres dos dois</p><p>condutores.</p><p>ii) No efeito Peltier uma corrente elétrica deveria percorrer dois condutores distintos</p><p>para que ambos ficassem em temperaturas diferentes (um quente e um frio).</p><p>Em seus experimentos, o físico, matemático e engenheiro britânico William</p><p>Thomson Kelvin (1824-1907) em 1854 fez associações entre os dois efeitos citados acima, e</p><p>conseguiu demonstrar um terceiro efeito, o chamado efeito Thomson.</p><p>36</p><p>O Efeito Thomson consiste na absorção ou liberação de calor de um condutor</p><p>elétrico quando em função de uma corrente elétrica este fica sujeito a um gradiente de</p><p>temperatura.</p><p>Se no condutor a corrente circular no sentido da região fria para a região quente,</p><p>tem-se início a absorção de calor através deste. Caso contrário, terá início a liberação de calor</p><p>através deste.</p><p>A Figura 15 apresenta uma representação esquemática do efeito Thomson:</p><p>Figura 15. Representação esquemática do efeito Thomson. Fonte: Izidoro, 2015.</p><p>Qualquer condutor submetido a uma corrente elétrica (com exceção de</p><p>supercondutores), com uma diferença de temperatura em suas extremidades, pode emitir ou</p><p>absorver calor, dependendo da diferença de temperatura e da intensidade e direção da corrente</p><p>elétrica.</p><p>Algumas conclusões importantes obtidas por Thomson são:</p><p> A quantidade de calor Thomson produzida por unidade de tempo em uma pequena região de</p><p>um fio metálico, que transporta uma corrente “i” e suporta uma diferença de temperatura dT,</p><p>é igual a.i.dT, sendo o chamado coeficiente Thomson.</p><p> O calor Thomson é reversível.</p><p> O coeficiente Thomson depende do metal de que é feito o fio e da temperatura média da</p><p>pequena região considerada.</p><p> Convencionou-se considerar positivo quando uma corrente de sentido oposto ao do gradiente</p><p>de temperatura (de baixa para alta temperatura) produz uma absorção de calor pelo condutor</p><p>(BATISTA, 2007).</p><p>Resumindo podemos dizer que o coeficiente de Thomson relaciona calor com</p><p>corrente elétrica e a diferença de temperatura, e prova que os efeitos Seebeck e Peltier estão</p><p>inter-relacionados associando corrente elétrica, calor e gradientes de temperatura, provando que</p><p>os efeitos Seebeck e Peltier tem relação direta. (IZIDORO, 2015).</p><p>37</p><p>4. METODOLOGIA</p><p>Neste capítulo faremos uma descrição da metodologia que utilizamos em</p><p>nosso trabalho e como se deu a aplicação de nosso trabalho em sala de aula.</p><p>Como este é um trabalho de dissertação de mestrado profissional, temos que</p><p>nos referir a dois momentos distintos: a fase de preparação do material didático e sua</p><p>implementação em sala de aula.</p><p>Como meios de alcançar nossos objetivos, foi necessário executarmos as</p><p>seguintes tarefas antes de levarmos os recursos à sala de aula:</p><p> Ampla pesquisa bibliográfica, sobretudo porque o conteúdo não é abordado no livro-</p><p>texto da disciplina ou outros livros similares.</p><p> Adaptação de textos (transposição didática), já que o conteúdo por nós abordado</p><p>geralmente é tratado em bibliografia de níveis superiores de ensino.</p><p>Optamos por atividades experimentais na modalidade de verificação (descrita</p><p>no capítulo precedente). Assim, nossas aulas sobre o conteúdo de Efeitos Termoelétricos</p><p>foram idealizadas para serem ministradas em conjunto: as aulas teóricas precediam as</p><p>aulas experimentais correspondentes.</p><p>Antes de continuar é necessário evidenciar uma característica peculiar da</p><p>turma. Por nossa experiência docente, sabíamos que a totalidade de nossos alunos nunca</p><p>havia realizado experiências em laboratório de Física. Essa realidade originou duas ações:</p><p>a elaboração de roteiros muito detalhados1 e a programação de um tempo longo para as</p><p>aulas, de modo que nossos alunos pudessem ir se acostumando com as técnicas de</p><p>laboratório sem a pressão de tempo.