Física Moderna no Ensino Médio: um experimento para abordar o efeito fotoelétrico

Considering the importance of the inclusion of Modern and Contemporary Physics in the curriculum of Physics in High School, it is proposed in this work an experimental activity, made with low- cost materials, which presents the photoelectric effect. This activity can be used articulating this phenomenon with some technological applications experienced by the students in their daily lives. When working the experiment, the teacher can encourage students to investigate what happens during its execution and, through questions, get them to express their ideas in the previous attempt to explain its operation. This articulation linked to social interaction in the classroom can arouse the students’curiosity and motivation of students to learn the subject taught in classroom.

Sequência didática como instrumento para a aprendizagem significativa do efeito fotoelétrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

O uso da astronomia como instrumento para a introdução ao estudo das radiações eletromagnéticas no ensino médio

Este trabalho relata a utilização de tópicos ligados à Astronomia, como motivação educacional, a fim de inserir o estudo das radiações eletromagnéticas com abordagem na Física Moderna e Contemporânea. Em geral, a bibliografia atual disponível trata deste assunto (sob o título “ondas eletromagnéticas”) no capítulo relacionado a “ondas”, dentro da Física Clássica, não abordando assim, conceitos da Física Moderna: dualidade onda partícula, quantização da energia, efeito fotoelétrico, Lei de Planck, etc. O tema foi abordado utilizando atividades práticas: observação do Sol, observação do céu com telescópio, simulação computacional através de applets disponíveis na Internet, atividades de laboratório, sempre partindo de aspectos relacionados à Astronomia. A proposta foi aplicada em uma turma de terceira série de Ensino Médio, do Instituto Estadual de Educação de Sapiranga, cidade do Vale do Rio dos Sinos. Este trabalho foi embasado pela Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel e de Novak, e pela Teoria de mediação de Vygotsky. A partir dos dados colhidos através de testes comparativos, entrevistas e depoimentos dos alunos, foi possível detectar que eles estiveram motivados para a aprendizagem, sendo que alguns inclusive passaram a interessar-se mais pela disciplina de Física. Ao finalizar a aplicação desta proposta de trabalho, foi criado um CD com textos, simulações e sugestões para aplicações em sala de aula.

Avaliação da temperatura de cristalização da parafina em sistemas: parafina, solvente e tensoativo

The formation of paraffin deposits is common in the petroleum industry during production, transport and treatment stages. It happens due to modifications in the thermodynamic variables that alter the solubility of alkanes fractions present in petroleum. The deposition of paraffin can provoke significant and growing petroleum losses, arriving to block the flow, hindering to the production. This process is associated with the phases equilibrium L-S and the stages and nucleation, growth and agglomeration the crystals. That process is function of petroleum intrinsic characteristics and temperature and pressure variations, during production. Several preventive and corrective methods are used to control the paraffin crystallization, such as: use of chemical inhibitors, hot solvents injection, use of termochemistry reactions, and mechanical removal. But for offshore exploration this expensive problem needs more investigation. Many studies have been carried through Wax Appearance Temperature (WAT) of paraffin; therefore the formed crystals are responsible for the modification of the reologics properties of the oil, causing a lot off operational problems. From the determination of the WAT of a system it is possible to affirm if oil presents or not trend to the formation of organic deposits, making possible to foresee and to prevent problems of wax crystallization. The solvent n-paraffin has been widely used as fluid of perforation, raising the production costs when it is used in the removal paraffin deposits, needing an operational substitute. This study aims to determine the WAT of paraffin and the interference off additives in its reduction, being developed system paraffin/solvent/surfactant that propitiates the wax solubilization. Crystallization temperatures in varied paraffin concentrations and different solvents were established in the first stage of the experiments. In the second stage, using the methodology of variation of the photoelectric signal had been determined the temperature of crystallization of the systems and evaluated the interferences of additives to reduction of the WAT. The experimental results are expressed in function of the variations of the photoelectric signals during controlled cooling, innovating and validating this new methodology to determine WAT, relatively simple with relation the other applied that involve specific equipments and of high cost. Through the curves you differentiate of the results had been also identified to the critical stages of growth and agglomeration of the crystals that represent to the saturation of the system, indicating difficulties of flow due to the increase of the density

