Neste trabalho discutimos os resultados de uma pesquisa envolvendo três estudos sobre as Unidades de Ensino Potencialmente Significativas, propostas por Moreira (2011), aplicadas ao Eletromagnetismo, tendo como corpo estruturante as equações de Maxwell. Discutimos, primeiramente, a relevância do trabalho como associada a uma potencial facilitação dos mecanismos de aprendizagem significativa cientificamente aceita e epistemologicamente coerente por parte dos alunos e, pois, ao desenvolvimento de possíveis novos modelos mentais e esquemas de assimilação que se distanciem do conhecimento de senso comum, recorrente em alunos de diversas faixas etárias. Abordamos, ainda, o conhecimento obtido sobre as pesquisas cobrindo aprendizagem (por parte de alunos e professores) de conteúdos de eletromagnetismos em propostas didáticas diferenciadas, dificuldades (de estudantes e de professores) no trato com assuntos envolvendo teoria eletromagnética, análises de materiais didáticos e currículos envolvendo eletromagnetismo, e discussões teórico-epistemológicas sobre conteúdos da disciplina. Percebe-se que o maior número de publicações na área está nas duas primeiras categorias e há evidências de o conhecimento dos estudantes se encontrar muito distante do conhecimento científico e de as propostas didáticas enfocando ensino por investigação e outras metodologias (como a de Shen e Linn, 2011) serem frutíferas. Apresentamos, ainda, no trabalho as ideias norteadoras do referencial teórico, a saber, as teorias dos Campos Conceituais (as relações entre os complexos conceitos de esquema, de situação e Campo Conceitual) e dos Modelos Mentais (as relações complexas entre modelo de trabalho e a tentativa de junção disto com a referência epistemológica dos Campos Conceituais, entendendo modelos mentais como geradores de operações de pensamento de curto prazo). Discutimos como estas ideias se enquadram na montagem das UEPS a partir de princípios norteadores: 1) conhecimento prévio é o ponto de partida do ensino-aprendizagem, 2) aprendizagem significativa envolve a integração entre pensamentos, sentimentos e ações de forma construtiva, 3) a aprendizagem significativa só ocorre se for intencional, deliberada, 4) as situações dão sentido aos conceitos, 5) os modelos mentais operam na memória de trabalho, 6) o ensino deve intercalar a diferenciação progressiva e reconciliação integradora, 7) a aprendizagem significativa é progressiva, 8) o papel do professor é de provedor de situações-problema para os estudantes, 9) existe uma relação triádica entre professores, alunos e materiais educativos, 10) a aprendizagem significativa deve ser crítica. Descrevemos as três UEPS implementadas no primeiro estudo (Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Eletromagnética) e as quatro implementadas no segundo estudo (Campo, Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Magnética). Apresentamos as ligeiras diferenças entre elas, enfatizando mais o aspecto conceitual e colocando a formalização em um estágio posterior à conceitualização. Por fim, são discutidas as representações internas usadas pelos estudantes para processar operações de pensamento para conduzir o domínio classes de situações e a estabilização de Modelos Mentais (provisórios) em Esquemas de Assimilação (mais estáveis). Discutem-se, ainda, as Classes de Situações mapeadas para o Eletromagnetismo de nível de ciclo básico de Graduação, bem como as representações mais adotadas pelos estudantes, isto é, apresenta-se uma proposta inicial para o Campo Conceitual do Conceito de Campo Eletromagnético recortado em três partes: Eletrostática, Magnetostática e Eletrodinâmica. Propomos, também, quatro grandes classes de situações possíveis de orientar o ensino de Eletromagnetismo envolvendo as quatro ações seguintes: Descrição de Interações, Representação Analógica, Representação Simbólica, e Cálculo do Campo. Através da síntese teórica de Greca e Moreira (2002), foi possível classificar as ações dos estudantes nos Campos da Eletrostática, da Magnetostática e da Eletrodinâmica. Propusemos tipos de Representação Interna para análise da ação cognitiva dos estudantes tanto em Curto como em Longo Prazo. Classificamos as ações dos estudantes em determinadas formas, distinguindo entre as Ações dos estudantes com base na conceitualização empregada por eles em distintas classes de Situações. Com respeito ao conceito de Campo, classificamos as ações em: Descrição de Interações Físicas (I); Representação Analógica do Campo (A); Representação Simbólica do Campo (S). Com respeito ao conceito de Campo Elétrico, classificamos as ações em: Descrição de Interações Elétricas (I.E); Representação Analógica do Campo Elétrico (A.E); Representação Simbólica do Campo Elétrico (S.E); Cálculo do Campo