Como ensinar sobre consumo de luz?

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Estamos em períodos de altas contas de luz, abastecimento problemático, ainda mais com a seca nos reservatórios. Mesmo se não fosse isso, economizar sempre é legal e o bolso agradece. Mas com ensinar as crianças sobre isso? Sim, porque na minha modesta opinião (modesta nada, eu amo as minhas opiniões!), para você ensinar algo, tem que ser de forma completa. Não pode simplesmente dizer "Olha, crianças, tem que apagar as luzes, tá?". Não é concreto, não é visual, as crianças não entendem direito o motivo. Mesmo que economizem, não há aprendizado e sim doutrinação. Isso não é ensino.

Com o procedimento abaixo descrito, você pode ter uma forma excelente de ensinar isso, de forma prática, o que envolverá Física, Matemática, instalação elétrica etc. Shall we?

Antes de tudo, lembre-se: você tem todo o direito de mudar a aula da forma como achar melhor. Você pode trabalhar com os alunos construindo tudo desde o zero, ou já vir com a aparelhagem pronta. Mas algumas coisas eles podem ser ativos, não ficar apenas olhando. Outra coisa a ser mencionada é que todo este material está autorizado para ser impresso e usado como vocês quiserem; não que você efetivamente não possam fazer isso sem o meu conhecimento, mas eu prefiro dizer logo de saída, assim vocês não ficarão com dilemas éticos.

Mas não, vocês não podem usar isso num site. Pombas, respeitem o trabalhão que eu tive para fazer isso! (não que efetivamente algum desgraçado não vá fazer).

MATERIAL

  • Placa de madeira de aproximadamente 50 cm de lado.
  • 1 lâmpada incandescente de 40 W – 110V
  • 1 lâmpada eletrônica de 25 W – 110V
  • 1 lâmpada de led de 7 W – 110V
  • 1 m de fio paralelo de 2,5 mm
  • 1 plug para tomada
  • Embalagem de fixador de fios
  • 3 Interruptores para abajur
  • 1 rolo de fita adesiva larga
  • 1 rolo de fita isolante
  • 3 bocais

1) CONSTRUÇÃO DA MESA

A mesa de luz será construída de acordo com o esquema abaixo

É uma típica instalação em paralelo. Cada lâmpada tem o seu próprio interruptor e isso tudo pode ser ligado em qualquer tomada. Lembre-se de não misturar lâmpadas que trabalhem em 110 V com lâmpadas para 220 V e, CLARO, você comprará de acordo com a rede elétrica do local onde será usado.

Eu não vejo nenhum problema para as crianças trabalharem na instalação, já que é só emendar fios e aparafusar coisas. Crianças de Ensino Fundamental 2 conseguem fazer isso muito bem. De qualquer forma, ligar o plug na tomada é a última coisa a ser feita, então, é meio improvável que elas tomem algum choque elétrico. Isso abre outra questão: ensine como fazer as coisas com segurança, e maiores detalhes sobre isso, eu acho que você dá conta.

A que eu construí ficou dessa maneira:

Ok, por baixo não está tão bonito. As tampas vermelhas foram tiradas desses galões de suco e parafusadas na madeira. A fita adesiva foi para ter certeza que nenhum fio vai se encostar, mesmo estando envolto em fita isolante. Chame-me de paranoico.

2) MEDIÇÕES DA LUZ

Sabe aquele "W" das lâmpadas? Aquilo não é o quanto a lâmpada ilumina, e sim a potência da lâmpada. Potência é quanto trabalho é feito por unidade de tempo. O trabalho em questão é o quanto de energia é transformado (ou quase). Assim, uma lâmpada de 20 W pega a energia elétrica, transforma em energia luminosa (e em outros tipos de energia, mas aguardem) gerando um trabalho de 20 W. Na verdade, essa medida é em horas, e a cada 1h, ocorreu um trabalho de 20 W.

O problema são as Leis da Termodinâmica, principalmente a 2ª Lei, que diz que nenhum trabalho pé 100% eficiente. Isso significa dizer que a energia fornecida à lâmpada não é totalmente convertida em luz, mas em outros tipos de energia, como o calor, por exemplo. Também deixem isso armazenado, pois será importante.