Estudo da cristalização de parafinas em sistemas solventes/tensoativos/água

The WAT is the temperature at the beginning of the appearance of wax crystals. At this temperature the first wax crystals are formed by the cooling systems paraffin / solvents. Paraffins are composed of a mixture of saturated hydrocarbons of high molecular weight. The removal of petroleum from wells and the production lines means a surcharge on produced oil, thus solubilize these deposits formed due to modifications of thermodynamics has been a constant challenge for companies of oil exploration. This study combines the paraffin solubilization by microemulsion systems, the determination of WAT systems paraffin / solvent and performance of surfactant in reducing the crystallization. We used the methods: rheological and the photoelectric signal, validating the latter which was developed to optimize the data obtained due to sensitivity of the equipment used. Methods developed for description of wax precipitation are often in poor agreement with the experimental data, they tend to underestimate the amount of wax at temperatures below the turbidity point. The Won method and the Ideal solution method were applied to the WAT data obtained in solvent systems, best represented by the second interaction of Won method using the solvents naphtha, hexane and LCO. It was observed that the results obtained by WAT photoelectric signal when compared with the viscosity occur in advance, demonstrating the greatest sensitivity of the method developed. The ionic surfactant reduced the viscosity of the solvent systems as it acted modifying the crystalline structure and, consequently, the pour point. The curves show that the WAT experimental data is, in general, closer to the modeling performed by the method of Won than to the one performed by the ideal solution method, because this method underestimates the curve predicting the onset of paraffin hydrocarbons crystallization temperature. This occurs because the actual temperature measured was the crystallization temperature and the method proposes the fusion temperature measurement.

Crescimento de figueira sob diferentes condições de cultivo

A análise de crescimento de plantas pode ser considerada um bom indicativo para a avaliação das bases fisiológicas de produção e da influência exercida por variáveis ambientais, genéticas e agronômicas. Avaliou-se o crescimento da figueira 'Roxo de Valinhos', submetida a irrigação e cobertura morta (bagacilho de cana-de-açúcar triturado), em Botucatu (SP). O experimento utilizou blocos casualizados, em esquema fatorial 2x2 (cobertura morta x irrigação), com 4 repetições, sendo cada repetição constituída por 3 plantas, com caracterização dos seguintes tratamentos: T1 - sem irrigação e sem cobertura morta; T2 - sem irrigação e com cobertura morta; T3 - com irrigação e sem cobertura morta; T4 - com irrigação e cobertura morta. Foram realizadas análises destrutivas e não destrutivas, aos 7, 55, 76, 97, 114, 135, 156, 176, 198, 219, 240, 254 e 275 dias após o transplantio, com base nos seguintes parâmetros: diâmetro do ramo e do caule, comprimento do ramo, número de folhas, número de entrenós e número de frutos. Foram particionados os diferentes órgãos da planta, para obtenção da massa seca e fresca das partições isoladas. As medições da área foliar (cm²) foram realizadas com aparelho integrador fotoelétrico. O manejo da irrigação foi realizado com o auxílio da técnica de tensiometria, mantendo o potencial matricial do solo próximo a -30 kPa. O uso de cobertura morta e irrigação favoreceu o desenvolvimento das plantas (diâmetro do caule de 36,60 mm e comprimento do ramo de 1,28 m), e as taxas de crescimento, crescimento relativo e assimilatória líquida da cultura foram de 7 g m-2 dia-1, 0,015 g g-1 dia-1 e 17 g m-2 dia-1, respectivamente. As taxas indicaram que a cobertura morta ofereceu condições hídricas satisfatórias ao rápido estabelecimento das mudas.