Elétrico (C.E). Com respeito ao conceito de Campo Magnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Magnéticas (I.B); Representação Analógica do Campo Magnético (A.B); Representação Simbólica do Campo Magnético (S.B); Cálculo do Campo Magnético (C.B). Com respeito ao conceito de Campo Eletromagnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Eletromagnéticas (I.J); Representação Analógica do Campo Eletromagnético (A.J); Representação Simbólica do Campo Eletromagnético (S.J); Cálculo do Campo Eletromagnético (C.J). Discutimos, por fim, as implicações do trabalho para a ideia de Aprendizagem Significativa progressiva, a Influência das UEPS no Ensino e na Aprendizagem de Eletromagnetismo em nível de graduação e a importância da estruturação do Campo Conceitual do conceito de Campo Eletromagnético, tanto para a organização do Ensino como para estudo de Processos Significativos de Aprendizagem. / In this work we discuss the first results of two studies on the Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) proposed by Moreira (2011), applied to the teaching of Electromagnetism and based on the Maxwell’s equations. We firstly discuss the relevance of the work as being associated to a potential facilitation of students’ meaningful learning mechanisms (scientifically correct and bounded to epistemological coherence) and so to the development of new possible mental models and assimilation schemes that progressively getting further common sense. We discuss, yet, knowledge produced in the literature covering learning of electromagnetism content in new didactical approaches, difficulties students tackle when studying the subject, didactical stuff and curricular analyses on electromagnetism, and theoretical-epistemological discussions on the electromagnetic theory. We found a greater number of researches in the first two categories compared to the other ones. There is evidence that students’ knowledge is distant from scientific knowledge and that didactical proposals based on inquiry teaching and other methodologies (as the one due to Shen and Linn, 2011) are prompted to facilitate meaningful learning. We also present the guiding ideas in the theoretical framework, which is based in the Conceptual field theory (the relations between the complex concepts of scheme, situation and conceptual field) and in the Mental model theory (the relations between working model, the attempt of merging this idea to the epistemological reference of Conceptual field, thinking as mental models of generators of short-term thought operations). We discuss how these ideas are framed when building a PMTU once we present guiding lines to be followed: 1) prior knowledge is the starting point to teaching-learning processes, 2) meaningful learning embraces the integration of thoughts feelings and actions in a constructive way, 3) meaningful learning just occurs if it is intentional, if it is done by the student’s free will, 4) situations gives rise to concepts, 5) mental models operate in the working memory, 6) teaching must mix progressive differentiation and integrative reconciliation, 7) meaningful learning is progressive, 8) the teacher must provide problem-situations for the students, 9) there is a triadic relationship among teachers, students and educative materials, 10) meaningful learning must be critical. We describe three PMTU implemented in the first study (Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction) and four that were implemented in the second study (Field, Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction). We present the slight differences among then, emphasizing the conceptual bias we have given by putting formalization in the stage that followed conceptualization, instead of working on it in parallel with conceptualization. We discuss internal representation used by students to process thought operations driven to master classes of situations, the stabilization of Mental Models in Assimilation Schemas, the Classes of Situations we’ve mapped to Electromagnetism (universities basic cycle), as long as the most used representation carried by the students, namely, an initial proposal for a Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, that was divided in three parts: Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also discuss four great classes of situation that are useful for orienting Electromagnetism teaching: Description of Electromagnetic Interactions, Analogical Representation of the Electromagnetic Field, Symbolic Representation of the Electromagnetic Field and Calculations of the Electromagnetic Field. Using the theoretical synthesis between Conceptual Field Theory and Mental Models Theory, due to Greca and Moreira (2002), it was possible to classify students’ actions in