</p><p>Outro fator importante a ser levado em consideração é a baixa carga horária</p><p>da disciplina: apenas 02 horas-aulas por semana. Assim, tínhamos a preocupação de que</p><p>o tempo dedicado à exploração do novo conteúdo não causasse prejuízo às atividades</p><p>curriculares obrigatórias. Assim, todo o nosso trabalho foi realizado em horários</p><p>extraclasse.</p><p>1 Utilizamos roteiros detalhados também pelo fato dos experimentos envolverem o manuseio de fogo,</p><p>materiais líquidos e sólidos com temperaturas bastante elevadas e risco de choques.</p><p>38</p><p>Elaboramos um total de 33 aulas, distribuídas em 09 (nove) encontros: 03</p><p>(três) para as aulas teóricas, 05 (cinco) para as aulas experimentais e 01 (um) para o que</p><p>chamamos de momento avaliativo.</p><p>As aulas experimentais foram ministradas de acordo com o proposto em</p><p>nosso produto educacional: Roteiros experimentais sobre efeitos termoelétricos. O</p><p>produto educacional encontra-se no Apêndice A.</p><p>A verificação de aprendizagem dos alunos e a avaliação – por eles – do</p><p>projeto foram feitas através de um amplo questionário online que tratava tanto dos</p><p>conteúdos quanto da percepção que os estudantes tiveram ao participarem das aulas</p><p>experimentais. Também fizemos uma auto avaliação de nosso trabalho.</p><p>Para propiciar ao leitor um acompanhamento crítico de nossa narrativa</p><p>apresentaremos primeiramente nossos planos de aulas para, em seguida, fazer a descrição</p><p>da aplicação nas diferentes aulas.</p><p>4.1. Planos de aula</p><p>Para cumprir nossos objetivos idealizamos um total de um total de 33 h/a,</p><p>distribuídas em 09 encontros, sendo que 03 destinados a aulas teóricas, 05 a aulas</p><p>experimentais e 01 à avaliação de aprendizagem e do projeto.</p><p>Para as aulas – tanto as teóricas quanto as experimentais – elaboramos</p><p>material bibliográfico próprio, tendo em vista que os conteúdos abordados não são</p><p>tratados no livro-texto da disciplina ou em livros similares. As aulas experimentais</p><p>seguiram os procedimentos descritos em nosso produto educacional conforme indicado</p><p>acima.</p><p>Relembramos que, diante de uma série de particularidades optamos por</p><p>realizar nosso trabalho em horários extra sala de aula e em aulas longas. Essa</p><p>particularidade se deve ao fato de que a maioria absoluta de nossos alunos nunca tiveram</p><p>contato com aulas de laboratório. Assim, precisaríamos dispor de tempo para que se</p><p>ambientassem ao laboratório. Outro fator importante foi a própria natureza dos</p><p>experimentos: trabalharíamos com água quente e eletricidade, situação que exigiu que os</p><p>cuidados fossem redobrados para evitar qualquer risco de acidentes. Por fim, citamos o</p><p>baixo</p><p>número de horas da disciplina (apenas 02 h/s) que impede que novas propostas de</p><p>39</p><p>conteúdos sejam aplicadas no horário regular da aula, pois esse fato impediria que os</p><p>conteúdos programáticos obrigatórios fossem cumpridos.</p><p>Optamos por uma abordagem em que primeiro apresentávamos um assunto</p><p>conceitualmente em sala de aula para só depois tratá-lo experimentalmente.</p><p>A Tabela 3 mostra um cronograma das atividades a serem desenvolvidas.</p><p>Tabela 3- Cronograma de organização das aulas</p><p>ENCONTRO</p><p>ATIVIDADES</p><p>DESENVOLVIDAS</p><p>CARGA HORÁRIA</p><p>(hora/aula)</p><p>1º</p><p>Apresentação do projeto Introdução</p><p>aos Efeitos Termoelétricos. Efeito</p><p>Seebeck</p><p>3</p><p>2º</p><p>Atividade experimental –</p><p>Apresentação do Efeito Seebeck</p><p>4</p><p>3º</p><p>Aula expositiva – Termopares.