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Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física
Mestrado Nacional Profissional
Sociedade Brasileira de Física
CADERNO DO PROFESSOR DE FÍSICA
MATERIAIS SEMICONDUTORES: Uma
abordagem para o ensino médio
Andressa Giarola Alves
Antonio dos Anjos Pinheiro da Silva
Antônio Marcelo Martins Maciel
LAVRAS – MG
2016
Andressa Giarola Alves
Antonio dos Anjos Pinheiro da Silva
Antônio Marcelo Martins Maciel
MATERIAIS SEMICONDUTORES: Uma
abordagem para o ensino médio
Unidade Didática desenvolvida como requisito parcial
para obtenção do grau de Mestre em Ensino de Física,
no Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física da
Universidade Federal de Lavras, fazendo parte da
dissertação de mestrado com o mesmo título,
disponível em: <http://lite.dex.ufla.br/MNPEF>.
LAVRAS – MG
2016
Caderno do Professor de Física, v. 2, n.2, 2016
Departamento de Ciências Exatas – UFLA
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
L I C E N Ç A
Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-
NãoComercial-Compartilha Igual 4.0 Internacional. Para ver uma cópia desta licença, visite
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/.
Ficha Catalográfica
Alves,G. Andressa.
MATERIAIS SEMICONDUTORES: Uma abordagem para o ensino
médio/ Andressa Giarola Alves, Antonio dos Anjos Pinheiro da
Silva – Lavras: UFLA, Departamento de Ciências Exatas, 2016.
50 p. : il (Caderno do Professor de Física/ v. 2, n.2)
Produto Educacional (Unidade Didática), do Curso de Mestrado
Profissional, do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física,
da Universidade Federal de Lavras.
1. Ensino de Física. 2. Física Moderna e Contemporânea; 3.
Materiais Semicondutores; 4. Aprendizagem; 5. Sequência Didática.
I. da Silva, Antonio dos Anjos Pinheiro; II. Alves, Andressa Giarola;
materiais semicondutores: uma abordagem para o ensino médio
III. Série.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus. Sem ele, jamais teria imaginado e conseguido chegar até aqui.
Ao Professor Antonio do Anjos, pela paciência, pela confiança e pela oportunidade de trabalhar ao
seu lado.
Aos professores Antônio Marcelo, Iraziet Charret e Helena Libardi, por serem os maiores
incentivadores na superação dos meus limites desde a graduação.
Aos colegas de mestrados, em especial à Juliana, pelo companheirismo e lealdade. Todos sempre
muito gentis, alegres e presentes.
Aos meus pais, os quais sempre me incentivaram.
Aos meus irmão, Frederico e Priscila, pelo carinho.
Ao meu querido Stéfano, sempre um porto.
À equipe Dom Delfim, pela oportunidade confiança.
À família Colégio Tiradentes, pelo incentivo e sensibilidade nesta etapa.
Aos meus alunos, pela delicadeza no compartilhamento deste meu aprendizado.
Sumário
1.Apresentação...................................................................................................................................7
2.Estrutura das Atividades..................................................................................................................8
3.Orientações Gerais..........................................................................................................................9
4.Objetivos Gerais............................................................................................................................10
5.Perspectiva Adotada......................................................................................................................10
6.Detalhamento Aula a Aula.............................................................................................................11
6.1.Atividade I – Sondando o mecanismo de funcionamento de diferentes tipos de lâmpadas.
Investigando a natureza das lâmpadas LED no comércio da cidade...........................................12
6.2.Atividade II – Discussão e depoimentos sobre a investigação da aula anterior....................21
6.3.Entendendo a estrutura atômica.............................................................................................22
6.4.Atividade IV – Bandas energéticas dos sólidos condutores, isolantes e semicondutores.....25
6.5.Atividade V – Modelos de Bandas energéticas dos sólidos condutores, isolantes e
semicondutores............................................................................................................................30
6.6.Atividade VI – Construção do modelo de rede cristalina do material Semicondutor
Intrínseco e Extrínseco (dopagem do tipo P e N)........................................................................31
6.7.Atividade VII – Junção P e N e o diodo................................................................................35
7.REFERENCIAS............................................................................................................................38
1. Apresentação
Em cumprimento à exigência do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
(MNPEF), de se gerar um produto educacional, acompanhando a dissertação, foi construída esta
sequência didática.
Sobre o que define uma sequência didática, Adúriz-Bravo (2001), esclarece que as intenções
de uma sequência didática vão além dos cuidados com os produtos finais, uma vez que compreende
um conjunto de atividades diversificadas e inter-relacionadas que vão desde a investigação até a
prática da Educação Científica.
De acordo com Zabala (1998), uma sequência didática é um conjunto ordenado de
atividades, estruturadas e articuladas para o cumprimento de um objetivo educativo em relação a
um conteúdo específico. Uma sequência didática deve envolver:
• Uma definição clara dos conteúdos a serem ensinados e seus respectivos objetivos
educativos, isto é, o enfoque e a profundidade com que o processo de aprendizagem deve
ocorrer;
• Uma sequência ordenada de atividades que serão propostas aos alunos com o propósito de
atingir os objetivos relacionados;
Assim, semelhantemente a sequência didática sugerida por Zabala (1998), utilizaremos
destes parâmetros como uma orientação na finalidade de evidenciar os diversos aspectos do ensino
e, além de utilizá-lo como guia cognitivo.
Nesta unidade didática serão desenvolvidos conteúdos pertinentes aos materiais
semicondutores. Para que esta atividade seja realizada de forma significativa no que se refere à
construção do conhecimento a respeito dos materiais semicondutores, é necessário que os alunos já
tenham tido noções de eletricidade como, por exemplo, já saibam diferenciar materiais condutores
de materiais isolantes, processos de eletrização de corpos, quantização e conservação da carga
elétrica.
Esta unidade didática está dividida inicialmente em sete atividades relativas aos materiais
semicondutores, por exemplo, na quinta atividade é proposto aos alunos a construção de um modelo
para as bandas de energia num sólido (isolante, condutor e semicondutor) e, na sexta aula, um
roteiro investigativo será desenvolvido pelos alunos com o auxílio do professor. Durante a
construção do modelo e a execução do roteiro o papel do professor é imprescindível como
orientador e mediador das discussões na construção dos conceitos principais acerca dos materiais
semicondutores.
Espera-se que esse material seja útil para o professor que deseja trabalhar o conceito de
Materiais Semicondutores no EM, bem como, inserir Física Moderna e Contemporânea através da
dos conceitos de Materiais Condutores e Isolantes.
Àqueles que por ventura desenvolverem as atividades aqui propostas, junto aos seus alunos,
fica nosso agradecimento.
Os autores.
2. Estrutura das Atividades
Atividades Objetivos específicos Conteúdo Metodologia Recursos didáticos
Atividade I – Sondando o
mecanismo de funcionamento
de diferentes tipos de
lâmpadas. Investigando a
natureza das lâmpadas LED no
comércio da cidade
1. Promover questionamentos e discussões a respeito do
funcionamento de três lâmpadas presentes no cotidiano dos
alunos
2. Estreitar as discussões a respeito da matéria prima que compõe
as lâmpadas de LED – os materiais semicondutores.