problem-solving on Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also propose types of Internal Representation for analyzing students’ cognitive action in long and short term. We classify students’ actions distinguishing among them by conceptualization they used when mastering different classes of Situations. With respect to the concept of Field, we classified these actions in four different and complementary ways, namely: Description of Physical Interactions (I); Analogical Representation of the Field (A); Symbolic Representation of the Field (S). With respect to the concept of Electric Field, we classified those actions in: Description of Electric Interactions (I.E); Analogical Representation of the Electric Field (A.E); Symbolic Representation of the Electric Field (S.E); Calculation of the Electric Field (C.E). We classified the cognitive actions of the students when tackling Situations related to the concept of Magnetic Field in: Description of Magnetic Interactions (I.B); Analogical Representation of the Magnetic Field (A.B); Symbolic Representation of the Magnetic Field (S.B); Calculation of the Magnetic Field (C.B). We classified the cognitive actions of students tackling the concept of Electromagnetic Field in: Description of Electromagnetic Interactions (I.J); Analogical Representation of the Electromagnetic Field (A.J); Symbolic Representation of the Electromagnetic Field (S.J); Calculation of the Electromagnetic Field (C.J). We finish this work discuss the implications of the work for the idea of progressive Meaningful Learning, the influence of PMTU in Teaching and Learning of Electromagnetism in undergraduate level and the importance of structuring the Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, both for the organization of Teaching and study of Meaningful Learning Processes.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Bender Perotoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Nos últimos anos, estudos e pesquisas relacionados à substituição de armas convencionais que tem como princípio de funcionamento a combustão da pólvora ou de outros produtos químicos explosivos vem se tornando mais frequente. Nesse contexto as armas eletromagnéticas ganham destaque, visto que se utilizam da eletricidade como fonte de energia e o eletromagnetismo como princípio para lançamento de projéteis em velocidades muito mais elevadas do que aquelas alcançadas normalmente via explosivos. Este trabalho descreve a teoria, a construção e modelagem de um protótipo de pequenas dimensões de um coilgun ¿ propulsor eletromagnético que dispara um projétil metálico ferromagnético, cuja operação se assemelha aos motores elétricos lineares, que acionam fechaduras magnéticas e atuadores. O projeto apresenta baixo custo, envolve construção com elementos que podem ser facilmente encontrados, contudo, envolve conceitos relativamente sofisticados de eletromagnetismo. São discutidos os modelos de circuito do coilgun, análise da força magnética exercida no projétil e representações gráficas dos campos produzidos a partir de um simulador eletromagnético via software. A instrumentação usada para medida da velocidade do projétil também é apresentada, com dados de medições. Por fim, como principal objetivo do trabalho, é proposta uma solução inovadora ao problema da desaceleração do projétil no interior do coilgun, sendo implementado um circuito eletrônico com corte do pulso de corrente, o qual permite melhores índices de eficiência. / Recent investigations have been focused on the substitution of conventional powder-based weapons. In this context electromagnetic weapons get prominence, which use electricity as the energy source and electromagnetism as launching principle for projectiles at much higher speeds than those normally achieved via explosives, resulting, among other benefits in a much lower explosion risks. This work describes the theory and prototyping of a small-size coilgun ¿ an electromagnetic propellant device that shots a metal projectile whose operation is similar to the linear electric motors that usually drive magnetic locks and actuators. This project has low cost, it is based on easily available parts, nevertheless, relies on sophisticated concepts of electromagnetism. In this work, proper coilgun circuit models are presented, as well as the analysis of the exerted magnetic force on the projectile with images of the electromagnetic fields provided by an electromagnetic simulator via software. Instrumentation for the muzzle velocity is also presented, along with all the measurement data. Lastly, as the main objective of this work, it is proposed a novel solution to the coilgun velocity optimization by switching off the current, which allows improved efficiency levels of the device.