Aqueles 20 W não mede o quanto uma lâmpada ilumina. O que mede o grau de iluminação é uma grandeza chamada "luminância". Ela é uma medida da densidade da intensidade de uma emissão luminosa refletida numa dada direção. Mas o que isso significa?

Quando a luz se propaga, ela bate em algum meio material e é refletida até nossos olhos. A intensidade dessa reflexão é que é a luminância. Por isso, paredes claras iluminam mais que paredes escuras. A luz bate na parede e vai até você, de forma difusa, porque se viesse retinha, significa que suas paredes são refletivas como um espelho.

Podemos medir facilmente o grau de luminância de um determinado ambiente com um luxímetro. Mas nem é necessário comprar um. Hoje em dia, quase todo mundo tem um smartphone, e existem aplicativos para isso, se aproveitando de um. Eu, como sou adulto e uso um Lumia (ho-ho-ho, os fatos da vida!) uso o aplicativo Lux-o-Meter. Se você usa Android, tem o Easy Light Meter. Para a plataforma iOS, tem o LuxMeter.

Os testes que eu fiz foram feitos com o aplicativo para Windows Phone, então, não posso dar certeza se os outros dois funcionam a contento. Façam o teste.

Mas, espere. Essas medidas desses aplicativos estão certas?

Muito provavelmente, elas apresentaram erros em comparação com luxímetros profissionais, mas isso é irrelevante. Qualquer taxa de erro será a mesma para todos os casos, e como você apenas quer uma comparação entre diferentes lâmpadas, a taxa de erro não fará diferença, pois ainda assim o que for mais luminoso continuará sendo.

3) EXCUTANDO O EXPERIMENTO

O experimento é muito simples. Ative o aplicativo do smartphone e posicione o aparelho a uma distância fixa da mesa de luz que você construiu. Ligue o interruptor da lâmpada incandescente. Anote a medição do aplicativo. Desligue e refaça o teste com as outras lâmpadas (claro, você vai fazer numa sala escura, né?)

Se você está com dificuldades de ver, a lâmpada incandescente deu resultado de 522,35 lx, a lâmpada de LED deu 319,9 lx e a lâmpada eletrônica deu 1478,7 lx. Isso dá pra concluir que a lâmpada eletrônica é a que ilumina melhor, certo? Mas as de LED não eram para serem melhores e mais econômicas?

A lâmpada de LED usada foi deste modelo à direita. Legal, econômica e não libera muito calor. O problema é que só metade do bulbo ilumina, ou seja, a luz só sai da extremidade superior da lâmpada. Por isso ela parece iluminar menos.

Algumas lâmpadas de LED tem a o bulbo todo transparente, bem parecido com uma lâmpada incandescente, como essa aqui à esquerda, o que é muito legal na hora de trocar as lâmpadas sem ter que trocar os lustres, um problema da lâmpada eletrônica, que nem sempre encaixa nos lustres um pouco mais antigos.

Vamos testar essa lâmpada de LED na vertical e apontado pro sensor do celular.

Já vimos então quem ilumina mais, não é? Mas, claro, pelo próprio conceito de luminância, dependerá da distância da lâmpada até os objetos (se está muito pra cima, muito pra baixo, meia-luz, spots no canto da parede etc) e como esses objetos refletirão essa luz. Você pode explorar isso afastando ou aproximando o celular da lâmpada.

Para finalizar. Por que a lâmpada incandescente ilumina tão pouco? Porque ela ilumina aquecendo MUITO um fio de tungstênio, num bulbo cheio de argônio, que é um gás inerte. Se você colocar a ponta da faca no fogo, verá que ela ficará tão quente que brilhará. O mesmo acontece com o fio de tungstênio. Então, o consumo de energia é unicamente para gerar calor, e parte desse calor excita (ui!) os elétrons, fazendo-os ficar saltitando pelas camadas eletrônicas, liberando parte da energia de volta sob a forma de luz.

Já as lâmpadas eletrônicas e de LED não têm esse problema. podemos até usar um termômetro infravermelho para testá-las.

Agora, vamos fazer continhas?