3. Mostrar a importância dos materiais semicondutores na
tecnologia atual.
4. Engajar uma reflexão social a respeitos das mudanças
tecnológicas na sociedade.
5. Discutir a relação tecnologia, ciência e sociedade.
1. Materiais condutores e
semicondutores
1. Discussão sobre o
funcionamento das lâmpadas
incandescente, fluorescente e
LED;
2. Roteiro de questões;
3. Discussão e leitura do texto
“Do fogo a Lâmpada LED”.
1. Exposição de
alguns modelos de
lâmpadas
incandescente,
fluorescente e da
lâmpada de LED.
2. Roteiro de
questões e;
3. Recortes de artigos
pesquisados na
Atividade II – Discussão e
depoimentos sobre a
investigação da aula anterior.
1. Promover uma reflexão quanto à necessidade de estudar os
materiais semicondutores devido sua importância na ciência, na
tecnologia e sociedade.
1.Materiais Semicondutores1. Grupo de discussão
Quadro e Giz
Atividade III – Entendendo a
estrutura atômica
1.Discutir quais dos elementos da tabela periódica são
encontrados isolados na natureza;
2. Entender o conceito das ligações químicas entre os átomos
3. Compreender que alguns dos átomos se agregam uns aos outros
para minimizar sua energia quando estão isolados;
4. Compreender que o átomo isolado possui níveis de energia
onde se encontram os elétrons.
5. Entender que a instabilidade eletrônica é presente naqueles
átomos onde seus respectivos níveis de energia não estão
completamente preenchidos.
1. Ligações Químicas
1. Em sala de aula, os alunos
assistirão aos dois vídeos;
2. Discussão do vídeo conectando
com os objetivos propostos.
1. Data show;
2. Tabela periódica
impressa.
2. Quadro e giz
Atividade IV – Bandas
energéticas dos sólidos
condutores, isolantes e
semicondutores. 1ª etapa.
Objetivos Específicos
1. Compreender que átomos quando se agregam formam
moléculas, e que o arranjo destas moléculas caracteriza a matéria
em um dos estados: sólido, líquido ou gasoso.
2. Entender o que são os níveis de energia num átomo;
3. Compreender que num átomo isolado os elétrons existem em
níveis de energia. Num sólido, em que um grande número de
átomos se encontra ligados muito próximos uns dos outros,
formando uma rede, os elétrons são influenciados por um
determinado número de núcleos próximos e os níveis de energia
dos átomos transformam-se em bandas de energia.
4. Compreender que a banda de energia é o conjunto dos níveis de
energia que os elétrons num sólido podem possuir.
5. Compreender que a estrutura das bandas dos sólidos explica as
suas propriedades elétricas.
6. Entender a diferença entre os materiais que possuem
propriedades condutoras e os que possuem propriedades isolantes.
7. Compreender que as propriedades dos materiais
semicondutores encontram-se intermediária entre os materiais
condutores e isolantes.
1. Teoria de Bandas de Energia 1. Aula expositiva dialogada1.Quadro e Giz2. Texto de apoio
Atividade V – Bandas
energéticas dos sólidos
condutores, isolantes e
semicondutores.
1. Promover a aplicação dos conceitos abordados nas atividades
anterior através da construção de uma maquete 1. Teoria de Bandas de Energia 1. Apresentação das maquetes Diversos
Atividade VI – Construção do
modelo de rede cristalina do
material Semicondutor
1. Compreender o que caracteriza uma rede cristalina.
2. Construir e analisar a condutibilidade uma rede cristalina de Si
e saber que este tipo de rede se denomina semicondutor intrínseco.
1. Semicondutores e processo de
dopagem.
1. Dividir a sala em grupo;
2. Fornecer aos estudantes o
roteiro investigativo e
Roteiro Investigativo
Intrínseco e Extrínseco
(dopagem do tipo P e N).
3. Construir e analisar a condutibilidade de uma rede cristalina de
Si com impurezas de B e outra rede cristalina de Si com
impurezas de P.
4. Comparar a condutibilidade das duas redes cristalinas anteriores
e saber que este tipo de rede se denomina semicondutor extrínseco
com dopagem do tipo P e N.
5. Entender que estes processos de dopagem não se encontram na
natureza, é produzido em laboratórios.
juntamente ele, entregar os
recortes que representam os
elétrons de valência dos
elementos químicos: Silício,
Boro e Fósforo.
Atividade VII – Junção P e N e
o diodo.
1. Apresentar a polarização de um diodo
2. Apresentar como as lâmpadas de LED funcionam (Vídeo)
3. Promover uma investigação nas influências sociais e ambientais
quanto à utilização dos materiais semicondutores no mundo atual.
1. Materiais Semicondutores 1. Aula expositiva1. Quadro e giz2. Vídeo
3. Orientações Gerais
Antes do início das atividades descritas a seguir, os estudantes deverão ser informados sobre
as apresentações que farão no final da sequência das aulas. Para ajudá-los, em cada aula serão
fornecidos textos que os auxiliarão nessa tarefa.
Caro professor, quando você estiver finalizado os conceitos de materiais condutores e
isolantes, criam-se assim, as condições necessárias para iniciar as discussões sobre como as
lâmpadas incandescentes e fluorescentes funcionam – 1a atividade, partindo daí a busca do
entendimento como as lâmpadas de LED funcionam.
A sugestão é que a primeira atividade se inicie com a discussão como as três lampadas
funcionam e como ocorreu a evolução destas. A importância dessa aula é dar significado para o
objetivo desta sequência.
A segunda atividade, com a ida dos grupos de alunos no comércio da cidade, deve explorar o
contexto sociocultural evidenciando o fato de que os alunos convivem com o tema proposto. A
partir desta aula os alunos serão conduzidos a uma visão microscópica procurarando entender como
as lâmpadas de LED funcionam.
A terceira atividade tem como objetivo revisar com os alunos conceitos como ligações
química, mais especificamente, ligações covalente. A quarta aula será expositiva pois abrange
conceitos complexos sobre a Teoria de Bandas de Energia, no qual será focada para os sólidos
condutores, isolantes e semicondutores.
A quinta atividade, por sua vez, é continuação da aula anterior, onde os grupos de alunos
terão que apresentar suas interpretações para os modelos de Bandas de Energia para os três tipos de
sólidos.
Na sexta atividade, os grupos deverão construir modelos de redes cristalinas com auxílio do
Roteiro Investigativo. E, para finalizar com uma aula expositiva, os alunos serão conduzidos para o
entendimento de como de fato as lâmpadas de LED funcionam. Também o professor promove uma
discussão para abordar a importância do conhecimento e entendimento de determinados
dispositivos eletrônicos no cotidiano.
Portanto, vale ressaltar que este material foi construído para auxiliar professores do ensino
médio com a inserção de temas de Física Contemporânea em suas salas de aula. As estratégias
foram pensadas sempre com a intenção de tornar os estudantes ativos durante os processos de
aprendizagem.