Sensores com material magnetoelástico vêm sendo desenvolvidos pois possibilitam medidas sem contato de fios (wireless). Apresentam variação da frequência de ressonância (redução) quando submetidos a um carregamento de massa. Podem ser empregados para detecção e determinação de grandezas físicas através de instrumentação remota que vem se tornando cada vez mais importante. As grandezas podem ser desde a quantificação de pH até a detecção da presença de microrganismos. Neste trabalho descrevemos um sistema de detecção rápida e wireless de grandezas físicas como pH e a presença de microorganismos. São utilizados como substrato tiras de material magnetoelástico amorfo Metglas 2826MB3. O material foi cortado em tamanhos de 30 mm x 6 mm e 5 mm x 1 mm, através de uma serra de micro corte, sendo parte destas logo em seguida foram revestidas com finas camadas de Cr e Au através de sputtering. Foi desenvolvido um dispositivo portátil com a função de análise de frequência de ressonância das fitas magnetoelásticas. Este dispositivo pode operar completamente de forma autônomo ou em conjunto com computador. Ele é composto de um central de processamento, circuitos auxiliares e interface de entrada e saída de dados. A operação do dispositivo portátil está em expor o material magnetoelástico (transdutor/sensor) a um campo magnético variável com o tempo, que por sua vez responde com uma onda elástica longitudinal que é detectada de forma magnética. Foram realizados ensaios com o transdutor (superfície livre) e também após a aplicação de camadas sensíveis ao pH e bem como a captura de microrganismo. Para os sensores detectores de pH foram utilizadas tiras do transdutor revestidas com Cr e Au sendo nestas aplicada uma camada de cistamina (CYS) para gerar aderência do polímero de pH sintetizado a partir de monómeros de ácido acrílico e acrilato de isooctilo. O sensor de pH foi exposto a uma faixa de pH (1,5 a 7,5) sendo analisado através do dispositivo portátil e comparado com analisador de rede Agilent E5061B. As medidas da frequência de ressonância do sensor de pH apresentaram uma variação de 70 Hz/pH para sensores 30 mm x 5 mm e para sensores de 5 mm x 1 mm foi de 1000 Hz/pH. Também foram realizadas medidas com o transdutor funcionalizado com Poli- L-Lisina para captura de S. cerevisiae. Com a aderência da S. cerevisiae à superfície do sensor, houve uma redução da frequência de ressonância em 531 Hz, que concorda quantitativamente com valores calculados para este carregamento de massa. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-08-09T17:17:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mateus Beltrami.pdf: 5990387 bytes, checksum: 8b30dc1a304d4ed66593186686b04ee2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-09T17:17:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mateus Beltrami.pdf: 5990387 bytes, checksum: 8b30dc1a304d4ed66593186686b04ee2 (MD5) Previous issue date: 2016-08-09 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS / Sensors with magnetoelastic materials are being developed for possible wireless measurements. They show variation of the resonance frequency (decrease) when subjected to a loading mass. May be employed for detection and determination of physical quantities via remote instrumentation that is becoming increasingly important. These quantities could be the pH of a solution or the detection of the presence of microorganisms. In this work, we describe a rapid and wireless detection system for physical quantities such as pH and the presence of microorganisms. We used as substrates strips of amorphous magnetoelastic material Metglas 2826MB3. The material was cut into strips with sizes of 30 mm x 6 mm and 5 mm x 1 mm, using a micro-dicing saw. Part of these were coated with thin layers of Cr and Au through sputtering. We developed a portable electronic device with the function of determining the resonance frequency of the magnetoelastic strips. This device can operate completely standalone or in conjunction with a computer. It is composed of a central processing, auxiliary circuits and input and output interface of data. The portable device produces a variable magnetic field, which in turn produces a longitudinal elastic wave which is detected magnetically. Tests were carried out with the bare transducer as well as after the application of pH-sensitive layers or material for the capture of microorganisms. For pH sensors we used transducer strips coated with Cr and Au and then applied a layer of cystamine (CYS) to promote adherence to the copolymer of acrylic acid and iso-octyl acrylate. The pH sensor was exposed to a range of pH (1.5 to 7.5) and was measured using the portable device and compared with results from an Agilent E5061B Network Analyzer. The measurements of the resonance frequency of the pH sensor showed a 70 Hz/pH variation for strips of 30 mm x 6 mm and 1000 Hz/pH for strips measuring 5 mm x 1 mm. Measurements were also carried out with the transducer functionalized using poly-l-lysine to capture S. cerevisiae. With the adherence of S. cerevisiae on the sensor surface, there was a reduction of the resonance frequency 531 Hz, which agrees quantitatively with values calculated for mass loading.