Aula 111 — Carga Elétrica (Estrutura do átomo e prótons/elétrons)
50 minObjetivo geral
Compreender a carga elétrica como propriedade fundamental da matéria, associada aos prótons e elétrons do átomo.
Objetivos específicos
- Descrever a estrutura básica do átomo (núcleo com prótons e nêutrons, eletrosfera com elétrons).
- Reconhecer que a carga elétrica é quantizada, múltipla da carga elementar e=1,6×10-19 C.
- Diferenciar corpo neutro, positivamente carregado (déficit de elétrons) e negativamente carregado (excesso de elétrons).
- Calcular a carga total de um corpo a partir do número de elétrons em excesso ou em falta.
Conhecimentos prévios
- Modelo atômico básico: núcleo e eletrosfera.
- Notação científica e potências de 10 (Módulo 0).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula111_Apresentacao.pptx.
- Canudinho de plástico e pedacinhos de papel picado, para demonstração de atração eletrostática.
- Calculadora simples.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "por que, depois de passar um pente no cabelo seco, o pente consegue atrair pedacinhos de papel?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar: de onde vem essa capacidade de atração, se o pente e o papel pareciam neutros antes? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que "eletricidade" é uma substância que aparece do nada, em vez de uma redistribuição de partículas que já existem no material.
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 9: o átomo tem um núcleo com prótons (carga positiva) e nêutrons (sem carga), cercado por uma eletrosfera de elétrons (carga negativa). A carga elétrica é QUANTIZADA: só existe em múltiplos inteiros da carga elementar e=1,6×10-19 C — não existe fração de carga elementar isolada na matéria comum. Em processos comuns de eletrização, os prótons permanecem presos no núcleo; só os elétrons (principalmente os mais externos) se movem entre os corpos. Um corpo é NEUTRO quando tem o mesmo número de prótons e elétrons; fica POSITIVO quando perde elétrons (déficit de carga negativa); fica NEGATIVO quando ganha elétrons (excesso). Resolução do obstáculo do Momento 2: o pente não cria carga nenhuma — ele arranca elétrons do cabelo por atrito, ficando com excesso de elétrons (negativo), e o cabelo fica com falta de elétrons (positivo).
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalResolução guiada: calcular a carga de um corpo que perdeu 2×1013 elétrons (Q=n·e=2×1013×1,6×10-19=3,2×10-6 C, positiva, pois perdeu elétrons). Em duplas: discutir se é possível um corpo ter uma carga de exatamente 2,4×10-19 C (resposta: não, pois não é múltiplo inteiro de e=1,6×10-19 C).
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: o pente arranca elétrons do cabelo por atrito, ficando negativo, enquanto o cabelo fica positivo. Reforçar que carga elétrica é sempre quantizada e que só elétrons se movem em eletrização comum.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.
Lista de exercícios
1. Um corpo perdeu 5×1012 elétrons. Qual a carga elétrica adquirida (em módulo) e qual o sinal?
Gabarito: Q=n·e=5×1012×1,6×10-19=8×10-7 C; sinal positivo, pois o corpo perdeu elétrons (ficou com déficit de carga negativa).
2. Uma esfera tem carga -3,2×10-18 C. Quantos elétrons em excesso ela tem?
Gabarito: n=Q/e=3,2×10-18/1,6×10-19=20 elétrons em excesso.
3. Por que a carga elétrica é chamada de "quantizada"?
Gabarito: Porque só existe em múltiplos inteiros da carga elementar e, não existindo fração de carga elementar isolada na matéria comum.
4. O que muda no átomo quando um corpo se torna eletricamente carregado: o número de prótons ou de elétrons? Por quê?
Gabarito: O número de elétrons; os prótons ficam presos no núcleo por interações fortes e não se transferem em processos comuns de eletrização, enquanto elétrons da eletrosfera (principalmente os mais externos) podem se mover entre corpos.
5. Classifique como positivo, negativo ou neutro um corpo que tem exatamente o mesmo número de prótons e elétrons.
Gabarito: Neutro.
Observações e extensão
Próxima aula: Processos de Eletrização por Atrito e Contato. Nota para o professor: a demonstração do canudinho de plástico atritado (num pano ou no cabelo) atraindo pedacinhos de papel picado costuma ser bem eficaz para abrir o módulo de eletrostática.