4. Objetivos Gerais
Desenvolver com os estudantes do terceiro ano do Ensino Médio temas relacionados aos ao
Materiais Semicondutores, de forma a contribuir para uma compreensão mais ampla da realidade
relacionando-o com os avanços tecnológicos e sociais.
Investigar como os estudantes compreendem os limites da Física Clássica e a importância de
se estudar Física Contemporânea, com vistas a identificar contribuições para uma formação cidadã.
5. Perspectiva Adotada
As ações pedagógicas adotadas no desenvolvimento desta sequência didática reflete em
grande maioria, a perspectiva interacionista da teoria de Vigotsky, a qual atribui enorme importância
ao papel da interação social no desenvolvimento do ser humano. A aprendizagem em grupo que
fundamenta essa interação pode ser desenvolvida através do uso de diversas metodologias de
ensino, seja pela experimentação, a leitura comentada de um texto, um debate a cerca de um dado
assunto, uma atividade investigativa usando um programa computacional ou mesmo a exposição de
ideias e conclusões (AMÉRICO e MAGGI, 2013). Tais atividades permitem que os alunos
interajam entre si, promovendo um ambiente favorável a trocas e construções de novos
conhecimentos.
Uma perspectiva vygotskyana deve, com certeza, se estabelecer com forte interação social,
no qual não exclui o professor, muito pelo contrário, enaltece a sua importância como o parceiro
mais capaz. Mas essa interação não se limita a um mero trabalho em grupo, e sim, ao trabalho em
grupo monitorado e orientado por um professor que saiba trabalhar com os conceitos fundamentais
dessa teoria (instrumento, signo, parceiro mais capaz, zona de desenvolvimento proximal, fala
privada, etc.) no sentido de guiar os alunos nos seus debates que podem ocorrer entre os alunos e
entre alunos e professor. Esse professor deve também saber extrair do discurso dos alunos,
elementos que podem guiá-lo nas metodologias e estratégias a serem adotadas, uso de recursos
didáticos e em quais conceitos do conteúdo focalizar sua ação. (OSTERMAN e CAVALCANTTI,
2010).
Como já mencionado, segundo Vygotsky, o desenvolvimento cognitivo do aluno se dá por
meio da interação social, ou seja, de sua interação com outros indivíduos e com o meio. Neste
sentindo, fazendo uma análise dos desenvolvimentos tecnológicos atuais e seus os efeitos, positivos
e/ou negativos, na sociedade moderna, observa-se uma sociedade cada vez mais dependente destes
avanços, bem como a substituição das ações humanas por esta tecnologia. Desta forma, decorre a
necessidade, mesmo que indireta, da compreensão do conhecimento científico e tecnológico para as
tomadas de decisões comuns, individuais ou coletivas dos indivíduos que fazem parte deste mundo.
(RICARDO, 2007)
Segundo Ricardo (2007),
Os jovens, em particular, interagem constantemente com novos hábitos de consumoque são reflexos diretos da tecnologia atual. Paradoxalmente, não recebem na escolauma formação para a ciência e a tecnologia que vá além da informação e de relaçõesmeramente ilustrativas ou motivacionais entre esses campos de saberes. Mesmoquando há inovações, que buscam aproximar os alunos do funcionamento das coisase das questões tecnológicas, ainda ficam ausentes outras dimensões do mundoartificial e da compreensão da sua relação com a vida diária.
Seguindo esta vertente, a sequência didática também busca relacionar os avanços tecnólogos
científicos presentes nas lâmpadas de LED com o cotidiano do aluno, através uma reflexão das
influências, positivos e/ou negativos, na inserção destes dispositivos na sociedade atual.
Como ferramenta didática, a sequência também faz uso da leitura de textos que auxiliarão na
construção do conhecimento. A leitura propicia muito mais que apenas os produtos da ciência, suas
leis e teorias, ela permite uma socialização ampla do leitor, ampliando a interpretação e associação
da ciência em seus aspectos sociais, históricos e culturais. Trabalhar a leitura em aulas de Física
permite inserir contextos sociais e históricos, com potencial para se trabalhar a ciência como
produtora de sentidos. Sua principal contribuição é a de mostrar que a leitura tem um papel
importante na mediação da produção de conhecimento científico em um contexto mais amplo.
(LIMA; RICARDO, 2015)
Como já mencionado acima, conceitos como o de Vygotsky nos ajudaram a compreender
que a maior parte da aprendizagem é construída a partir de relações sociais. Assim, seguindo esta li-
nha de aprendizagem, acreditamos que mediante a conversa e o diálogo, os alunos chegam a sua
própria compreensão de um conceito ou conhecimento. Portanto, partimos do princípio de que os
seres humanos são criaturas sociais e comunicativas pois, em geral, gostam de interagir com outras
pessoas, optamos em trabalhar com as duas turmas em grupos de alunos.
6. Detalhamento Aula a Aula
A sequência didática trata do desenvolvimento de sete atividades envolvendo o tema de
Materiais Semicondutores uma abordagem para alunos do Ensino Médio. Para isto, ela está
inicialmente dividida em sete atividades nas quais, paulatinamente, os alunos construirão as ideias
principais sobre materiais semicondutores. É esperado que após esta sequência de atividades os
alunos consigam diferenciar semicondutores do tipo intrínsecos e extrínsecos (tipo P e N) assim
como, caracterizar uma junção do tipo PN, compreendendo o mecanismo da polarização reversa e
direta, que consiste no princípio básico de funcionamento dos diodos, bem como, relacionar estes
conceitos com os avanços tecnológicos e sociais. Desta forma, sugere-se que a sequência didática
proposta seja realizada após o desenvolvimento das aulas de processos de eletrização da matéria,
em particular, no momento em que o professor estiver diferenciando os materiais condutores dos
materiais isolantes.
6.1. Atividade I – Sondando o mecanismo de funcionamento de diferentes tipos de
lâmpadas. Investigando a natureza das lâmpadas LED no comércio da cidade
Conversa com o professor
Caro professor, o objetivo aqui é fazer uma breve investigação do conhecimento prévio dos
alunos verificando se em seus relatos estarão presentes palavras como: resistência elétrica, diferença
de potencial, efeito Joule, lâmpada a gás, semicondutores, etc. Fechando este primeiro momento o
professor deverá recolher o material produzido pelos alunos para posterior análise e discussão e, em
seguida, fazer uma breve explanação sobre o funcionamento de cada uma das lâmpadas.
Objetivos
Este momento foi pensado como sendo o gatilho da atividade proposta, tendo como objetivo
promover questionamentos e discussões a respeito do funcionamento de três lâmpadas presentes no
cotidiano dos alunos – a incandescente, a fluorescente e uma lâmpada de LED. E, também, realizar
uma avaliação diagnóstica a respeito dos conteúdos que são pré-requisitos para o andamento desta
unidade didática.
Pretende-se também com esta atividade estreitar as discussões a respeito da matéria prima
que compõem as lâmpadas de LED, bem como sua utilidade no cotidiano dos alunos. Também é do
nosso interesse promover o conflito entre os conhecimentos que os estudantes possuem sobre
materiais semicondutores e a tecnologia presentes no seu dia a dia.
