Montagem Experimento E01
Objetivos: Explicar como
Energia química se transforma em energia elétrica e esta em energia luminosa.
As características de uma pilha: polaridade e voltagem.
A pilha gera uma corrente elétrica e o movimento dos elétrons.
A chave fecha e abre um circuito elétrico.
A função de identidade se A = B então B = A.
O uso da chave elétrica em engenharia.
Para o Instrutor: Atividade EF08CI06 do BNCC - Ciências 8. ano, veja mais detalhes
Material
KitE01 
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- A pilha ou bateria
- Os elétrons e a pilha
- Características da pilha
- colocar a pilha no suporte
- O segundo elemento é a chave
- O Elemento 3 é a lâmpada de bulbo que se aquece
- Montagem circuito - chave aberta
- Verifique se todos os cabos estão bem conectados
- Verifique, com cuidado, se a lâmpada está com contato na base
- Verifique se a bateria está bem encaixada
- Será que a bateria está fraca?
- 1 porta pilhas com uma pilha
- 1 chave liga / desliga
- 1 porta lâmpada com lâmpada
- 3 fios de conexão
- Faça a Montagem E01 até o passo 7.
- Observe a polaridade da pilha (+) e (-)
- Desconectar os pontos 5 e 6
- Inverter a polaridade da lâmpada, com a chave aberta e montar o circuito
- 2 porta pilhas com pilhas
- 2 chaves liga / desliga
- 2 porta lâmpada com lâmpadas
- 6 fios de conexão
- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
2 chaves abertas
1 fonte de energia, uma pilha
1 resistor, a lâmpada
6 fios de conexão
- Com as duas chaves em aberto, monte o circuito
- Fechar a primeira chave, A = 1
- Deixe a chave A Aberta
- Feche a chave B
- Feche as chaves A e B
- Construção da função lógica Booleana "AND" a partir de um circuito elétrico com chaves em série.
- 2 porta pilhas com pilhas
- 2 chaves liga / desliga
- 2 porta lâmpada com lâmpadas
- 6 fios de conexão
- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
2 chaves abertas
1 fonte de energia, uma pilha
1 resistor, a lâmpada
6 fios de conexão
- Com as duas chaves em aberto, monte o circuito
- Fechar segunda chave, B = 1 e manter a primeira chave aberta, A = 0
- Deixe a chave B Aberta
- Feche a chave A
- Feche as chaves A e B
- Construção da função lógica Booleana "OR" a partir de um circuito elétrico com chaves em série.
Polaridade da pilha + polo vermelho e - polo preto.
A pilha armazena uma energia química
A pilha fornece uma corrente contínua
Elétrons no polo negativo; cátions no polo positivo.
Elétrons não caminham dentro da pilha, tem um isolante interno.
A pilha precisa de um circuito externo fechado para produzir corrente
A energia potencial da pilha "a vontade da pilha em fornecer energia"
é medida em Volts (homenagem ao invetor da pilha Alessandro Volta em 1800)
A pilha mais comum mede 1.5 V (Volts)
Pilhas não dão choque. A voltagem de 1.5 V é baixa.
A corrente elétrica que a pilha produz no corpo humano é pequena.
O funcionamento das baterias (automóveis, celular, etc..) é o mesmo da pilha, porém aquelas são recarregáveis.
A pilha é uma fonte de corrente contínua
É representada desse modo no diagrama de circuito elétrico
Deixar a chave aberta durante a montagem
| elemento físico | representação | atributo lógico |
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zero |
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1 |
A corrente elétrica enfrenta uma resistência
Que aquece o filamento da lâmpada produzindo calor e luz
| elemento físico | representação | atributo lógico |
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zero |
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| um |
Montar o circuito,utilizando os fios conforme figura.
Configuração - chave aberta corrente I = 0
A corrente elétrica é medida em Amperes, em homenagem ao físico André-Marie Ampère
A corrente elétrica mede a quantidade e a velocidade do movimento dos elétrons.
Verificar os contatos dos fios
Verificar, com cuidado, o contato da lâmpada
Observe que: se a chave está aberta (A = 0) a lâmpada está apagada (B = 0)
Se a lâmpada estiver apagada (B = 0) é porque a chave está aberta (A = 0)
Representação do circuito: chave aberta, I = 0.
Chave aberta, atributo lógico Zero, "0"
Corrente I = 0, lâmpada apagada, atributo lógico Zero, "0"
Configuração - chave aberta corrente I = 0
Chave fechada, atributo lógico = 1, corrente atravessa o circuito, elétrons em movimento
Chave fechada, atributo lógico Um , A = "1"
I > 0, lâmpada acesa, atributo lógico Um, B = "1"
Circuito Fechado mais lâmpada não acende?
