Resistividade

     Quando lecionamos sobre resistência elétrica é apresentado ao aluno que a resistência de um condutor depende de três fatores; área; comprimento e do coeficiente de resistividade que é uma propriedade intrínseca de cada material.

     Poucas ou raramente é citado a dependência da temperatura, ou seja, em como a temperatura que se encontra o condutor afeta a sua resistência elétrica. A teoria e cálculos podem ser demonstrados no quadro sem dificuldade, mas e quanto a possibilidade de uma aplicação mais direta e pratica?

     Uma forma simples e barata de mostrar para os alunos em sala de aula é usando uma bobina feita com fio de cobre. O ideal é que ela apresente uma grande resistência. Fabrica-la é demorado e pouco pratico, pois para obter um valor mesuravel é preciso uma grande quantidade de fio de cobre e pequeno diâmetro (AWG 44).

     A alternativa mais pratica é usar a bobina de um motor do Timer de maquinas de lavar roupa. Esta bobina é usada em modelos antigo de maquina de lavar roupa, sendo de fácil desmontagem, além de apresentarem em media 10k Ohms de resistência.

      O procedimento de remove-la do motor é simples, mas deve ser feito com cuidado pois qualquer impacto no fio de cobre pode  rompe-lo e inutilizar a bobina. Normalmente ele vem recoberto por um anel de plástico, o ideal é remover e deixar o cobre exposto para uma melhor visualização.

     Após remover a bobina da estrutura que compõe o motor é visível dois conectores, sendo que cada um representa uma ponta do fio de cobre. Assim deve ser soldado em cada conector um fio flexível com cerca de 30 cm de comprimento, de preferência um preto e o outro vermelho. 

     E para melhorar a conexão ao multímetro  que vai efetuar a leitura da resistência deve-se soldar um plug banana, correspondente a cor de cada fio. Desta forma o experimento será de fácil manuseio e terá uma longa vida útil.

     Para proteger o núcleo de cobre é aconselhável dar um "banho" em verniz isolante, assim ele ficara resistente e totalmente isolado eletricamente. com esse tratamento a bobina pode ser mergulhada na agua sem o risco de haver fuga de corrente (curto circuito).

   
    Para realizar o experimento em sala de aula é preciso a bobina, um multímetro que meça resistência, um vasilhame com agua a temperatura ambiente e cubos de gelo.

     Primeiro meça o valor da resistência da bobina na temperatura ambiente, a seguir coloque a bobina na vasilha com agua e mostre que a resistência ainda não foi alterada. por ultimo coloque os cubos de gelo em quantidade suficiente para cobrir a bobina.

     Em poucos segundos a resistência ira cair de forma lenta e continua. Nos testes realizados o valor caiu cerca de 10% do valor inicial, num tempo de 4 minutos. Com uma variação de apenas 17ºC.

   Se dispor de um termômetro é possível montar um gráfico de R X T para ao cobre. Considerando a temperatura ambiente de 22ºC e após colocar o gelo a aguar fica com um temperatura de 5ºC. 

    Após estabilizar  a leitura no multímetro, remova a bobina e mostre agora a resistência subindo, para uma apresentação mais enfática, retire a bobina da vasilha com gelo e coloque em outra vasilha com agua morna, assim terá um salto no aumento da resistência.

      Abordando o experimento desta forma é possível mostrar como a resistência variou em função da temperatura e já usar como gancho para falar sobre tópicos de supercondutividade, claro de forma que seja adequada aos conhecimentos do ensino médio.
    É uma forma de tornar a aula se física mais atualizada e levar os alunos a questionar o que aconteceria se a bobina fosse cada vez mais refrigerada até o 0K. Lembre-se de citar que no caso do cobre ele não seria um super condutor a 0K.

  Observe que o vídeo ao lado está acelerado.

Lei de Faraday-Neumann-Lenz

Nas ultimas fases do ensino médio apresentamos aos alunos a Lei de Faraday-Neumann-Lenz ou apenas a Lei da Indução Eletromagnética. De forma simples podemos ligar uma solenóide a um LED e alternar um ímã próximo a solenóide, assim percebemos o LED acesso.

Outra alternativa experimental seria os chamados Tubos anti-gravidade, onde um ímã em queda induz um corrente elétrica que gera um campo magnético, que acaba freando o ímã. Contudo em um tubo fechado não podemos ver o ímã descendo. Este experimento é geralmente chamado de freio magnético.

Um solução seria fixar paralelamente  duas barra de material não magnético e solta um ímã. Dessa forma seria bem perceptível o tempo de queda de um ímã ou de outro material não magnético.No experimento apresentado foi usado barras de alumínio devido a sua baixa densidade e preço acessível.

O mecanismo apresentado permite ajusta o ângulo de inclinação das barras paralelas de alumínio. Assim podemos soltar o ímã de forma que ele deslize pelo plano inclinado como em uma queda "livre" porem sem aceleração entre as duas barras.

 Detalhe para as barras paralelas inclinadas a 90°.

O controle de inclinação mantém as barras no ângulo desejado ente 0 e 90°. Bastando apenas uma pequena força para alterar o ângulo, sem necessidade de apertar parafusos ou ficar segurando as barras.

Detalhe ao mecanismo de controle de inclinação

Detalhe as barras paralelas

Por usarmos ímãs de neodímio, não é aconselhável usar materiais ferromagnéticos próximos as barras. Por este motivo é usado madeira (eucalipto vermelho de reflorestamento) e todos os parafusos de fixação das barras são de latão.

Equipamento completo.

O experimento em si não é inovador, mas a sua construção permite de forma fácil e simples a demostração dos fenômenos físicos envolvidos, bem como praticidade em aplicar em uma sala de aula.

Ao aplica-lo em uma turma do 3° ano do ensino medio, sugeri aos alunos que me explicasem o motivo do íma descer devagar (velocidade constante) quando as barras estão inclinadas 60°, ou mesmo quando o ímã está entre as duas barras a 90°, a contra exemplo soltava um pedaço de metal não magnético, eis que surge uma resposta do aluno.

" O material que é feito as barras não é puro, deve ter um pouco de ferro misturado, não é o bastante para atrair o ímã, mas é suficiente para freá-lo"

Bem, o aluno fez uma observação e criou uma hipotese (modelo) para justificar o experimento, plausível dentro dos conhecimento que tinha sobre eletromagnetismo.