Metodologia e estratégias
O professor como mediador das discussões após exibir cada lâmpada poderá propor
questões e solicitar que os alunos expressem suas respostas na forma escrita. Durante esta atividade
o professor pode registrar em seu diário de campo suas impressões a respeito do comportamento da
turma frente à atividade como, por exemplo, possíveis afirmações, dúvidas, interesse pelo assunto,
apatia, etc. Abaixo sugerimos algumas questões que podem ser propostas, cujas respostas devem ser
coletadas pelo professor para futura analise.
a) Vocês conhecem estas três lâmpadas? Qual a finalidade delas no seu cotidiano?
b) Por que hoje em dia as lâmpadas incandescentes estão mais difíceis de serem encontradas
nas casas?
c) Sobre a lâmpada de LED:
i. De onde vocês conhecem esta palavra (LED)?
ii. Vocês já conheciam as lâmpadas de LED?
iii. Por que ela é tão moderna? O que ela tem de diferente?
iv. Como ela funciona? De que material ela é feita? Vocês saberiam explicar?
v. O que ela tem de diferente das outras duas?
Ainda nesta discussão, mais especificamente quando o professor for explicar o
funcionamento das lâmpadas incandescentes e fluorescentes, com auxílio de um vídeo1 que ilustra o
funcionamento destas lâmpadas, explicar aos alunos como estas lâmpadas funcionam, bem como os
motivos da substituição de uma lâmpada pela outra no mercado. A partir desta explicação, sugere-se
apresentar o objetivo geral da sequência de sete atividades: “Explicar o funcionamento das
lâmpadas de LED”.
Após esta breve discussão inicial, o professor deverá dividir a turma em grupos, no qual
permanecerão até ao final das sete atividades. Assim, o professor deverá entregar aos alunos o texto
“Do fogo a Lâmpada LED”, e pedir que os grupos façam uma leitura e discuta os principais
aspectos do texto. Prosseguindo as discussões feitas pelos grupos, o professor deve propor que cada
grupo responda a cinco questões, previamente elaboradas pelo professor, agora exclusivamente a
respeito das lâmpadas LED.
Com este roteiro de questões, é necessário que o professor também entregue aos grupos um
material de pesquisa que pode ser recortes de artigos pesquisados na internet, jornal ou revista com
notícias, anúncios, informes, investigação, pesquisa e outros sobre as lâmpadas de LED. Estes
recortes deverão estar em acordo com as questões presentes no roteiro. Pretende-se com estes
recortes proporcionar algum tipo de auxílio aos grupos na elaboração de suas respostas.
Após os grupos responderem as questões presentes no roteiro, será destinada a eles uma
atividade extraclasse: agora os grupos deverão agora fazer uma investigação no comércio da cidade
procurando oficinas mecânicas, lojas de dispositivos eletrônicos, lojas de assistência técnica de
celulares, lojas de venda de eletrodomésticos entre outro, s que sejam fornecedores de lâmpadas de
LED ou que comercializam produtos onde elas estejam presentes. O objetivo desta etapa é
investigar qual o grau de conhecimento desses setores da sociedade a respeito das lâmpadas LED,
qual sua natureza e a partir de que material elas são confeccionadas, etc.
1 Funcionamento das lâmpadas fluorescentes: https://www.youtube.com/watch?v=dEwRG9EpWzY
Funcionamento das lâmpadas incandescentes: https://www.youtube.com/watch?v=qmWpbykZBBQ
Materiais Didáticos
TEXTOS DE APOIO
Lâmpadas LED com certificação do Inmetro
Norma deve tirar marcas irregulares do mercado e colocará selo na embalagem
Com a retirada das lâmpadas incandescentes do mercado e a alta das tarifas de energia, o
consumidor tem como opções as lâmpadas fluorescentes compactas e as lâmpadas LED. As
fluorescentes ferveram no comércio brasileiro após o apagão de 2001, com o aparecimento de
marcas aventureiras que desapareceram depois do Inmetro exigir índices mínimos de qualidade das
lâmpadas.
Agora é a vez das lâmpadas LED serem regulamentadas para oferecerem mais segurança ao
consumidor. O governo federal publicou as portarias 143 e 144 que abordam, respectivamente, os
aspectos técnicos de qualidade e a regulação da comercialização e etiquetagem. Esta última
estabelece que, a partir de 17 de dezembro de 2015, os fabricantes e importadores deverão trazer
produtos em conformidade e depois de 17 de junho de 2016, deverão comercializar somente
produtos dentro das novas características no mercado nacional.
O consumidor deve ser afetado pela migração somente em 2017, uma vez que grandes
varejistas e atacadistas devem comercializar produtos dentro da norma a partir de 17 de março de
2017 e os pequenos comércios, cadastrados como Pequena e Média Empresa (PME), devem atender
à norma somente 6 meses depois, a partir de 17 de setembro de 2017.
As empresas do mercado avaliam a regulamentação positivamente, pois deve descartar as
marcas com produtos inaptos. Para a coordenadora de marketing da Lâmpadas Golden, Renata
Pilão, “apenas fornecedores que primam pela qualidade de seus produtos permanecerão no
mercado, devido ao alto custo do processo de certificação e do custo de manutenção dos produtos
certificados no varejo”, afirma.
Os modelos cobertos por essa portaria são as lâmpadas com driver acoplado, como as
tubulares e as de bulbo que se assemelham a incandescente, com exceção dos LED coloridos e
multicoloridos.
Selo ENCE nas embalagens
Enquanto a norma não entra em vigor, o consumidor deve procurar na lâmpada a informação
do fluxo luminoso. No momento, as lâmpadas de LED não têm uma exigência de qualidade exibida
nas embalagens. A exceção são produtos com o selo Procel, que não é obrigatório e destaca poucos
modelos que passaram por testes de consumo de energia e eficiência, identificado por um selo
vermelho com o símbolo do Inmetro.
A etiqueta que será obrigatória nas embalagens, a ENCE (Etiqueta Nacional de Conservação
de Energia), informará potência (W), fluxo luminoso (lm), eficiência luminosa (lm/W) e um número
que identifica o registro de certificação junto ao OCP (Organismo de Certificação de Produto). A
embalagem também deverá conter a equivalência do LED em relação à fluorescente, além da
comparação com a incandescente, que já existe.
Disponível em http://www.revistainfra.com.br/portal/Textos/?Acontece/15598/L%E2mpadas-LED-com-certifica%E7%E3o-do-Inmetro4303298
Acesso em: 03 novembro 2015.
Por que usar lâmpadas LED?
O uso da tecnologia LED está cada vez mais presente no nosso dia a dia, sejam em
aparelhos eletroeletrônicos como televisões e celulares ou em escritórios, residências e iluminação
de ruas.
Apesar de o LED ter sido criado nos anos 60, ainda é uma tecnologia muito recente no
mercado, mas já está sendo considerada a iluminação do futuro e é a melhor opção para substituição
de lâmpadas comuns!
Saiba por quê:
Diferentemente das outras tecnologias, o LED libera toda a energia em forma de luz e isso
garante sua eficiência luminosa e evita o desperdício de energia elétrica gerando uma economia
entre 75 a 95% no consumo energético em relação a outras tecnologias.