Simulação de perfis nucleares de poço em formações complexas

A identificação e descrição dos caracteres litológicos de uma formação são indispensáveis à avaliação de formações complexas. Com este objetivo, tem sido sistematicamente usada a combinação de ferramentas nucleares em poços não-revestidos. Os perfis resultantes podem ser considerados como a interação entre duas fases distintas: • Fase de transporte da radiação desde a fonte até um ou mais detectores, através da formação. • Fase de detecção, que consiste na coleção da radiação, sua transformação em pulsos de corrente e, finalmente, na distribuição espectral destes pulsos. Visto que a presença do detector não afeta fortemente o resultado do transporte da radiação, cada fase pode ser simulada independentemente uma da outra, o que permite introduzir um novo tipo de modelamento que desacopla as duas fases. Neste trabalho, a resposta final é simulada combinando soluções numéricas do transporte com uma biblioteca de funções resposta do detector, para diferentes energias incidentes e para cada arranjo específico de fontes e detectores. O transporte da radiação é calculado através do algoritmo de elementos finitos (FEM), na forma de fluxo escalar 2½-D, proveniente da solução numérica da aproximação de difusão para multigrupos da equação de transporte de Boltzmann, no espaço de fase, dita aproximação P₁, onde a variável direção é expandida em termos dos polinômios ortogonais de Legendre. Isto determina a redução da dimensionalidade do problema, tornando-o mais compatível com o algoritmo FEM, onde o fluxo dependa exclusivamente da variável espacial e das propriedades físicas da formação. A função resposta do detector NaI(Tl) é obtida independentemente pelo método Monte Carlo (MC) em que a reconstrução da vida de uma partícula dentro do cristal cintilador é feita simulando, interação por interação, a posição, direção e energia das diferentes partículas, com a ajuda de números aleatórios aos quais estão associados leis de probabilidades adequadas. Os possíveis tipos de interação (Rayleigh, Efeito fotoelétrico, Compton e Produção de pares) são determinados similarmente. Completa-se a simulação quando as funções resposta do detector são convolvidas com o fluxo escalar, produzindo como resposta final, o espectro de altura de pulso do sistema modelado. Neste espectro serão selecionados conjuntos de canais denominados janelas de detecção. As taxas de contagens em cada janela apresentam dependências diferenciadas sobre a densidade eletrônica e a fitologia. Isto permite utilizar a combinação dessas janelas na determinação da densidade e do fator de absorção fotoelétrico das formações. De acordo com a metodologia desenvolvida, os perfis, tanto em modelos de camadas espessas quanto finas, puderam ser simulados. O desempenho do método foi testado em formações complexas, principalmente naquelas em que a presença de minerais de argila, feldspato e mica, produziram efeitos consideráveis capazes de perturbar a resposta final das ferramentas. Os resultados mostraram que as formações com densidade entre 1.8 e 4.0 g/cm³ e fatores de absorção fotoelétrico no intervalo de 1.5 a 5 barns/e^-, tiveram seus caracteres físicos e litológicos perfeitamente identificados. As concentrações de Potássio, Urânio e Tório, puderam ser obtidas com a introdução de um novo sistema de calibração, capaz de corrigir os efeitos devidos à influência de altas variâncias e de correlações negativas, observadas principalmente no cálculo das concentrações em massa de Urânio e Potássio. Na simulação da resposta da sonda CNL, utilizando o algoritmo de regressão polinomial de Tittle, foi verificado que, devido à resolução vertical limitada por ela apresentada, as camadas com espessuras inferiores ao espaçamento fonte - detector mais distante tiveram os valores de porosidade aparente medidos erroneamente. Isto deve-se ao fato do algoritmo de Tittle aplicar-se exclusivamente a camadas espessas. Em virtude desse erro, foi desenvolvido um método que leva em conta um fator de contribuição determinado pela área relativa de cada camada dentro da zona de máxima informação. Assim, a porosidade de cada ponto em subsuperfície pôde ser determinada convolvendo estes fatores com os índices de porosidade locais, porém supondo cada camada suficientemente espessa a fim de adequar-se ao algoritmo de Tittle. Por fim, as limitações adicionais impostas pela presença de minerais perturbadores, foram resolvidas supondo a formação como que composta por um mineral base totalmente saturada com água, sendo os componentes restantes considerados perturbações sobre este caso base. Estes resultados permitem calcular perfis sintéticos de poço, que poderão ser utilizados em esquemas de inversão com o objetivo de obter uma avaliação quantitativa mais detalhada de formações complexas.

O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média

The teaching of modern and contemporary Physics subjects in high school is indispensable and it was already justified by several researchers. Among the subjects which must be taught, there is, for instance, Bohr atomics model. However, as it was noticed in literature review, many didactic materials do not deal with this model adequately, since that they do not take into account Bohr ideas, which involved Planck studies on black-body radiation, Einsten theory for photoelectric effect, Rutherford experiences and atomics model and the empiric results upon the spectrums of chemical elements emission. From that, it is extremely important teaching through approaches which potentialize the learning of the model proposed by Niels Bohr. On the other hand, teachers from high schools cannot have clearness about which approaches can be applied for teaching the mentioned model. Thus, it is presented some possibilities for teaching Bohr atomics model, with examples and justifications for the use of each one. Special treatment was attributed to the teaching from Science History and Philosophy, from the reading of scientific diffusion and original scientific texts, from analogies, from comic strips and from computer simulations.

The Didactic Transposition of the Photoelectric Effect in High School Brazilian Physics Textbooks

É notório que o livro didático desempenha um papel fundamental na prática pedagógica da maioria dos professores de Física constituindo importante fonte de referência para professores e estudantes. Ao mesmo tempo representa a memória impressa das demandas e paradigmas de ensino, e procura atender às exigências prescritas na legislação e diretrizes, de uma determinada localidade e período. Atualmente, a inserção de Física Moderna e Contemporânea no currículo do Ensino Médio brasileiro está entre as prioridades, preconizando, entre. outros, o ensino do efeito fotoelétrico, em função da relevância do fenômeno ao corroborar a interpretação corpuscular da natureza da luz, e o consequente laureio de Albert Einstein com o Prêmio Nobel. Estudos realizados apontam que muitos dos livros didáticos apresentam a história do efeito fotoelétrico de maneira superficial ou errônea, e expõem incorretamente a função trabalho e o conceito de fóton (Klassen, 2011). Tendo em vista o exposto, objetivamos analisar como ocorre a apresentação do efeito fotoelétrico especificamente em dez coleções didáticas brasileiras aprovadas pelo Programa Nacional do Livro Didático do Ensino Médio 2012 do governo federal, tendo como aporte teórico as considerações de Yves Chevallard (Brockington e Pietrocola, 2005). Procuramos resposta para a seguinte pergunta: Quais são as transposições ocorridas na apresentação do efeito fotoelétrico (saber sábio) para se tornar o saber a ensinar em materiais escolares? Nossa análise centrou-se no processo de descontextualização, entendido como o processo pelo qual o saber sábio passa para que seja ensinável, sendo necessário que seja arrancado de seu contexto original, ou seja, o seu processo histórico.

O ensino de conceitos de física quântica no ensino médio utilizando experimentos de baixo custo

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, 2015.