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AdrianoGS.pdf: 778842 bytes, checksum: bec8b3adf6e4043d40c60a7d9b9c6b70 (MD5) Previous issue date: 2006-06-12 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Recently, an amazing development has been observed in telecommunication systems. Two good examples of this development are observed in mobile communication and aerospace systems. This impressive development is related to the increasing need for receiving and transmitting communication signals. Particularly, this development has required the study of new antennas and filters. This work presents a fullwave analysis of reflectarrays. The considered structures are composed by arrays of rectangular conducting patches printed on multilayer dieletric substrates, that are mounted on a ground plane. The analysis is developed in the spectral domain, using an equivalent transmission line method in combination with Galerkin method. Results for the reflection coefficient of these structures are presented and compared to those available in the literature. A good agreement was observed. Particularly, the developed analysis uses the transmission lines theory in combination with the incident potentials and the field continuity equations, at the structures interfaces, for obtaining the scattered field components expressions as function of the patch surface currents and of the incident field. Galerkin method is used to determine the unknown coefficients in the boundary value problem. Curves for the reflection coefficient of several reflectarray geometries are presented as function of frequency and of the structural parameters / Os constantes avan?os das telecomunica??es tornam-se cada vez mais evidentes nas ?ltimas d?cadas. As tecnologias de comunica??es m?veis e da ind?stria aeroespacial s?o um bom exemplo desta evolu??o. Isto ocorreu devido ao aumento do fluxo de dados a serem transmitidos. Para suprir essa demanda, novas tecnologias v?m surgindo na constru??o de antenas e na filtragem dos sinais de RF. Este trabalho apresenta uma an?lise de onda completa de estrutura de arranjos refletores (reflectarray). A estrutura analisada ? composta por um arranjo de patches condutores retangulares depositados sobre um substrato com duas camadas de materiais iso/anisotr?picos, que por sua vez est?o montadas sobre um plano de terra. A an?lise foi efetuada no dom?nio espectral, sendo utilizado o m?todo da linha de transmiss?o equivalente em combina??o com o m?todo de Galerkin. Como resultado foram obtidos os coeficientes de reflex?o (amplitude e fase) correspondentes para as estruturas analisadas. Para valida??o desses resultados foi realizada uma compara??o com os resultados dispon?veis na literatura. Especificamente, a an?lise desenvolvida usa a teoria de linha de transmiss?o em conjunto com os potenciais incidentes e com a imposi??o da continuidade dos campos nas interfaces de contorno, para a obten??o das express?es das componentes dos campos espalhados em fun??o das densidades de corrente do patch e dos campos incidentes. O m?todo de Galerkin ? utilizado na determina??o num?rica dos coeficientes pesos desconhecidos. Desta forma, s?o determinados os coeficientes de reflex?o (amplitude e fase) das estruturas consideradas

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AdrianoGS.pdf: 947514 bytes, checksum: 6261ee06e26f3e814492d948462a3233 (MD5) Previous issue date: 2006-06-12 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Recently, an amazing development has been observed in telecommunication systems. Two good examples of this development are observed in mobile communication and aerospace systems. This impressive development is related to the increasing need for receiving and transmitting communication signals. Particularly, this development has required the study of new antennas and filters. This work presents a fullwave analysis of reflectarrays. The considered structures are composed by arrays of rectangular conducting patches printed on multilayer dieletric substrates, that are mounted on a ground plane. The analysis is developed in the spectral domain, using an equivalent transmission line method in combination with Galerkin method. Results for the reflection coefficient of these structures are presented and compared to those available in the literature. A good agreement was observed. Particularly, the developed analysis uses the transmission lines theory in combination with the incident potentials and the field continuity equations, at the structures interfaces, for obtaining the scattered field components expressions as function of the patch surface currents and of the incident field. Galerkin method is used to determine the unknown coefficients in the boundary value problem. Curves for the reflection coefficient of several reflectarray geometries are presented as function of frequency and of the structural parameters / Os constantes avan?os das telecomunica??es tornamse cada vez mais evidentes nas ?ltimas d?cadas. As tecnologias de comunica??es m?veis e da ind?stria aeroespacial s?o um bom exemplo desta evolu??o. Isto ocorreu devido ao aumento do fluxo de dados a serem transmitidos. Para suprir essa demanda, novas tecnologias v?m surgindo na constru??o de antenas e na filtragem dos sinais de RF. Este trabalho apresenta uma an?lise de onda completa de estrutura de arranjos refletores (reflectarray). A estrutura analisada ? composta por um arranjo de patches condutores