Apesar de seu custo ainda ser um pouco elevado, o valor de uma lâmpada com essa
tecnologia pode ser recuperado ao longo dos anos, pois se economiza com a energia elétrica e com
substituições já que a vida útil de uma lâmpada LED é de 50.000 horas.
O descarte da lâmpada LED é bem menos prejudicial ao meio ambiente, uma vez que em
sua composição não são utilizados metais pesados e tóxicos e podem ser recicladas.
Além disso, por serem lâmpadas que possuem uma vida útil bem superior a outros tipos, não
necessita de troca constante, o que diminui o consumo e a quantidade de descarte.
Diferente das demais formas de luz artificial, a luz do LED não emite calor. Apesar do
sistema de LED esquentar, o calor não é enviado para o ambiente com auxilio de dissipadores de
calor embutido nas lâmpadas. (Mas é necessário usar luminárias que permitem a circulação de ar)
Disponível em: http://www.luxside.com.br/blog/por-que-usar-lampadas-led/
Acesso em: 15 outubro 2015
TEXTO - “Do Fogo às lâmpadas de LED”
ROTEIRO DE QUESTÕES
Nomes: ______________________________________________________ n° _____
______________________________________________________ n° _____
______________________________________________________ n° _____
Vocês e as lâmpadas de LED
a) Qual a principal diferença entre as três lâmpadas apresentadas pelo seu professor?
b) Escreva em ordem crescente as lâmpadas e a função do seu consumo de energia (menor consumo, consumo intermediário e
maior consumo).
c) As lâmpadas de LED podem ser usadas para iluminar os ambientes, assim como as lâmpadas fluorescentes e as
incandescentes. Além desta finalidade, onde estão presentes as lâmpadas de LED no nosso dia-a-dia?
d) Sobre os LEDs: O que são? Do que são fabricados? Com eles produzem luz?
e) As lâmpadas de LED possuem certificação do INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia)? Se não,
quais medidas estão sendo feitas pelo governo para certificar a qualidade destas lâmpadas?
Para Casa
Agora que vocês sabem como funcionam as lâmpadas de LED, vocês deverão investigar no comércio local da sua cidade
(oficinas mecânicas, lojas de dispositivos eletrônicos, lojas de assistência técnica de celulares e entre outros) se os fornecedores
também sabem como estas lâmpadas de LED funcionam.
Vocês podem criar novas perguntas ou fazer as mesmas perguntas que foram feitas para vocês hoje em sala para eles.
Na próxima aula traga todas as informações que vocês investigaram para serem discutidas com seu professor e seus
outros colegas.
Boa investigação!
6.2. Atividade II – Discussão e depoimentos sobre a investigação da aula anterior.
Objetivos
Nesta etapa pretende-se, através de uma ampla discussão, coletar as informações que foram
registradas pelos alunos na ida ao comércio local, e explorar a reflexão quanto à necessidade de
estudar os materiais semicondutores devido sua importância na tecnologia e sociedade atual.
Metodologia e estratégias
Numa roda de conversa, peça aos alunos que apresentem verbalmente os “resultados”
encontrados. A partir daí, promova a discussão proposta para esta aula.
Como sugestão, para a discussão sobre a importância/ou não da ciência na sociedade,
retorne ao texto “Do fogo às lâmpadas LED”.
Orientação ao professor
Professor, pode-se obter diversos relatos que indicam que estes fornecedores, apesar de
operar diretamente com estes dispositivos eletrônicos, não conhecem a base dos LED´s. Por outro
lado, pode apontar também, uma rede comercial local mais integrada à “matéria prima” das
lâmpadas de LED.
Contudo, independente dos resultados encontrados, é importante que os alunos percebam
que esta tecnologia está diretamente presente no dia-a-dia. Assim, sugerimos que deva conduzir esta
etapa de maneira que os alunos apresentem suas pesquisas e, se for o caso, expor seus diferentes
pontos de vistas e perspectivas a respeito desta tecnologia na sociedade atual e futura.
É importante que você promova também, através desta discussão, um novo olhar sobre as
dimensões da ciência, tecnologia e seus impactos nessa sociedade em constante transformação. É
preciso que os alunos tenham a percepção da interação da ciência e da tecnologia com todas as
dimensões da sociedade, considerando suas relações, oferecendo ao educando uma concepção
ampla e humanista da ciência e tecnologia.
Como sugestão, faça as seguintes indagações:
A diferença entre ciência e senso comum;
a) Por que precisamos da ciência? Qual contribuição ela traz?
Diferença entre ciência e tecnologia;
b) A ciência caminha em conjunto com a tecnologia?
c) Por que a descoberta de como manusear os materiais semicondutores revolucionou a
tecnologia atual?
Materiais didáticos
Blocos de notas para registro.
6.3. Entendendo a estrutura atômica
Objetivos• Discutir quais dos elementos da tabela periódica são encontrados isolados na natureza;• Entender o conceito das ligações químicas entre os átomos • Compreender que alguns dos átomos se agregam uns aos outros para minimizar sua energia
quando estão isolados;• Compreender que o átomo isolado possui níveis de energia onde se encontram os elétrons.• Entender que a instabilidade eletrônica é presente naqueles átomos onde seus respectivos
níveis de energia não estão completamente preenchidos.• Discutir a Ligação Química do ponto de vista da Física Quântica.
Metodologia e estratégias
Em sala de aula, os alunos assistirão aos vídeos2 e farão suas devidas anotações. Após ovídeo, o professor deverá conduzir para a discussão do vídeo conectando com os objetivospropostos.
Como encerramento, entregar um texto de leitura – “Sólido, líquido, gasoso e outaspossibilidades”, assim como uma atividade para casa sobre o Estado da Matéria, no qual os alunosdeverão refletir e buscar responder a seguinte questão: Do ponto de vista das ligações químicas,como é possível alguns elementos estarem ou no estado sólido, ou no líquido ou no gasoso?
Orientação ao professor
Os alunos deverão refletir e buscar responder a seguinte questão: Por que eu não encontrotodos os átomos isolados na natureza?
Para ajudá-los, forneça uma tabela periódica e levantar questões sobre os elementosquímicos.
a) Qual a importância da tabela periódica, quantos elementos químicos nela estão contidose como eles estão organizados?b) No seu entender, todos os átomos da tabela são facilmente encontrados na natureza emseu estado isolado? Dê alguns exemplos de elementos puros que você acha que sãoencontrados na natureza.c) Alguns elementos como o Oxigênio (O) e o Nitrogênio (N), são normalmenteencontrados na fase gasosa em forma de uma substância pura simples formada por umagregado de dois átomos de Oxigênio, O2 ou Nitrogênio N2, que chamamos de moléculas.O ar que respiramos é um gás formado de quais elementos químicos?d) A água, fundamental para nossa existência, pode ser encontrada nas fases líquida, sólidaou gasosa. Ela é uma substância pura composta por quais elementos da tabela periódica?e) O que mantêm os elementos químicos ligados um ao outro para constituir umasubstância ou uma molécula?