4) APLICANDO MATEMÁTICA

No Rio de Janeiro, o valor cobrado por cada kW.h é de R$0,61109. Você multiplica isso por quantos kW.h você consumiu no mês, adiciona os 300 mil impostos e pronto, você sabe quanto vai pagar de conta de luz. Vamos ignorar os impostos e considerar o valor do kW.h sendo R$0,60.

Considere uma lâmpada incandescente de 100 W ligada por 5 horas, por 30 dias. Faz as continhas aí.

* Atualmente, essas lâmpadas estão proibidas de serem comercializadas. Quem tinha para vender, vendeu, mas estoque não é reposto. No máximo, lâmpadas de 60 W; entretanto, estamos trabalhando com lâmpadas de potência de 100W  apenas para efeito de contas.

O resultado foi de 15000 W.h ou 15 kW.h por mês, o que dá um valor inerente de 9 reais. Leve em conta quantas lâmpadas existem na sua casa. Digamos 6, com durações diversas, pois você não fica com a luz da cozinha ligada essa quantidade de horas, sem falar em chuveiros elétricos, ar-condicionado, computador, máquina de lavar, secador de cabeço, ferro de passar roupa etc.

Agora, leve em consideração o preço das lâmpadas A lâmpada de LED de 7W que foi utilizada custou cerca de 30 reais, enquanto que a lâmpada de LED totalmente transparente de 4W, ilustrada logo acima, custa mais de 50 reais. Como não fiz testes de luminância com ela, fica apenas como esclarecimento sobre o preço.

A lâmpada incandescente de 40 W custou cerca de 5 reais e a lâmpada eletrônica de 25 W custou 13 reais. Agora, peça pros seus alunos calcularem o que seria melhor no final de 1 ano, levando em conta a compra de 6 lâmpadas iguais e quanto foi a conta com cada uma delas.

Ok, imagino que você está pensando no custo e trabalho envolvido para fazer esta aula. Vele em conta que qualquer luminária de mesa que seja de bocal pode servir. Basta fixá-la bem na mesa (com fita adesiva, por exemplo), de forma que ela nunca saia do lugar, pois, a luminância é inversamente proporcional à distância que a fonte luminosa estiver do ponto em que será medida. ´Como eu faei, você sempre pode adaptar. Pode usar lâmpadas dicroicas também, ou qualquer outra coisa. Se puder medir a temperatura, melhor ainda. Eu recomendo o termômetro infravermelho, pois você não precisará nem chegar muito perto, o que no caso dos termômetros de bulbo pode acabar acarretando na quebra, por meio de algum acidente, ou queimaduras, no caso das lâmpadas incandescentes e dicroicas.

Aproveite as dicas e boa aula!

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Sobre André Carvalho

και γνωσεσθε την αληθειαν και η αληθεια ελευθερωσει υμας

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  • Narciso L. Junior

    farei um desses!

  • NestorBendo

    Arquitetos curtirão! Engenheiros dirão “podemos lucrar com isso”! Vendedores salivarão nos seus balcões!

  • Édipo Elder

    Pensei em fazer usando um amperímetro pra medir a corrente. No caso, seria um experimento pra indicar se é melhor deixar a lâmpada eletrônica acesa ou apagar e acender novamente num intervalo curto de, 5 minutos, por exemplo.

  • Alvaro Tavares

    Por que não está no caderno dos professores?

    Pryderi respondeu:

    Quem disse? https://ceticismo.net/tag/caderno-dos-professores/

    Alvaro Tavares respondeu:

    Hm, confundi tag com category. Desatenção minha.

    Pryderi respondeu:

    Se ainda tivesse um banner gigantesco logo em cima…

  • Jean K.

    “Não pode simplesmente dizer “Olha, crianças, tem que apagar as luzes,
    tá?”. Não é concreto, não é visual, as crianças não entendem direito o
    motivo. Mesmo que economizem, não há aprendizado e sim doutrinação. Isso
    não é ensino.”

    Até parece que esse trecho foi escrito por uma pedagoga HAHAH

    falando sério, legal essa experiência para as crianças, mulecada deve curtir. Vou recomendar para alguns professores