retangulares depositados sobre um substrato com duas camadas de materiais iso/anisotr?picos, que por sua vez est?o montadas sobre um plano de terra. A an?lise foi efetuada no dom?nio espectral, sendo utilizado o m?todo da linha de transmiss?o equivalente em combina??o com o m?todo de Galerkin. Como resultado foram obtidos os coeficientes de reflex?o (amplitude e fase) correspondentes para as estruturas analisadas. Para valida??o desses resultados foi realizada uma compara??o com os resultados dispon?veis na literatura. Especificamente, a an?lise desenvolvida usa a teoria de linha de transmiss?o em conjunto com os potenciais incidentes e com a imposi??o da continuidade dos campos nas interfaces de contorno, para a obten??o das express?es das componentes dos campos espalhados em fun??o das densidades de corrente do patch e dos campos incidentes. O m?todo de Galerkin ? utilizado na determina??o num?rica dos coeficientes pesos desconhecidos. Desta forma, s?o determinados os coeficientes de reflex?o (amplitude e fase) das estruturas consideradas

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:04:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DenerSA.pdf: 3825775 bytes, checksum: 15970a8d2e14d455b5ec18e0f83a7253 (MD5) Previous issue date: 2008-12-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This paper aims at building a proposal for teaching of electromagnetism in the secondary level in the state public school in Natal, RN, encompassing at the most possible comprehensive manner the fundamental aspects of electromagnetism. The methodology employed here is prioritize physical concepts rather than instruments (such as the mathematics), which should have the connotation of just tools, or of aids in the context of physics teaching in the referred teaching level. The proposal is to give teachers a consultation resource, from differentiated lesson plans, which have as main focus activities based primarily in texts and active participation of students in the teaching- learning process and the implementation of the PCN+ proposals (BRAZIL, 2000), which suggest alternative ways to make the practice in the classroom more exciting, targeting a significant teaching-learning process for both the teacher and the student. This material was applied during the 3rd and 4th term (i.e., bimester) throughout the school year of 2007, in the State School Teacher Varela Barca in two classes (3V1 and 3V2) of 3rd grade of secondary level. As evaluation of the implementation of this proposal one can cite that students were more secure when to apply the concepts, when conducting the experiments, and less anxious when formal evaluation of the evidence, showing greater motivation when presented to electromagnetism contextualized in their everyday situations. The product of this educational work includes, besides the dissertation, the lesson plans, itineraries and experimental assessment of the instruments used (Annex E to I) / Este trabalho tem como objetivo a constru??o de uma proposta de ensino de eletromagnetismo, no n?vel m?dio da escola p?blica estadual em Natal, RN, que contemple do modo mais abrangente poss?vel, seus aspectos mais fundamentais. A metodologia empregada visa priorizar conceitos f?sicos em rela??o a instrumentos (como, por exemplo, a matem?tica), que devem ter a conota??o apenas de ferramentas, ou de coadjuvantes, no contexto do ensino de f?sica no n?vel m?dio. A referida proposta proporciona planos de aula diferenciados e roteiros experimentais, que apresentam um trabalho baseado, principalmente, em textos e participa??o ativa dos estudantes no processo de ensino- aprendizagem, bem como na implementa??o das propostas dos PCN+ (BRASIL, 2000), que sugerem formas alternativas para tornar a pr?tica em sala de aula mais empolgante e prazerosa, direcionada a um processo ensino-aprendizagem significativo, tanto para o professor quanto para o aluno. Este material foi aplicado no final do 3? bimestre e em todo 4? bimestre do ano letivo de 2007, na Escola Estadual Professor Varela Barca em duas turmas (3V1 e 3V2) da 3? serie do ensino m?dio. Como avalia??o da aplica??o dessa proposta pode-se citar que os alunos mostraram-se mais seguros no momento de aplicar os conceitos, quando da realiza??o dos experimentos, e menos ansiosos no momento formal da prova avaliativa, demonstrando uma maior motiva??o quando apresentados ao eletromagnetismo contextualizado em situa??es do seu dia-a-dia. O produto educacional deste trabalho compreende, al?m desta disserta??o, os planos de aula, roteiros experimentais e os instrumentos de avalia??o utilizados (Anexos E a I)

No-radiation effects of nuclear attacks create a big group of possible impacts on society. The first task of diploma thesis is to compile basic complex of known principles, features and descriptions of behaviour of electro technical materials, mainly in the sphere of electromagnetic fields and their interaction with surroundings on various (attack induced) outer conditions. These features are verified and demonstrated through laboratory measurements taken on basic components of the latest ICT devices. The second task is to compile the whole complex of findings and observations about SW models creations on interpersonal parallel communication. Acquired results are verified on the small group of 27 people.