Material didático
TEXTO - “Sólido, líquido, gasoso e outras possibilidades”
Você já deve ter notado que a água é como um mutante. Ela passa de líquida a gelo, se
estiver num lugar muito frio, como o congelador da geladeira da sua casa. Passa também a vapor, se
estiver muito quente, como acontece quando alguém a ferve para fazer café ou chá. Mas, por acaso,
2 Tabela periódica: https://www.youtube.com/watch?v=hvRnuMrDc14
Ligações químicas: https://www.youtube.com/watch?v=0DkyFwgs95M
você já pensou em como e por que isso acontece?
As formas que as substâncias assumem são chamadas “estados físicos”, sendo o estado
sólido, o liquido e o gasoso os mais conhecidos. Um jeito legal e simples de entender sobre os
estados físicos é observar o que acontece com a própria a água, que está bem presente nas nossas
vidas.
O estado físico da água muda com a temperatura. Se ela está líquida e a sua temperatura
aumenta, ela evapora, vira gás, vapor. Se a sua temperatura diminui, o vapor vira líquido de novo. E
se o líquido é resfriado o suficiente – como acontece em locais muito frios, como o congelador ou o
polo Sul e o polo Norte – vira gelo. Se a temperatura aumenta, o gelo derrete e a água volta a ser
líquida.
Além de sólido, líquido e gasoso, porém, existem outros estados físicos que podem ser
muito diferentes desses três. Um exemplo disso é o plasma, um gás especial. Especial por quê?
Porque, diferentemente dos gases comuns, ele conduz eletricidade e pode emitir luz. Sua aparência
é diferente também: repare só as lâmpadas fluorescentes funcionando. O que circula dentro delas é
o plasma, presente ainda nos relâmpagos, no Sol e em muitos locais do Universo.
Outro exemplo de estado físico diferente é o de substâncias que parecem um meio-termo,
isto é, se comportam tanto como líquidos quanto como sólidos. É o caso da gelatina, do gel que
deixa o cabelo espetado, dos cristais das telas de TV e computador conhecidos como LCD.
Dependendo das condições, como a temperatura, essas substâncias podem ter mais jeito de sólido
ou mais parecer um líquido. Quer ver como isso funciona? Agite bem um gel e repare que ele fica
fluido, quase líquido. Em seguida, deixe ele parado e note como fica mais firme.
Temperaturas muito baixas ou muito altas, assim como pressões muito altas, podem fazer
com que outros tipos de substâncias – que não a água – apresentem comportamentos pra lá de
esquisitos. Tem material condutor de eletricidade que a temperaturas muito baixas se torna um
supercondutor, ou seja, é capaz de conduzir eletricidade sem se esquentar. Isso é algo especial.
Talvez você nunca tenha percebido, mas os fios de aparelhos como televisão e ferro de passar roupa
se esquentam quando estão ligados, o que é um problema porque parte da energia que deveria ir
para o aparelho é transformada no calor que esquenta o fio.
Enfim, os estados de uma substância, seja ela qual for, nada mais são do que formas
diferentes de organização dos átomos, partículas minúsculas que podem ser comparadas a
microscópicas pecinhas de lego. Essas peças, os átomos, podem ser mais ordenadas e certinhas
(como acontece quando a água está sob a forma de gelo); menos ordenadas, como no caso da água
líquida; ou menos ordenadas ainda, quando a água vira vapor. Então? Não é interessante o modo
como as substâncias mudam de forma?!Fonte: CHC das Crianças. Disponível em: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/multimidia/revistas/reduzidas/212/?revista=212#/3/zoomed
Acesso em 16 de outubro de 2015
ATIVIDADE PARA CASA
De acordo com o texto e seus conhecimentos, responda:
1) Como é constituída a matéria do ponto de vista microscópico?
2) O que diferencia a matéria no seu estado sólido, líquido e gasoso?
6.4. Atividade IV – Bandas energéticas dos sólidos condutores, isolantes e
semicondutores.
Objetivos
Através de uma aula expositiva, proporcionar uma compreensão aos alunos de que átomos
quando se agregam formam moléculas, e que o arranjo destas moléculas caracteriza a matéria em
um dos estados: sólido, líquido ou gasoso. Assim como, entender o que são os níveis de energia
num átomo isolado e como esta configuração energética é modificada quando os átomos estão
agregados. Desta forma, apresentar a teoria de Bandas de Energia, especificamente, para os sólidos
condutores, isolantes e semicondutores.
Metodologia e estratégias
Inicialmente, fazer a leitura do texto que foi dado para casa em voz alta e com eles responder
as questões que foram dadas.
Em seguida, em forma de aula expositiva e dialogada:
• Questionar aos alunos se eles sabem com os fogos de artifício funcionam;
• Apresentar o modelo de Bohr e explicar o fenômeno por trás dos fogos de artifício;
• Retomar a discussão se na natureza, na sua maioria, os átomos se encontram isolados ou
agregados;
• Questionar se a energia associada ao átomo isolado é modificada quando este se agrega a
outro(s) átomos;
• Apresentar a teoria de Bandas de Energia norteada para os modelos que representam os
sólidos condutores, isolantes e semicondutores;
• Finalizar a aula pedir aos alunos que reproduzam estas configurações de Bandas
Energéticas, através de uma maquete, para os sólidos condutores, isolantes e
semicondutores, assim como o “salto” do elétron de uma banda para outra.;
• Proporcionar aos alunos a liberdade de escolher os materiais e o formato como eles
representarão as diferentes Bandas de Energia.
Orientação ao professor
Caro professor, esta atividade inicialmente estava prevista para ser introduzida com a leitura
do texto “Gref – Tamanho são documentos” seguida de uma discussão sobre a energia relacionada a
um átomo isolado – modelo criado pela teoria de Bohr e posteriormente, a energia relacionada
quando átomos se agregam para formar uma molécula – modelo de bandas de energia. No entanto,
quando ela foi testada com uma das turmas onde este produto foi aplicado, verificou-se uma grande
dificuldade dos alunos em associar, somente com a leitura do texto seguida de discussão, os dois
modelos e também de compreender que quando o átomo isolado se agrega a outro átomo para
compor uma molécula, este agrupamento passa a ter outra configuração enérgica. Desta forma,
optou-se em fazer desta atividade uma aula expositiva – que também foi testada, sobre a teoria de
Bohr e o modelo de Bandas de Energia. O texto do Gref tornou-se um texto de apoio para a
atividade 5.
Nesta aula expositiva, para apresentar o modelo atômico de Bohr sugerimos que faça
perguntas aos alunos se eles sabem como os fogos de artifício funcionavam. Mesmo que, de modo
geral, os alunos tinham conhecimento da Evolução do Modelo Atômico das aulas de química,
muitos alunos podem não saber como os fogos de artifício funcionam. Assim, você pode usar deste
vínculo para apresentar o Modelo de Bohr, evidenciando que este modelo é para o átomo isolado, e
explicar tal fenômeno. Para retratar das teorias de Bandas de Energia, sugerimos que relembre das
aulas anteriores onde foi discutido que na natureza a maioria dos átomos estão agregados e não
isolados. A partir desta questão, questione se a energia daquele átomo isolado sofreria interações ao
aproximar outros átomos, que por sua vez, também possui uma energia própria. Através destas
questões, acreditamos que os alunos serão conduzidos para a Teoria de Bandas de Energia que
apresenta um modelo para esta nova configuração de átomos agregados.