</p><p>3</p><p>4º</p><p>Atividades experimental -</p><p>Construção de um termopar</p><p>4</p><p>5º</p><p>Atividade experimental –</p><p>Associação em série de termopares</p><p>4</p><p>6º</p><p>Aula expositiva sobre os efeitos:</p><p>Peltier e Thomsom. Célula Peltier e</p><p>suas aplicações</p><p>4</p><p>7º</p><p>Atividade experimental –</p><p>Funcionamento básico de uma célula</p><p>Peltier</p><p>4</p><p>8º</p><p>Atividade experimental –</p><p>Construção de uma mini geladeira</p><p>utilizando a pastilha Peltier</p><p>4</p><p>9º</p><p>Avaliação do projeto</p><p>3</p><p>A seguir seguem cada um dos planos de aula.</p><p>40</p><p>1º ENCONTRO</p><p>Apresentação do projeto Introdução aos Efeitos Termoelétricos. Efeito Seebeck</p><p>Tempo previsto</p><p>Três horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Apresentação do projeto para a turma</p><p> Conceituar Efeitos Termoelétricos.</p><p> Conceituar Efeito Seebeck</p><p>Conteúdo programático</p><p>Revisão de conteúdos correlatos ao tema estudado.</p><p>Introdução aos efeitos termoelétricos</p><p>Efeito Seebeck</p><p>Pré-requisitos</p><p>Temperatura, calor, carga, corrente elétrica, condução térmica, condução</p><p>elétrica e potencial elétrico.</p><p>Metodologia</p><p>O conteúdo teórico será ministrado com o uso de slides, de forma</p><p>expositiva/dialogada e incentivando a participação ativa dos alunos em sala de</p><p>aula.</p><p>Recursos Didáticos</p><p> Textos didáticos</p><p> Slides</p><p> Quadro branco</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas</p><p>discussões propostas ao longo da aula.</p><p>41</p><p>2º ENCONTRO</p><p>Atividade experimental – Apresentação do Efeito Seebeck</p><p>Tempo previsto</p><p> Quatro horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Observar o efeito Seebeck com junções construídas com fios de diferentes</p><p>ligas metálicas.</p><p> Comparar a eficiência das diferentes ligas na quantificação do efeito Seebeck.</p><p> Quando for o caso, calcular o coeficiente Sebeck.</p><p>Conteúdo programático</p><p> Efeito Seebeck.</p><p>Pré-requisitos</p><p> Efeito Seebeck, condução térmica, condução elétrica, temperatura e potencial</p><p>elétrico.</p><p>Metodologia</p><p>Os experimentos serão realizados – sob supervisão - seguindo os roteiros</p><p>experimentais.</p><p>Os participantes serão divididos em grupos levando-se em conta o número</p><p>de kits disponíveis. Serão realizadas uma sequência de 04 (quatro) experimentos</p><p>relacionados entre si.</p><p>Procedimento experimental</p><p>É necessário preparar previamente as mesas para que os experimentos</p><p>possam ser executados. A quantidade de material e o número de kits devem ser</p><p>determinados em função do tamanho da turma e do número de grupos a serem</p><p>formados.</p><p>Os materiais necessários são listados no roteiro correspondente ao</p><p>experimento.</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas discussões</p><p>lançadas ao longo da aula e a participação na execução e na análise de dados dos</p><p>experimentos.</p><p>42</p><p>3º ENCONTRO</p><p>Aula expositiva – Termopares</p><p>Tempo previsto</p><p> Três horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Revisão dos principais tópicos sobre o efeito Seebeck</p><p> Termopares: conceituação, caracterização e aplicações.</p><p>Conteúdo programático</p><p> Termopares</p><p>Pré-requisitos</p><p> Condução térmica, efeito Seebeck, corrente elétrica, condução elétrica,</p><p>temperatura e potencial elétrico.</p><p>Metodologia</p><p>O conteúdo teórico será ministrado com o uso de slides, de forma</p><p>expositiva/dialogada e incentivando a participação ativa dos alunos em sala de</p><p>aula.