Neste trabalho discutimos os resultados de uma pesquisa envolvendo três estudos sobre as Unidades de Ensino Potencialmente Significativas, propostas por Moreira (2011), aplicadas ao Eletromagnetismo, tendo como corpo estruturante as equações de Maxwell. Discutimos, primeiramente, a relevância do trabalho como associada a uma potencial facilitação dos mecanismos de aprendizagem significativa cientificamente aceita e epistemologicamente coerente por parte dos alunos e, pois, ao desenvolvimento de possíveis novos modelos mentais e esquemas de assimilação que se distanciem do conhecimento de senso comum, recorrente em alunos de diversas faixas etárias. Abordamos, ainda, o conhecimento obtido sobre as pesquisas cobrindo aprendizagem (por parte de alunos e professores) de conteúdos de eletromagnetismos em propostas didáticas diferenciadas, dificuldades (de estudantes e de professores) no trato com assuntos envolvendo teoria eletromagnética, análises de materiais didáticos e currículos envolvendo eletromagnetismo, e discussões teórico-epistemológicas sobre conteúdos da disciplina. Percebe-se que o maior número de publicações na área está nas duas primeiras categorias e há evidências de o conhecimento dos estudantes se encontrar muito distante do conhecimento científico e de as propostas didáticas enfocando ensino por investigação e outras metodologias (como a de Shen e Linn, 2011) serem frutíferas. Apresentamos, ainda, no trabalho as ideias norteadoras do referencial teórico, a saber, as teorias dos Campos Conceituais (as relações entre os complexos conceitos de esquema, de situação e Campo Conceitual) e dos Modelos Mentais (as relações complexas entre modelo de trabalho e a tentativa de junção disto com a referência epistemológica dos Campos Conceituais, entendendo modelos mentais como geradores de operações de pensamento de curto prazo). Discutimos como estas ideias se enquadram na montagem das UEPS a partir de princípios norteadores: 1) conhecimento prévio é o ponto de partida do ensino-aprendizagem, 2) aprendizagem significativa envolve a integração entre pensamentos, sentimentos e ações de forma construtiva, 3) a aprendizagem significativa só ocorre se for intencional, deliberada, 4) as situações dão sentido aos conceitos, 5) os modelos mentais operam na memória de trabalho, 6) o ensino deve intercalar a diferenciação progressiva e reconciliação integradora, 7) a aprendizagem significativa é progressiva, 8) o papel do professor é de provedor de situações-problema para os estudantes, 9) existe uma relação triádica entre professores, alunos e materiais educativos, 10) a aprendizagem significativa deve ser crítica. Descrevemos as três UEPS implementadas no primeiro estudo (Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Eletromagnética) e as quatro implementadas no segundo estudo (Campo, Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Magnética). Apresentamos as ligeiras diferenças entre elas, enfatizando mais o aspecto conceitual e colocando a formalização em um estágio posterior à conceitualização. Por fim, são discutidas as representações internas usadas pelos estudantes para processar operações de pensamento para conduzir o domínio classes de situações e a estabilização de Modelos Mentais (provisórios) em Esquemas de Assimilação (mais estáveis). Discutem-se, ainda, as Classes de Situações mapeadas para o Eletromagnetismo de nível de ciclo básico de Graduação, bem como as representações mais adotadas pelos estudantes, isto é, apresenta-se uma proposta inicial para o Campo Conceitual do Conceito de Campo Eletromagnético recortado em três partes: Eletrostática, Magnetostática e Eletrodinâmica. Propomos, também, quatro grandes classes de situações possíveis de orientar o ensino de Eletromagnetismo envolvendo as quatro ações seguintes: Descrição de Interações, Representação Analógica, Representação Simbólica, e Cálculo do Campo. Através da síntese teórica de Greca e Moreira (2002), foi possível classificar as ações dos estudantes nos Campos da Eletrostática, da Magnetostática e da Eletrodinâmica. Propusemos tipos de Representação Interna para análise da ação cognitiva dos estudantes tanto em Curto como em Longo Prazo. Classificamos as ações dos estudantes em determinadas formas, distinguindo entre as Ações dos estudantes com base na conceitualização empregada por eles em distintas classes de Situações. Com respeito ao conceito de Campo, classificamos as ações em: Descrição de Interações Físicas (I); Representação Analógica do Campo (A); Representação Simbólica do Campo (S). Com respeito ao conceito de Campo Elétrico, classificamos as ações em: Descrição de Interações Elétricas (I.E); Representação Analógica do Campo Elétrico (A.E); Representação Simbólica do Campo Elétrico (S.E); Cálculo do Campo Elétrico (C.E). Com respeito ao conceito de Campo Magnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Magnéticas (I.B); Representação Analógica do Campo Magnético (A.B); Representação Simbólica do Campo Magnético (S.B); Cálculo do Campo Magnético (C.B). Com respeito ao conceito de Campo Eletromagnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Eletromagnéticas (I.J); Representação Analógica do Campo Eletromagnético (A.J); Representação