Energy & Change



|Energia e mudança |Unidade 2 |Fluxo de luz |

A RESPEITO DESTA UNIDADE

Esta unidade é a respeito do uso da energia elétrica para fazer trabalho útil. Você estará construindo circuitos que podem ser usados para o farol de um carro. Explorará a diferença entre conexões seriais e paralelas. Você medirá a corrente e voltagem em circuitos diferentes e calcular a a resistência das luzes. Você irá então fazer algumas calculações sobre energia e força e ver quanto tempo a bateria durará se a esquecer ligada.

Nesta unidade você irá

• Investigar a diferença potencial, fluxo corrente e resistência dos circuitos elétricos paralelos e seriais. (SO1 AC1 ao AC9)

• Demonstrar entendimento da diferença potencial, fluxo da corrente e resistência em um circuito elétrico. (SO2 AC1).

• Resolver um problema relacionado à necessidade de viagem segura de carros a noite. (SO3 AC1 to AC8)

• Mostrar um entendimento de como a tecnologia e ciência são usados na sociedade. (SO9 AC

Introdução!

[pic]

Nesta unidade você aprenderá a respeito de uma forma de energia chamada eletrecidade. Eletrecidade é gerada longe das nossas casas e é carregada por fios chamados de condutores. Agora o usaremos para operar aparelhos diferentes nas nossas casas.

Um circuito é um caminho / rota de eletrecidade de uma bateria ou gerador, através de uma lâmpada ou outro equipamento elétrico e de volta à bateria ou gerador.

Todos circuitos elétricos possuem o mínimo de três elementos :

• Um condutor que é o material pela qual a eletrecidade flue.

• Uma carga é o equipamento que está sendo ligado para fazer um trabalho específico.

• A fonte de energia, é algo que supre a eletrecidade como a bateria.

Estes elementos podem ser representados no circuito como o seguinte:

O fluir da eletrecidade conhecida como uma corrente elétrica carrega energia que pode fazer trabalhos como ligar lâmpadas ou esquentar a casa. Todos circuitos devem ter um interruptor. Um interruptor é um aparelho que faz uma brecha no circuito e para o fluxo de eletrecidade.

Em um circuito elétrico, pequenos partículos chamados de elétrons movem em volta do circuito. Eles são impurrados por energia da célula. A célula tem terminais, um negativo e outro positivo.

A diferença no número total de elétrons na terminal positiva e negativa de uma célula é conhecida como a diferença potencial. Que é medida em volts com o símbolo “V”. Isto também é conhecido como voltagem. Isto indica a quantia de energia disponível para indicar a quantia de energia disponível para empurrar os elétrons para mover em um circuito.

Uma célula tem 1.5 volts (i.e. 1,5 V).

Muitos circuitos precisam de mais de 1,5 volts então você terá que conectar duas ou mais células para aumentar a voltagem. Quanto mais energia a bateria pode dar, maior a voltagem.

Em sistemas que usam a bateria como fonte de energia, tais como rádios e jogos, costuma haver uma instrução que mostra como a pilha deve ser colocada, o tamanho da pilha e a voltagem necessária para ligar o sistema.

A medida da quantia de corrente elétrica no circuito é a corrente. Ela é medida em Ampères com o símbolo “A”. Isto também é conhecido como a amperagem.

A eletrecidade flui melhor através de condutores metálicos feitos de cobre. Mesmo assim, todos materiais resistem o fluir de eletrecidade. Esta propriedade do material é chamada de resistência e é a medida de como a corrente pode fluir facilmente através do material. Materiais que não podem conduzir eletrecidade são conhecidos como insuladores.

Fios de alta resistência aquecem mais do que os que produzem pouca resistência quando conduzem eletrecidade. Alguns dos que aquecem podem brilhar vermelho e outros brilham com uma cor branca brilhante. Um fio fino em uma lâmpada brilha com uma luz branca para nos dar luz.

A resistência é medida em Ohms com o símbolo, (. Nomeado após George Ohm que descobriu como a voltagem e força de corrente são relacionados.

|Atividade Prática 1.1 |

|Fluxo de Luz |

Carros precisam viajar seguramente a noite.