Vale ressaltar professor que, a teoria de Bandas de Energia é uma teoria complexa e
necessita de conhecimentos a nível superior. Desta forma, sugerimos que atente-se em apresentar
uma abordagem mais básica deste conteúdo, explicando o que é a BV, BC, GAP de energia e as
configurações destas Bandas para os três tipos de sólidos: condutores, isolantes e semicondutores.
Como suporte teórico para sua aula expositiva, sugerimos como referência o Capitulo 2, tópicos 2.1
e 2.2 do livro “Aplicações da física quântica: do transistor à nanotecnologia” de VALADARES, E.
C.; CHAVES, A.; ALVES, E. G. (2005).
Material Didáticos
TEXTO – GREF: Tamanho são documentos
6.5. Atividade V – Modelos de Bandas energéticas dos sólidos
condutores, isolantes e semicondutores.
ObjetivoEsta atividade tem por objetivo que os alunos reproduzam, através da construção de uma
maquete o modelo da teoria de Bandas de Energia para um sólido isolante, condutor e
semicondutor.
Metodologia
• Pedir que os alunos escolham uma maneira de representar a interpretação que eles tiveram
dos três modelos de Bandas de Energia;
• Auxiliá-los na escolha dos materiais, bem como, na escolha da representação;
• Pedir que eles executem estas representações extraclasse e traga, para ser apresentada e
avaliada, na aula seguinte.
Orientação ao professor
Caro professor, os alunos terão um momento com você para discutirem o que pretendem
fazer para criar tal representação. Sugerimos que faça uma avaliação prévia durante a aula das
interpretações de cada grupo e verifique se estão coerentes. Ou seja, não deixe que os grupos
executem a criação desta maquete, no memento extraclasse, sem antes as ideias deles serem
expostas para você para, se necessário, serem alteradas com seu auxilio.
Como avaliação na aula seguinte, onde eles terão que apresentar as maquetes, sugerimos que
peça aos grupos para que as maquetes estejam expostas semelhante a uma feira de ciências,
colocadas em bancadas. Recomendamos que passe por grupos e peca que eles apresentem suas
devidas interpretações. Como avaliação, verifique se existe coerência entre as representações e a
forma com que foi explicado a Teoria de Bandas para cada sólido.
6.6. Atividade VI – Construção do modelo de rede cristalina do material
Semicondutor Intrínseco e Extrínseco (dopagem do tipo P e N).
ObjetivosAtravés do roteiro investigativo, construir redes cristalinas que representam os materiais
semicondutores intrínsecos e extrínsecos. Assim como, compreender o que é o processo dedopagem e que este processo é artificial.
Metodologia e estratégiasInicialmente fornecer aos estudantes o roteiro investigativo e juntamente ele, entregar os
recortes que representam os elétrons de valência dos elementos químicos: Silício, Boro e Fósforo.Entregar aos grupos cola e papel A4 para a colagem dos recortes
Orientação ao professor
Professor, o roteiro investigativo conduzirá o grupo para o objetivo desta atividade, noentanto, para que a meta seja alcançada, é importante que você acompanhe os grupos em todas asetapas do roteiro, sanando as possíveis duvidas e também auxiliando na construção dos modelos deredes cristalinas. Sugerimos também professor, que já entregue a cartilha que representa os átomos(Boro, fósforo e silício) já recordada para adiantar no andamento da atividade.
Materiais didáticos
Roteiro Investigativo
Neste roteiro investigativo vamos explorar o funcionamento básico dos diodos. Para isso,
precisamos entender como se comporta o material de que ele é constituído – os materiais
Semicondutores.
Baseado na aula anterior e nos seus conhecimentos de Física, responda:
1) O que são elétrons livres?
2) O que é camada de valência?
3) O que é preciso para que um material possa conduzir eletricidade?
4) Diferencie os materiais condutores, isolantes e semicondutores?
Como sabemos, os elétrons circulam os átomos em camadas. Os elétrons mais próximos do
núcleo estão na camada K. A segunda camada é a L, e assim por diante. Independente de quantas
camadas um átomo possuí, a mais importante sempre é a última camada, também chamada de
camada de valência. Ela é a mais importante, pois é ela quem está em contato com o “mundo
exterior”.
Para esta etapa vamos relembrar alguns conceitos da disciplina de química, utilizando a
regra de estabilidade, conhecida como Regra do Octeto, que nos diz que muitos materiais só se
tornam estáveis quando possuem 8 elétrons na camada de valência. Os semicondutores Germânio e
Silício não fogem à regra. Apesar de terem, isolados, apenas 4 elétrons na camada de valência,
eles só se tornam estáveis quando possuem 8 elétrons. Por isso, quando vários átomos de Silício
(ou de Germânio) são colocados juntos, eles acabam COMPARTILHANDO seus elétrons com os
átomos vizinhos, numa ligação química, energeticamente estável, chamada Ligação Covalente.
5) A partir destas informações, construa numa folha avulsa as ligações covalentes para vários
elementos de Silício.
6) Com a rede cristalina3 construída, é possível que este material conduza eletricidade?
Explique sua resposta.
Obs: As redes cristalinas são geradas na dimensão 3D (em três dimensões), mas para
efeitos didáticos, vamos representá-las em 2D (duas dimensões) – plano no papel.
Antes de prosseguir, apresente ao professor suas respostas e conclusões.
7) Porque um material semicondutor do tipo intrínseco não pode conduzir eletricidade?
Boro (B) é um elemento químico trivalente, que possui três (três) elétrons na sua camada de valência,
e o Fósforo (P) é um elemento químico pentavalente que possui cinco (cinco) elétrons na sua camada de
valência. Agora observe a sua rede cristalina construída com o elemento Silício e construa duas novas redes
cristalinas: uma substituindo alguns destes átomos de Silício por átomos de Boro e a outra substituindo
alguns destes átomos de Silício elementos de Fósforo.
8) Observando as duas redes cristalinas separadamente, as novas ligações covalentes ficaram
estáveis ou instáveis?
9) Caso estejam instáveis, esta instabilidade é causada pela falta ou pelo excesso de elétrons?
Explique sua resposta.
Antes de prosseguir, apresente ao professor suas dúvidas e as conclusões obtidas nesta
terceira etapa.
Boro e Fósforo são considerados impurezas nesta nova rede, no qual este processo, onde se
coloca impurezas no semicondutor intrínseco – seja com Boro ou com Fósforo, é intitulado de
DOPAGEM, e que agora este semicondutor passará ser chamado de SEMICONDUTOR
EXTRÍNSECO OU DOPADO.
Para o caso desta dopagem, com elementos de Boro, obtém uma rede cristalina onde se
verifica a FALTA de elétrons, no qual são observadas lacunas ou buracos. Portanto, para este novo
material onde ocorre uma dopagem, em que resulta na falta de elétrons ou no excesso de prótons,
denomina-se o processo de DOPAGEM TIPO P.