Representação circuito: chave fechada, I > 0
Chave fechada, atributo lógico Um, A = "1"
lâmpada acesa, atributo lógico Um, B = "1"
Configuração - chave fechada corrente I > 0
Função lógica e matemática
Se A = B então B = A
O matemático Boole fez uma associação entre as operações lógicas e a matemática
| Lógica | Matemática | Símbolo |
Uma afirmação falsa |
0 | F |
Uma afirmação verdadeira |
1 | V |
Se A = B, uma afirmação "p" é falsa então o resultado "q" dessa mentira também será falso
Se A = B, uma afirmação "p" é verdade então "q" também será verdade
Essa ligação entre a lógica e a matemática ficou importante a partir de 1937 quando passamos a representar a lógica com circuitos elétricos para saber mais
Esse experimento mostrou como é possível associar a lógica matemática com circuitos elétricos, e isso é a base de toda a computação.
Engenharia - uso das chaves elétricas
Existem vários usos da chave elétrica, por exemplo em casa
| interruptor simples |  |
 |
A chave permite que uma alta voltagem (+/- 110 V) ligue ou desligue a lâmpada
| Chave | lâmpada |
| aberta |  |
| fechada |  |
Atividades extra: Identificar outros exemplos de chave do tipo: liga / desliga.
Atividades STEM: veja um modelagem usando o Geogebra
Instrutor: veja exemplos adicionais
Atividades extra: veja vídeo de corrente elétrica em circuito simples
Montagem E02
Objetivos
Observar que um resistor não tem polaridade (+/-)
Material
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KitE01 |
Montagem
Não alterar os outros pontos, os fios podem ter cores diferentes
Com o circuito fechado, observar a iluminação da lâmpada
Lâmpada brilha igual ou diferente ao Experimento E01?
Observe que a lâmpada incandescente, não tem polaridade
A lâmpada tem uma resistência fixa. O aquecimento do resistor não depende do sentido da corrente. Existem outros elementos com polaridade, exemplo o "LED"
Montagem Experimento E03
duas chaves em série.
Objetivos: Explicar como
funciona o circuito com duas chaves em série, uma fonte e um resistor
Observar que só existe corrente no circuito quando ambas as chaves estiver fechada
A função Boleana "AND" para saber mais
C = A . B. Quer dizer: C é verdade se e sómente se A e B são verdades
Material Kit E020
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KitE02
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Importante
Deixar a chave sempre aberta durante a montagem
Chaves abertas,lógica Zero, A = 0 e B = 0
Corrente I = 0, lâmpada apagada,lógica Zero, "0"
Duas chaves abertas,I =0,lâmpada apagada C =0
Função Booleana lógica AND
A = 0 e B = 0 -> C = 0
A representação desse circuito é
Por que a lâmpada não acende (C = 0)? quando ambas as chaves estão desligadas, A = 0 e B = 0
Qual é a corrente (I)no circuito ?
Instrutor: para saber mais vejaA = 1, chave fechada e B = 0, chave aberta
Corrente I = 0, lâmpada apagada, lógica Zero, "0"
Função Booleana lógica AND
A = 1 e B = 0 a C = 0
A representação do diagrama elétrico desse circuito é
Por que a lâmpada não acende (C = 0)?
Observe: chave A ligada, A = 1 e chave B desligada B = 0
Qual é a corrente elétrica "I" no circuito ?
A = 0, chave aberta e B = 1, chave fechada
Corrente I = 0, lâmpada apagada,lógica Zero,"0"
Função Booleana lógica AND
C = A.B ; A = 0 e B = 1 a C = 0
A representação do diagrama elétrico desse circuito é
Por que a lâmpada não acende (C = 0)? quando a chave A está desligada, A = 0 e a chave B ligada B = 1
Qual é a corrente elétrica "I" no circuito ?
A = 1, chave fechada e B = 1, chave fechada
Corrente I > 0, lâmpada acesa, lógica Um, "1"
Função Booleana lógica AND
C = A.B; A = 1 e B = 1 a C = 1
A representação do diagrama elétrico desse circuito é
A lâmpada acendeu? Por que?
Qual é a corrente elétrica "I" no circuito ?