Usando circuitos elétricos, desenhe, construa e teste um circuito elétrico apropriado para resolver este problema.

|Atividade de Investigação 1.2 |

|Construindo e Testando Circuitos Elétricos. |

Agora vamos conectar circuitos elétricos usando componentes como interruptores, células (ou bateria) e lâmpadas. Você irá explorar e descobrir efeitos de diferenças potenciais (voltagem), fluxo da corrente e resistência em circuitos elétricos e descobrir o que você precisa para resolver o problema do carro.

Agora começaremos a usar amperímetros e voltímetros para descobrir o relacionamento entre a Diferença potencial, Corrente e Resistência.

Atividade de Investigação1.3

Conexões seriais e paralelas.

Se necessitar conectar uma ou mais lâmpadas ou motores em um circuito elétrico o poderá fazer em duas maneiras. Se os conectar em um círculo so, o circuito é conectado em séries. Se o circuito dividir em partes, os componentes são conectados paralelamente.

|Número de lâmpadas em séries |Voltagem (V) |Corrente(I) |Resistência(R) |

| |(volts) |(amps) | |

|Uma lâmpada | | | |

|Duas lâmpadas | | | |

|Três lâmpadas | | | |

|Número de plantas em paralelo |Voltagem (V) |Corrente(I) |Resistência(R) |

| |(volts) |(amps) | |

|Uma lâmpada | | | |

|Duas lâmpadas | | | |

|Três lâmpadas | | | |

Atividade de investigação 1.4

Calculando a energia e força nos circuitos elétricos.

Quando a corrente flue por uma lâmpada, ela usa parte da energia elétrica no trabalho. A energia elétrica é transformada em energia de de luz que pode ajudar o motorista ver a noite. Durante esta investigação você investigará como o trabalho feito e a força são relacionados à diferença potencial (voltagem), a corrente e a resistência.

| |Voltagem (V) |Corrente(I) |Saída de força (watts) |

| |(volts) |(amps) |[pic] |

|Circuito de uma lâmpada | | | |

|Duas lâmpadas seriais | | | |

|Duas lâmpadas em paralelo | | | |

A energia usada ou o trabalho feito no ligar de uma lâmpada depende no tempo no qual a lâmpada está ligada. Ela pode ser encontrada a Força sendo usada e o tempo.

| |Saída (watts) |Tempo Passado |Energia Usada (joules) |

| |[pic] |(seconds) |[pic] |

|Circuito de uma lâmpada | | | |

|Duas lâmpadas seriais | | | |

|Duas lâmpadas em paralelo | | | |

|Avaliação da unidade 2 |

| |Sim Fácil |Sim Maioria |Não | |

|Resultados de Aprendizagem | | | | |

|Será que você… | | | |Comentá-rio |

| |Me |Educa|Me |Educa|Me |Educato| |

| | |tor | |tor | |r | |

|Investique a diferença potencial, fluxo de corrente e resistência de ambos os circuitos paralelos e seriais |

| | | | | | | | |

|Usou Amperímetros e Voltímetros para medir a corrente e a voltagem em um circuito| | | | | | | |

|Atividade de Investigação 1.2 | | | | | | | |

|Fez um circuito serial e paralelo e demonstre que entendeu a diferença entre os | | | | | | | |

|dois. | | | | | | | |

|Atividade de Investigação 1.3 | | | | | | | |

|Calculou a resistência do circuito em circuitos simples, seriais e paralelos. | | | | | | | |

|Atividade de Investigação 1.3 & 1.4 | | | | | | | |

|Calculou a saída de Força e Energia usada em circuitos elétricos. | | | | | | | |

|Atividade de Investigação 1.4 | | | | | | | |

| | | | | | | | |

|Use o Processo Tecnológico para satisfazer a necessidade de dirigir seguramente a noite. |

| | | | | | | | |

|Demonstrou que entendeu o que foi preciso ou desejado Identificação do problema,| | | | | | | |