Para casa: Por que não encontramos na natureza materiais semicondutores do tipo extrínseco?
3Redes cristalinas são arranjos regulares, tridimensionais, de átomos no espaço. A regularidade com que os átomos se
agregam nos sólidos decorre de condições geométricas impostas pelos átomos envolvidos.
CARTILHA DE ÁTOMOS DE SILÍCIO PARA RECORTE
CARTILHA DE ÁTOMOS DE BORO E FÓSFORO PARA RECORTE
6.7. Atividade VII – Junção P e N e o diodo.
Objetivo Através de uma aula expositiva, explicar que ao juntar Semicondutores Extrínsecos do tipo P
e do tipo N, cria-se uma barreira de potencial entre a junção onde caracteriza-se os diodos. Explicaras características de um diodo, assim como, com auxílio do vídeo4 “Como o LED funciona”,explicar o funcionamento das lâmpadas de LED e promover uma discussão final sobre aimportância para o dia-a-dia em saber como determinados equipamentos e dispositivos eletrônicosfuncionam.
Metodologia e estratégiasPara a aula expositiva, abordar os seguintes tópicos:
◦ Os materiais Semicondutores Extrínsecos do tipo P e N isolados não possuem grande
utilidade na eletrônica, mas quando colocados juntos – denominado junção PN,
conseguem um comportamento vantajoso para a tecnologia atual.
◦ Construir com os alunos a junção PN e identificar a barreira de potencial;
▪ Construir o processo de recombinação comparando com a difusão de um gás quando
tende a ocupar um vácuo – elétrons livres da região N e buracos da região P cruzam
a interface entre as duas regiões se anulando mutualmente.
▪ Apresentar aos alunos que quando os elétrons livres e os buracos se recombinam,
eles deixam atrás de si íons – átomos que perderam ou ganharam elétrons, não sendo,
portanto, eletricamente neutros – das impurezas dopantes. Assim, nas vizinhanças da
interface, surge uma região de carga elétrica positiva no lado N, de onde foram
retirados elétrons, uma região de carga negativa no lado P, de onde foram removidos
os buracos.
▪ Identificar a barreira de potencial como uma região de cargas positivas no lado N e
de cargas negativas no lado P, próximas à interface, que se tornaram suficientemente
fortes para impedir o avanço de elétrons livres para a região P e de buracos para a
região N.
▪ Saber que o processo de condução dos diodos é baseado na existência de uma junção
PN. Assim, dizer que a junção PN é o elemento básico na construção de quase todos
os dispositivos da eletrônica como diodos, transistores, células fotovoltaicas e
circuitos integrados.
◦ Verificar a condução da corrente elétrica nos diodos com uma pilha.
▪ Apresentar, através de um esquema, a conexão de uma pilha aos terminais do diodo
com seu polo positivo (+) ligado ao terminal P do diodo e o polo negativo (-) ligado
4 https://www.youtube.com/watch?v=NPX1rGj4pDM
ao terminal N. Bem como, a conexão de uma pilha aos terminais do diodo com seu
polo negativo (-) ligado ao terminal P do diodo e o polo positivo (+) ligado ao
terminal N.
▪ Mostrar que quando conduz corrente, denomina-se diodo polarizado diretamente, e
que quando não conduz, denomina-se diodo polarizado inversamente.
▪ Mostrar que esta característica dos diodos, de condução elétrica em apenas uma
direção, é denominada retificação, sendo fundamental para uma série de aplicações
práticas – como, por exemplo, a conversão da corrente alternada em corrente
contínua.
◦ Explicar o funcionamento das lâmpadas de LEDs através do vídeo “Como o LED
funciona”.
▪ Dizer que os diodos emissores de luz, cujo o principio de funcionamento é
basicamente o mesmo de um diodo comum.
▪ Ressaltar que num LED, o processo de recombinação gera luz e que a cor da luz num
LED depende da banda proibida- gap de energia – do material semicondutor.
◦ Para encerrar, retomar a discussão sobre a importância de conhecer sobre o
funcionamento dos equipamentos eletrônicos, assim como, refletir sobre o impacto que
esta tecnologia pode ter na vida presente e futura das pessoas.
Orientação ao professor
Caro professor, como fechamento desta sequência, optamos numa aula expositiva para ame-
nizar a complexidade que existe na teoria da Junção PN e sua aplicação na eletrônica. Desta forma,
sugerimos que a aula seja iniciada com desenhos no quadro de giz das cartilhas que alunos desen-
volveram na aula anterior, tipo P e tipo N. Antes de qualquer procedimento, recomendamos que
diga a eles que os materiais Semicondutores Extrínsecos do tipo P e N isolados não possuem grande
utilidade na eletrônica mas, que quando colocados juntos – denominado junção PN, conseguem um
comportamento vantajoso para a tecnologia atual no qual será mostrado a eles no decorrer da aula.
Para apresentar a junção PN, faça a junção no quadro de giz e desenvolva com eles o proces-
so de recombinação até chegar na construção da barreira de potencial. A partir daí, desenvolva a dis-
cussão, de acordo com a metodologia já apresentada, da aplicação desta junção PN na eletrônica,
bem como, explicar o funcionamento das lâmpadas de LED com o auxílio do vídeo já citado. Como
suporte teórico para sua aula expositiva, sugerimos como referência o Capitulo 2, tópicos 2.3 ao 2.5
do livro “Aplicações da física quântica: do transistor à nanotecnologia” de VALADARES, E. C.;
CHAVES, A.; ALVES, E. G. (2005).
Como sugestão para a discussão final, retome a ida do comércio local e promova uma dis-
cussão a respeito de como seria se os comerciantes soubessem como as lâmpadas de LED funcio-
nam, bem como a regulamentação no INMETRO, descarte, lixo eletrônico, e etc.
7. REFERENCIAS
[1] ADÚRIZ-BRAVO, A. Integración de la epistemología en la formación del profesoradode ciências. 2001. Tese (Doctorat em didàctica de les Ciències Experimentals) – UniversiatAutonoma de Barcelona, Bellaterra, 2001.
[2] AMÉRICO, R. M.; MAGGI, N. R. . Linguagem, Aprendizagem e Tecnologias daInformação: uma leitura no âmago do sociointeracionismo segundo Vygotsky. Nonada :letras em revista , v. 2, p. 1, 2013.
[3] LIMA, L. G.; RICARDO, E. C.. Física e Literatura: uma revisão bibliográfica. CadernoBrasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 32, n. 3, p. 577-617, 2015
[4] OSTERMAN, F.; CAVALCANTTI, C. J. de H. Roteiro para construção de umplanejamento de uma unidade didática. UFRGS, 2010
[5] RICARDO, Elio C.. Educação CTSA: obstáculos e possibilidades para suaimplementação no contexto escolar. Ciência & Ensino. 1 (n. esp.), pp.1-12, 2007.
[6] VALADARES, E. C.; CHAVES, A.; ALVES, E. G. Aplicações da física quântica: dotransistor à nanotecnologia. São Paulo: Livraria da Física, 2005. p. 15-20.
[7] ZABALA, A. A Prática educativa: como ensinar. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 1998