A álgebra Booleana é a ferramenta básica dos computadores, celulares, Inteligência Artificial "IA"(Artificial Intelligence, "AI")
Com esse experimento - E03 - construímos nossa primeira função que "pensa" somente com um circuito elétrico
Observe a tabela
| A Chave | B Chave | C Lâmpada |
Zero = "0" Falso = "F" |
Zero = "0" Falso = "F" |
Zero = "0" Falso = "F" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Zero = "0" Falso = "F" |
Zero = "0" Falso = "F" |
|
Zero = "0" Falso = "F" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Zero = "0" Falso = "F" |
|
Um = "1" Verdade = "V" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Observe a tabela sómente com os símbolos
| A | B | C |
| F |
F |
F |
| V |
F |
F |
|
F |
V |
F |
|
V |
V |
V |
Na representação numérica a função Boleana AND é idêntico a uma multiplicação: C = A . B
| A |
B |
C = A . B |
| 0 |
0 |
0 |
| 1 |
0 |
0 |
| 0 |
1 |
0 |
| 1 |
1 |
1 |
Com o uso de chaves é desse modo que um computador "pensa" e "multiplica" dígitos.
Engenharia - uso prático das chaves elétricas
Existem vários usos da chave elétrica, por exemplo em casa
Nas residências existe um quadro geral de chaves ou disjuntores uma chave geral em série conecta a energia elétrica externa com o circuito elétrico do imóvel ela fica sempre ligada.Só é desligada para serviços de manutenção por pessoal autorizado. Em casos de emergência (incêndio, curto circuito) ela desliga automaticamente
Instrutor: para saber mais veja
Montagem Experimento E04
duas chaves em paralelo.
Objetivos: Explicar como
funciona o circuito com duas chaves em paralelo, uma fonte e um resistor
Observar que só existe corrente no circuito quando uma das chaves estiverem fechadas
A função Boleana "OR" para saber mais
C = A + B, C é verdade se A é verdade OU se B é verdade
O uso da chave elétrica em paralelo na engenharia.
Material Kit E020
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KitE02
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Importante
Deixar a chave sempre aberta durante a montagem
Chaves abertas, atributo lógico Zero, A = 0 e B = 0
Corrente I = 0, lâmpada apagada, atributo lógico Zero, "0"
As duas chaves abertas, I = 0, lâmpada apagada, C = 0
Função Booleana lógica OR
C = A + B ; A = 0 e B = 0 a C = 0
A representação desse circuito é
Por que a lâmpada não acende (C = 0)? quando ambas as chaves estão desligadas, A = 0 e B = 0
Qual é a corrente (I)no circuito ?
Instrutor: para saber mais veja
A = 0, chave aberta e B = 1, chave fechada
Corrente I > 0 , lâmpada acesa, atributo lógico Um, "1"
Função Booleana lógica OR
A = 1 e B = 0 a C = 1
Por que a lâmpada acende (C = 1)? mesmo com a chave A desligada?
Qual é a corrente elétrica "I" no circuito ?
A = 1, chave fechada e B = 0, chave aberta
Corrente I > 0, lâmpada acesa, atributo lógico Um, "1"
Função Booleana lógica OR
C = A + B ; A = 1 e B = 0 a C = 1
A representação do diagrama elétrico desse circuito é
Por que a lâmpada acende (C = 1) mesmo com a chave B = 0 desligada?
Qual é a corrente elétrica "I" no circuito ?
A = 1, chave fechada e B = 1, chave fechada
Corrente I > 0, lâmpada acesa, lógica Um, "1"
Função Booleana lógica OR
C = A + B ; A = 1 e B = 1 a C = 1
A representação do diagrama elétrico desse circuito é
A lâmpada acendeu? Por que?
Qual é a corrente elétrica "I" no circuito ?
A álgebra Booleana é a ferramenta básica dos computadores, celulares, inteligência Artificial (Artificial Intelligence, AI)
Com esse experimento - E04 - construímos a função que "pensa" como se fosse uma afirmação "OU" somente com um circuito elétrico
Observe a tabela
| A Chave | B Chave | C Lâmpada |
|
Zero = "0" Falso = "F" |
Zero = "0" Falso = "F" |
Zero = "0" Falso = "F" |
|
Um = "1" Verdade = "V" |
Zero = "0" Falso = "F" |
Um = "1" Verdade = "V" |
|
Zero = "0" Falso = "F" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Um = "1" Verdade = "V" |
|
Um = "1" Verdade = "V" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Um = "1" Verdade = "V" |
Observe a tabela sómente com os símbolos
| A | B | C |
| F |
F |
F |
| F |
V |
V |
|
V |
F |
V |
|
V |
V |
V |
Na representação numérica a função Boleana OR é semelhante a uma adição: C = A + B
| A | B | C = A + B |
| 0 |
0 |
0 |
| 0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
Com o uso de chaves é desse modo que um computador "pensa" e "soma" dígitos.