|Pg.5. | | | | | | | |

|Desenhou um circuito elétrico com lâmpadas e baterias apropriadas para resolver o| | | | | | | |

|problema de dirigir a noite seguramente. | | | | | | | |

|Desenvolveu três idéias para o desenho da frente de um veículo e escolheu o | | | | | | | |

|preferido. | | | | | | | |

|Idéias para o circuito e desenhos da frente do carro. | | | | | | | |

|Fez um modelo de papelão realístico da frente de um veículo e anexou um circuito | | | | | | | |

|elétrico que funciona. Modelo que funciona da frente do carro. | | | | | | | |

|Deu respostas realísticas para avaliar questões que explicam e justificam | | | | | | | |

|escolhas feitas e demonstram uma idéia em soluções na vida real. | | | | | | | |

|Avaliação da atividade prática. | | | | | | | |

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Avaliação de Evidência

Você precisará

• Desenhar e construir um circuito elétrico para fazer com que um carro viaje seguramente a noite.

• Construir circuitos elétricos seriais e paralelos para resolver o problema acima e escolha o que seja mais apropriado para a tarefa.

• Usar amperímetros e voltímetros para medir a diferença potencial e fluxo corrente exatamente e usará a informação para calcular a resistência do circuito.

• Calcular a saída de Energia e Força de circuitos elétricos e os custos involvidos.

• Dar uma gama de exemplos de circuitos elétricos sendo usados em produtos tecnológicos.

1. Veja a situação acima e identifique o problema que necessita resolver. Escreva isto embaixo do cabeçalho “Identificando o Problema”.

2. Agora escreva uma lista de informações relevantes que precisará para o ajudar a resolver este problema (veja as dicas abaixo).

Lembre-se de outras pessoas na rua, elas não devem ser postas em perigo por causa da sua solução.

Que conhecimento Científico necessitará saber? (Liste os tópicos)

3. Discuta em grupos como este problema será resolvido na vida real e tente listar todos componentes elétricos que fazem com que o sistema trabalhe

+

Fonte de Energia

-

Carga ou aparelho de saída

A eletrecidade não pode fluir se os componentes não estiverem conectados um ao outro.

Corrente, voltagem e resistência são as três coisas que precisamos controlar para fazer com que circuitos elétricos funcionem

Condutor

Use a fórmula oposta para descobrir a resistência da lâmpada neste circuito. (R é o símbolo para resistência e é medido em ohms [pic])

O que precisará:

Cada grupo de 4 estudantes necessitará de:

• Três lâmpadas

• Seguradores de Lâmpadas

• 3 condutores

• Uma célula (ou bateria)

• Um interruptor

• Um amperímetro

• Um voltímetro

1. Construa o circuito mostrado acima no diagrama. Exame-o para se assegurar que a luz pode ser ligada. Feche o circuito e depois responda as perguntas abaixo.

• No diagrama do circuito acima, o interruptor está aberto ou fechado?

• Será que a lâmpada ligará quando estiver na posição mostrada? Explique.

• O que os sinais + e o –mostrados na bateria significam?

• Qual é a diferença potencial da bateria? (voltagem)

• Se ligar a lâmpada e disconectar qualquer fio, o que acontece? Porque?

2. Conecte um amperímetro e um voltímetro no seu circuito.(como visto no diagrama) Anote as leituras da metragem quando

A O interruptor estiver aberto

B O interruptor estiver fechado

[pic]

Circuito pronto para conectar.

Um amperímetro mede a corrente em ampères e devem ser conectados em séries com seu circuito (em linha)

Um voltímetro mede a Diferença Potencial em volts e é sempre conectado em um circuito (em paralelo)

[pic]

[pic]

3 Agora mova o amperímetro para medir o fluir da corrente nos lugares mostrados nos circuitos abaixo. O que você notou à respeito destes circuitos?

[pic]

[pic]

3 Use the formula opposite to work out the resistance of the bulb in this circuit. (R is the symbol for resistance and it is measured in ohms [pic])

2. Discuta as seguintes questões no seu grupo e marque os seus resultados.

• Será que duas lâmpadas conectadas em séries brilharão como uma lâmpada sozinha?