</p><p>Recursos Didáticos</p><p> Textos didáticos</p><p> Slides</p><p> Quadro branco</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas</p><p>discussões propostas ao longo da aula.</p><p>43</p><p>4º ENCONTRO</p><p>Atividades experimental - Construção de um termopar</p><p>Tempo previsto</p><p> Quatro horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Construção de um termopar;</p><p> Observar o efeito Seebeck com junções construídas com fios de diferentes</p><p>ligas metálicas;</p><p> Comparar a eficiência das diferentes ligas na quantificação do efeito</p><p>Seebeck;</p><p>Conteúdo programático</p><p> Efeito Seebeck e Termopares</p><p>Pré-requisitos</p><p> Termopares, condução térmica, condução elétrica, temperatura e potencial</p><p>elétrico e corrente elétrica.</p><p>Metodologia</p><p>Os experimentos serão realizados – sob supervisão - seguindo os roteiros</p><p>experimentais.</p><p>Os participantes serão divididos em grupos levando-se em conta o número</p><p>de kits disponíveis. Serão realizadas uma sequência de 04 (quatro) experimentos</p><p>relacionados entre si.</p><p>Procedimento experimental</p><p>É necessário preparar previamente as mesas para que os experimentos</p><p>possam ser executados. A quantidade de material e o número de kits devem ser</p><p>determinados em função do tamanho da turma e do número de grupos a serem</p><p>formados.</p><p>Os materiais necessários são listados no roteiro correspondente ao</p><p>experimento.</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas discussões</p><p>lançadas ao longo da aula e a participação na execução e na análise de dados dos</p><p>experimentos.</p><p>44</p><p>5º ENCONTRO</p><p>Atividade experimental – Associação em série de termopares</p><p>Tempo previsto</p><p> Quatro horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Construir uma associação em série de termopares.</p><p> Comparar os resultados da tensão (mV) de um único termopar com o da</p><p>associação em série.</p><p>Conteúdo programático</p><p> Efeito Seebeck, Termopares e Associação em série de termopares.</p><p>Pré-requisitos</p><p> Efeito Seebeck, termopares, associação em série, condução térmica,</p><p>temperatura, corrente elétrica, condução elétrica, temperatura e potencial</p><p>elétrico.</p><p>Metodologia</p><p>Os experimentos serão realizados – sob supervisão - seguindo os roteiros</p><p>experimentais.</p><p>Os participantes serão divididos em grupos levando-se em conta o número</p><p>de kits disponíveis.</p><p>Procedimento experimental</p><p>É necessário preparar previamente as mesas para que os experimentos</p><p>possam ser executados. A quantidade de material e o número de kits devem ser</p><p>determinados em função do tamanho da turma e do número de grupos a serem</p><p>formados.</p><p>Os materiais necessários são listados no roteiro correspondente ao</p><p>experimento.</p><p>Avaliação da aula</p><p>Serão avaliados o comportamento e envolvimento dos alunos nas discussões</p><p>lançadas ao longo da aula e a participação na execução e na análise de dados dos</p><p>experimentos.</p><p>45</p><p>6º ENCONTRO</p><p>Aula expositiva sobre os efeitos: Peltier e Thomsom. Célula Peltier e suas aplicações</p><p>Tempo previsto</p><p> Três horas-aulas.</p><p>Objetivos da aula</p><p> Introdução a semicondutores</p><p> Conceituação dos efeitos Peltier e Thomson</p><p> Célula Peltier e suas aplicações</p><p>Conteúdo programático</p><p> Semicondutores, efeitos Peltier e Thomson.</p><p>Pré-requisitos</p><p> Condução térmica, efeito Seebeck, temperatura, calor, corrente elétrica,</p><p>condução elétrica, corrente elétrica, transferência de calor e semicondutor</p><p>Metodologia</p><p>O conteúdo teórico, baseado no texto didático, será ministrado com o</p><p>suporte de slides, de forma expositiva/dialogada.</p><p>Recursos Didáticos</p>
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