O problema da soma aritmética com as duas chaves.
Quando a soma é o número "1" mais o número "1" o resultado é 2 e não "1"
No mundo digital, dos computadores, celulares e outros só existem os dígitos "0" e "1"
assim o número 2 da base 10 é representado na base 2 com zero e um :
2base 10 = 1.21 + 0.20= "10"base 2
Instrutor: para saber mais sobre base bináriaEngenharia - uso prático das chaves elétricas
Existem vários usos da chave elétrica, por exemplo em casa.
Em uma residência as chaves, ou disjuntores, de cada setor são conectadas em paralelo
Cada setor de uma casa é controlado por uma chave em paralelo
Em geral as chaves de tomadas são diferentes das chaves de iluminação
Como o chuveiro consome muita energia, é comum uma chave em paralelo só para o chuveiro elétrico
Montagem Experimento E05
duas pilhas, ou baterias, em série.
Objetivos: Explicar como
Duas baterias funcionam quando ligadas em série.
Material Kit E020
KitE02
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- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
1 chave aberta
2 fontes de energia, duas pilhas
1 resistor, a lâmpada
4 fios de conexão
- Montar 2 baterias em série conforme a figura
Verificar bem os polos positivo (+) e negativo (-)
Conectar o negativo (-) de uma pilha com o positivo de outra (+)
Caso não consiga uma boa conexão, pode-se fazer usando um fio
- Com a chave em aberto, monte o circuito
- Fechar a chave.
- A diferença de potencial dobrou, a resistência da lâmpada é a mesma, o que você acha que aconteceu com a corrente?
O brilho aumentou? - Nesse caso o brilho aumentou quatro vêzes mais
Instrutor: para saber mais veja
Importante
Deixar a chave sempre aberta durante a montagem
No circuito aberto, I = 0,
Duas pilhas de mesmo valor, dobra a energia potencial
a representação do circuito é
Engenharia - uso prático das pilhas em série
Um exemplo são as pilhas do controle remoto da TV
Observar que o polo negativo é conectado ao positivo em série
Os painéis solares convertem a energia solar em energia elétrica também são ligados em série para aumentar a voltagem
Uma célula solar produz aproximadamente 0,5 Volts porém quando ligadas em série produzem muito mais
Um conjunto de 36 células solares em série produz 18 Volts (36*0,5 = 18)
Observe que na ligação dos painéis em série, o Positivo é conectado ao negativo, são baterias em série.
Nos painéis solares a energia solar é convertida diretamente em energia elétrica, não pode ser armazenada como em uma pilha
Montagem Experimento E06
duas pilhas, ou baterias, em paralelo.
Objetivos: Explicar como
Material Kit E02
KitE02
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- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
- Montar 2 baterias em paralelo conforme a figura
Verificar bem os polos positivo (+) e negativo (-)
Conectar o negativo (-) com o negativo (-)
Em paralelo não, não, se pode ligar positivo com negativo, a pilha se esgota rapidamente, é um curto circuito
- Com a chave em aberto, monte o circuito
- Fechar a chave.
- Qual a diferença entre a corrente (I) nesse Experimento e o E01?
O brilho aumentou ou continua o mesmo que o Experimento E01?
Instrutor: para saber mais veja
1 chave aberta
2 fontes de energia, duas pilhas
1 resistor, a lâmpada
4 fios de conexão
Importante
Deixar a chave sempre aberta durante a montagem
No circuito aberto, I = 0,
Duas pilhas de mesmo valor, mesma energia potencial
Duas pilhas de mesmo valor em paralelo, dobra a capacidade de energia armazenada
a representação do circuito é
Engenharia - uso prático das pilhas em paralelo
Existem vários usos da bateria em paralelo. Usamos bateria em paralelo onde existe grande consumo de energia elétrica
Você já viu a "chupeta" em automóvel ? Quando "acaba" a energia elétrica da bateria do carro, conecta-se dois cabos à bateria de outro carro. Assim o carro com a bateria "arridada" (sem energia elétrica) consegue dar partida pois a energia para isso será fornecida pela bateria ligada em paralelo
Dando a partida no carro com bateria baixa, a bateria passa a recarregar e o carro conseguirá dar a partida
conectando duas baterias de automóvel, observar a polaridade
Montagem Experimento E07
duas lâmpadas em série.