• O que acontece à corrente que está fluindo no circuito quando adicionar lâmpadas em séries.

• O que poderá dizer a respeito da quantia de corrente que está fluindo por uma lâmpada e o brilho da lâmpada?

• Se uma lâmpada estiver mal conectada ou estragada em uma série de circuitos, o que acontecerá à outra lâmpada?

• Você acha que isto seria uma boa maneira de conectar o farol de um carro? Por Que?

Lâmpadas conectadas em séries

Quando comprar uma lâmpada, precisará saber a Voltagem e a Força da lâmpada, e.x A lâmpada da sua casa pode ser 240V e 60W

Força é a quantidade de trabalho sendo feita a cada segundo.

[pic]

[pic]

1 Complete a tabela abaixo conectando o voltímeter e o amperímetro aos circuitos com uma, duas e três lâmpadas em séries.

[pic]

1. Complete a tabela abaixo conectando o voltímetro e o amperímetro com uma, duas ou três lâmpadas em Paralelo. Se assegure de conectar o amperímetro para medir a corrente total que está fluindo.

2.

[pic]

2. Discuta as seguintes questões no seu grupo e escreva o que descobriu.

• Será que duas lâmpadas conectadas em paralelo brilham como uma lâmpada sozinha?

• O que acontece ao fluir de corrente total no circuito quando se adiciona lâmpadas em paralelo.

• Você pode dizer quanta corrente está fluindo por cada lâmpada conectada em paralelo? Como você sabe disso?

• Mova o amperímetro para medir a corrente fluindo por uma lâmpada sozinha. É o mesmo que a sua previsão?

• Se uma lâmpada estiver mal conectada em um circuito paralelo, o que acontecerá às outras lâmpadas?

• Você acha que isto seria uma boa maneira de conectar o farol de um carro? Porque?

•

[pic]

[pic]

Lâmpadas conectadas em paralelo

Uma pilha gasta é uma que usou toda a energia elétrica que estava usando.

O tempo usado em calculações de energia é visto como[pic]para mostrar uma mudança em tempo [pic]

1. Use uma das fórmulas ao lado para calcular a seguinte e complete a tabela abaixo:-

• A saída de força de uma lâmpada em uma simples série de circuitos.

• A saída de força de duas lâmpadas conectadas em séries

• A saída de força de duas lâmpadas conectadas paralelamentes.

•

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2. Complete a tabela abaixo usando a fórmula oposta e calcule a energia que a lâmpada usará em 1 minuto (60 segundos)

[pic]

Agora use o seu conhecimento para resolver o problema

2. Desenhe um diagrama de circuito do sistema que pode ser usado para solver o problema de carros viajando seguramente a noite. Explique a sua escolha e calcule o seguinte.

• Se a bateria for 12V e você precisar de 60W de luz, quanta corrente passará por cada lâmpada?

• Se uma lâmpada queimar, como se assegurará que uma ainda estará funcionando?.

• Se a bateria (12 volts) pode suprir 120A por 5 minutos, quanta Força ela produzirá?

• Quanta energia elétrica é guardada na bateria? (5 minutos = 300 segundos)

• Quanto tempo será que a bateria durará se o motorista a esquecer ligada?

3. Faça um modelo do seu circuito e o teste para mostrar como funcionará. Escreva o valor atual dos componentes que usará e depois explique como será usado na vida real.

•

Agora desenhe a frente de um carro usando farois. Faça três desenhos diferentes e escolha o seu favorito.

Você poderá fazer o modelo em papelão e ponha as luzes nele.

4. Avalie a sua solução ao problema de segurança do carro respondendo as seguintes perguntas:

• Porque você acha que a nossa solução ajuda pessoas a dirigir seguramente a noite?

• Que outras características poder ser incluidas para ajudar o motorista dirigir a noite?

• O que você incluirá para se assegurar que outros usadores da rua não entrarão em risco por causa da sua solução?

• Você acha que o desenho da frente do carro será atraente à ambos os motoristas feministos e masculinos? Porque?

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