Autores: Alexander Rodrigo Arakaki, Frank Ferrer Sene, João Wander dos Santos, Silas Ferreira Macedo
Semestre: 1/2008
Palavras-chave: Condutividade iônica, eletrólito sólido, cerâmica
Apresentação
Este módulo de ensino inovador está relacionado à transposição dos conhecimentos científicos atuais na área de condutores iônicos sólidos e suas aplicações tecnológicas. Este material é destinado ao aprimoramento do professor do nível médio na área de eletricidade, especialmente eletrodinâmica, capacitando-o para promover a aprendizagem não somente dos conceitos da condução eletrônica estabelecidos pela Segunda Lei do Ohm, mas também a compreensão dos mecanismos relacionados à condução elétrica iônica em estado sólido.
Introduçao
Os fenômenos relacionados à condução elétrica do tipo iônica em materiais sólidos, apesar de apresentarem um grande desenvolvimento científico e aplicações tecnológicas atuais e inovadoras, ainda não estão presentes nos materiais instrucionais utilizados na aprendizagem dos conhecimentos científicos relacionados à Física. Tanto os condutores iônicos cerâmicos quanto os poliméricos, já fazem parte da vida diária de boa parte das civilizações modernas. Estão presentes em diversos dispositivos eletro-eletrônicos como sensores de temperatura, sensores de oxigênio, varistores, fornos de auto-indução e células à combustível. Ao contrário da condução eletrônica especialmente nos metais condutores, a condução iônica é um processo ativado termicamente, portanto, em termos de resistividade elétrica, um material condutor iônico apresenta um comportamento inversamente proporcional ao aumento da temperatura, ou seja, a resistividade elétrica decresce com o aumento da temperatura. Um modelo que descreve microscopicamente este fenômeno é apresentado aos estudantes. Este modelo envolve elementos relevantes relacionados à estrutura atômica, defeitos estruturais, como vacâncias atômicas, mobilidade iônica, estabelecendo-se assim uma relação transversal que auxilia também o aprendizado de assuntos relacionados com a química atômica e molecular. Este módulo envolve também um aprimoramento do conhecimento da condução eletrônica fundamentada na Segunda Lei de Ohm, através de uma atividade experimental envolvendo condutores de grafite bidimensionais e um ohmímetro. A influência da temperatura na condução eletrônica e o modelo de Drude também são explorados para colocar em evidência o contraste entre estas duas modalidades de condução elétrica. O módulo também contempla as aspectos históricos relacionados à condução elétrica , permitindo compreender-se os processo envolvidos na construção deste conhecimento.
Objetivo
Capacitar o professor do ensino médio a contemplar em suas aulas alguns aspectos atuais relacionados à eletricidade. Um material instrucional contendo assuntos relacionados à condução elétrica do tipo iônica será elaborado como parte complementar das aulas de eletrodinâmica. Este material estará permeado por aspectos relacionados aos processos históricos, modelagem matemática simplificada, experimentação e aplicações tecnológicas significativa para a promoção da aprendizagem efetiva.
Público-alvo: Alunos do 3o ano do ensino médio que saibam eletricidade
Número de aulas: 8
Temática: Leis de Ohm, efeito da temperatura, estrutura cristalina, defeitos da rede, condução iônica e aplicações tecnológicas de eletrólitos sólidos.
Anexos:
Eletrolito_Solido.pdf 1036271 bytes
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