Objetivos: Explicar como
Duas lâmpadas em série são conectadas
Material Kit E020
KitE02
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- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
1 chave aberta
2 fontes de energia, duas pilhas
2 resistores, duas lâmpadas
4 fios de conexão
- Montar o circuito de duas lâmpadas em série
o diagrama elétrico é
Com a chave em aberto, a corrente que atravessa ambas as lâmpadas é I = 0
- Fechar a chave.
a representação do circuito é
As lâmpadas brilham iguais? a corrente que atravessa uma lâmpada é diferente da corrente que atravessa a outra lâmpada?
Caso uma lâmpada queime a outra ficará acesa? tente desconectar uma lâmpada e ver o que acontece
Engenharia - uso prático das lâmpadas em série
A lâmpada em série tem pouco interesse pois se uma queima o circuito não produz corrente. Uma aplicação prática das lâmpadas em série é a luz do pisca-pisca de natal.
Montagem Experimento E08
duas lâmpadas em paralelo.
Objetivos: Explicar como
Duas lâmpadas, ou resistores, em paralelo são conectadas e a corrente se divide nos dois ramos.
Material Kit E020
KitE02
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- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
1 chave aberta
2 fontes de energia, duas pilhas
2 resistores, duas lâmpadas
4 fios de conexão
- Montar o circuito de duas lâmpadas em paralelo
cujo diagrama elétrico é
Com a chave em aberto, a corrente que atravessa ambas as lâmpadas é I = 0
- Fechar a chave.
a representação do circuito é
As lâmpadas brilham iguais? a corrente que atravessa uma lâmpada é diferente da corrente que atravessa a outra lâmpada?
Caso uma lâmpada queime a outra ficará acesa? tente desconectar uma lâmpada e ver o que acontece
Engenharia - uso prático das lâmpadas em paralelo
A ligação em paralelo é a mais comum
Em uma casa as tomadas são ligadas em série ou paralelo? Uma vantagem da ligação em paralelo é que uma fonte de consumo (geladeira, lâmpadas, etc..) não interfere com as outras
Montagem Experimento E09
Circuitos em série e paralelo
Objetivos: Explicar como
construir circuitos em série e paralelo
Material Kit E020
KitE02
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- Você já fez a montagem E01 ?
Se não fez! volte e faça a montagem E01 antes de continuar
- Organize o material necessário
2 chaves aberta
2 fontes de energia, duas pilhas
2 resistores, duas lâmpadas
4 fios de conexão
- Montar o circuito com chaves em série e paralelo
cujo diagrama elétrico é
Com a chave em aberto, a corrente que atravessa ambas as lâmpadas é I = 0
- Fechar a chave da lâmpada em paralelo e observe.
- Abra a chave da lâmpada em paralelo e feche a chave geral em série
a representação desse circuito elétrico é :
Por que só uma lâmpada acende?
Observar que a chave geral libera corrente para uma parte do circuito, a que não tem chave.
- FEche as duas chaves, em série e paralelo
a representação desse circuito elétrico é :
As lâmpadas são idênticas, têm a mesma resistência, o que se pode dizer da corrente que passa em cada uma delas
O que se pode dizer sobre o brilho de cada lâmpada, é diferente do Experimento E01
Por que a corrente no circuito é 2.I?
A combinação de chaves em série e paralelo é comum
Instrutor: para saber mais vejaEngenharia - uso prático das chaves em série e paralelo
Em uma residência temos um equivalente ao circuito E09, uma chave geral em série e várias chaves em paralelo
Nas residências existe um quadro geral de chaves ou disjuntores uma chave geral em série conecta a energia elétrica externa com o circuito elétrico do imóvel e fica sempre ligada. É desligada para serviços de manutenção por pessoal autorizado. Em casos de emergência (incêndio, curto circuito) ela desliga automaticamente
a representação desse circuito elétrico é :
Por que I = 0 e nenhuma das lâmpadas acendem?
Observar que a chave geral está aberta, ela controla a corrente do circuito
Lista de Experimentos
Experimento E01 Circuito Elétrico simples Experimento E02 Circuito Elétrico polaridade do resistor Experimento E03 Circuito Elétrico 2 chaves em série, AND Experimento E04 Circuito Elétrico 2 chaves em paralelo OR Experimento E05 Circuito Elétrico 2 pilhas em série Experimento E06 Circuito Elétrico 2 pilhas em paralelo Experimento E07 Circuito Elétrico 2 resistores em série Experimento E08 Circuito Elétrico 2 resistores em paralelo Experimento E09 Circuito Elétrico chaves em série e paralelo