Física – 1ª Lei de Ohm – Resistência elétrica constante (Plano de aula – Ensino médio)

Materiais utilizados

Nesta prática, vamos explorar a relação V = IR mantendo a resistência R constante. A bancada deverá conter os itens listados: Fonte de alimentação DC ou pilhas, Resistores variados (100 Ω, 470 Ω, 1 kΩ), Multímetro digital, Protoboard, Jumpers, LEDs (opcional) e Cabo de conexão. Preparar o espaço de forma organizada facilita o trabalho, evita erros de leitura e torna o processo didático mais claro.

Objetivo: demonstrar que, com R constante, a tensão V é proporcional à corrente I, seguindo a lei V = IR. Com a fonte ajustada, varie o valor de V e observe as leituras de I com o multímetro. Refaça o experimento com diferentes resistores para observar como a curva V x I se comporta de maneira linear e com inclinação igual a R.

Procedimento recomendado: monte o circuito em uma protoboard conectando o resistor entre a fonte e o retorno, medições de V nos terminais do resistor e, se possível, I em série. Registre pares (V, I) para cada valor de R e, ao final, construa uma pequena tabela ou gráfico para verificar a consistência entre o valor medido e o valor teórico.

Observação de segurança elétrica e organização da bancada: verifique todas as ligações antes de ligar a fonte, desligue o circuito ao terminar e mantenha os cabos bem organizados para evitar curto-circuitos. Caso utilize LEDs, use o resistor adequado para limitar a corrente e remova-os quando não forem necessários.

Contextualização, objetivos de aprendizagem e planejamento

A aula contextualiza a 1ª Lei de Ohm (V = IR) e o conceito de resistência constante, explicando como a tensão, a corrente e a resistência se relacionam no circuito elétrico.

Objetivos de aprendizagem: compreender a relação entre V, I e R; aplicar V = IR para calcular R a partir de valores de tensão e corrente; interpretar o gráfico V x I como uma reta cuja inclinação é igual a R; desenvolver autonomia para verificar dados experimentalmente.

Pré-requisitos: álgebra básica, leitura de gráficos, interpretação de dados e espírito crítico na experimentação; habilidade de realizar medições simples com instrumentos de bancada.

Metodologia e atividades: uso de investigação guiada, trabalhos em bancada, simuladores e discussão em grupo para construir o entendimento; registro de observações e comparação entre resultados teóricos e práticos.

Aplicações e interdisciplinaridade: relaciona-se com matemática (gráficos de V x I), física experimental, e aspectos de tecnologia e engenharia; amplia a visão sobre como variações de componentes afetam a resistência aparente, temperatura e eficiência.

Conceitos-chave e formulação matemática

Definições de V (tensão), I (corrente) e R (resistência) e a relação V = IR. Este é o núcleo da Lei de Ohm, descrevendo como a diferença de potencial impulsiona a passagem de corrente através de um elemento elétrico.

Condição de resistência constante: para muitos materiais, R não varia significativamente com a temperatura dentro do intervalo de atuação da prática, resultando em uma reta de inclinação igual a R no gráfico V x I.

Derivação: R = V / I; unidades: Ω (ohm) = V/A. Essa relação permite transformar medidas de tensão e corrente em um valor de resistência, útil para caracterizar componentes.

Aplicação prática na sala de aula: os alunos podem montar um circuito simples com resistor conhecido, medir V com um voltímetro e I com um amperímetro, e então calcular R = V/I. Também é instrutivo traçar V x I para observar a linearidade.

Observações pedagógicas: nem todos os materiais obedecem rigidamente à Lei de Ohm; variações de temperatura, tolerâncias de componentes e limites de operação podem introduzir desvios, oferecendo oportunidades para discutir medições, erros e o conceito de resistência efetiva.

Atividades de bancada e experimentos

Montagem de circuito simples com fonte de tensão, resistor, amperímetro e voltímetro em série, com o voltímetro ligado em paralelo ao resistor para leitura da tensão. Utilize uma breadboard e fios para facilitar as ligações, assegurando polaridade correta e prática de segurança. A ideia central é demonstrar a relação V = IR e a resposta linear do circuito quando R é constante, observando que a corrente I varia conforme a tensão V é aplicada.

Procedimento experimental: Varie R entre diferentes resistências disponíveis, anote os valores de V e I usando o multímetro em paralelo com o resistor (para V) e em série para I. Registre os dados em uma tabela e construa o gráfico I x V. Verifique que, para cada resistência, a reta é linear e que a inclinação da reta está relacionada ao valor de R (ou, ao interpretar V em função de I, corresponde ao valor de R).

Análise de dados: estime as incertezas de V e I (leitura do multímetro, limitação de precisão, variação de temperatura). Considere as tolerâncias das resistências e as imperfeições da bancada. Compare os resultados com o valor nominal de R e discuta como a temperatura pode alterar R. Registre qualquer desvio e proponha melhorias.

Extensão e interdisciplinaridade: utilize simuladores para comparar resultados com o circuito ideal e enfatize a conexão com matemática (graficos lineares, inclinações) e tecnologia (instrumentação, sensores). Inclua uma breve discussão de segurança elétrica, exemplos de aplicações simples em iluminação e circuitos domésticos e sugestões para futuras atividades, como medir R de materiais semicondutores e explorar resistores variáveis.

Metodologias ativas e recursos digitais abertos

Metodologias ativas: investigação guiada, aprendizagem baseada em problemas (PBL) e aprendizagem baseada em projetos, com trabalho em duplas.

Recursos digitais abertos: uso de simuladores PhET para variar V, I e R, com interface em português e exportação de dados.

Durante a prática, os estudantes montarão circuitos simples em bancada, medirão tensão, corrente e resistência com instrumentos acessíveis e registrarão dados para análise posterior.

A avaliação combinará participação, observação de atividades práticas e apresentação de conclusões, com foco na compreensão da relação V = IR para resistência constante, conectando teoria e aplicações reais.

Interdisciplinaridade e aplicações cotidianas

Integração com Matemática: construção de gráfico V x I, ajuste de reta e estimativa de R a partir de dados experimentais.

Integração com Química e Tecnologia: influência da temperatura na resistência de materiais, sensores, fusíveis e cabos elétricos no cotidiano.

Aplicações práticas no laboratório: como montar um circuito simples, medições com multímetro e verificação da relação V = IR em diferentes resistores.

Discussões sobre confiabilidade de medições, fontes de erro e como interpretar variações de resistência com base em materiais e condições de operação.

Conexões com o dia a dia: exemplos de dispositivos que usamos diariamente que dependem de resistência estável ou modulável, como aquecedores, cabos de alimentação e sensores em automação residencial.

Avaliação, feedback e observações

Avaliação formativa com rubrica: compreensão conceitual, aplicação correta da lei, análise de dados e comunicação dos resultados.

Rubrica com critérios por níveis para cada dimensão: compreensão conceitual, precisão no cálculo V = IR, interpretação de leituras dos instrumentos e clareza na apresentação dos dados.

Feedback: checklist de verificação rápida, autoavaliação dos estudantes e registro de observações para planejamento futuro, incluindo ações específicas para a próxima sessão.

Observações de observadores durante atividades em bancada, discussões em grupo e uso de simuladores, com foco em intervenções pedagógicas para turmas com diferentes ritmos de aprendizagem.

Notas finais: registrar evidências, alinhando as observações aos objetivos de aprendizagem, ajustar sequências de ensino e oferecer oportunidades de retrabalho com atividades práticas adicionais.