Simbólica do Campo Eletromagnético (S.J); Cálculo do Campo Eletromagnético (C.J). Discutimos, por fim, as implicações do trabalho para a ideia de Aprendizagem Significativa progressiva, a Influência das UEPS no Ensino e na Aprendizagem de Eletromagnetismo em nível de graduação e a importância da estruturação do Campo Conceitual do conceito de Campo Eletromagnético, tanto para a organização do Ensino como para estudo de Processos Significativos de Aprendizagem. / In this work we discuss the first results of two studies on the Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) proposed by Moreira (2011), applied to the teaching of Electromagnetism and based on the Maxwell’s equations. We firstly discuss the relevance of the work as being associated to a potential facilitation of students’ meaningful learning mechanisms (scientifically correct and bounded to epistemological coherence) and so to the development of new possible mental models and assimilation schemes that progressively getting further common sense. We discuss, yet, knowledge produced in the literature covering learning of electromagnetism content in new didactical approaches, difficulties students tackle when studying the subject, didactical stuff and curricular analyses on electromagnetism, and theoretical-epistemological discussions on the electromagnetic theory. We found a greater number of researches in the first two categories compared to the other ones. There is evidence that students’ knowledge is distant from scientific knowledge and that didactical proposals based on inquiry teaching and other methodologies (as the one due to Shen and Linn, 2011) are prompted to facilitate meaningful learning. We also present the guiding ideas in the theoretical framework, which is based in the Conceptual field theory (the relations between the complex concepts of scheme, situation and conceptual field) and in the Mental model theory (the relations between working model, the attempt of merging this idea to the epistemological reference of Conceptual field, thinking as mental models of generators of short-term thought operations). We discuss how these ideas are framed when building a PMTU once we present guiding lines to be followed: 1) prior knowledge is the starting point to teaching-learning processes, 2) meaningful learning embraces the integration of thoughts feelings and actions in a constructive way, 3) meaningful learning just occurs if it is intentional, if it is done by the student’s free will, 4) situations gives rise to concepts, 5) mental models operate in the working memory, 6) teaching must mix progressive differentiation and integrative reconciliation, 7) meaningful learning is progressive, 8) the teacher must provide problem-situations for the students, 9) there is a triadic relationship among teachers, students and educative materials, 10) meaningful learning must be critical. We describe three PMTU implemented in the first study (Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction) and four that were implemented in the second study (Field, Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction). We present the slight differences among then, emphasizing the conceptual bias we have given by putting formalization in the stage that followed conceptualization, instead of working on it in parallel with conceptualization. We discuss internal representation used by students to process thought operations driven to master classes of situations, the stabilization of Mental Models in Assimilation Schemas, the Classes of Situations we’ve mapped to Electromagnetism (universities basic cycle), as long as the most used representation carried by the students, namely, an initial proposal for a Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, that was divided in three parts: Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also discuss four great classes of situation that are useful for orienting Electromagnetism teaching: Description of Electromagnetic Interactions, Analogical Representation of the Electromagnetic Field, Symbolic Representation of the Electromagnetic Field and Calculations of the Electromagnetic Field. Using the theoretical synthesis between Conceptual Field Theory and Mental Models Theory, due to Greca and Moreira (2002), it was possible to classify students’ actions in problem-solving on Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also propose types of Internal Representation for analyzing students’ cognitive action in long and short term. We classify students’ actions distinguishing among them by conceptualization they used when mastering different classes of Situations. With respect to the concept of Field, we classified these actions in four different and complementary ways, namely: Description of Physical Interactions (I); Analogical Representation of the Field (A); Symbolic Representation of the Field (S). With respect to the concept of Electric Field, we classified those actions in: Description of Electric Interactions (I.E); Analogical Representation of the Electric Field (A.E); Symbolic Representation of the Electric Field (S.E); Calculation of the Electric Field (C.E). We classified the cognitive actions of the students when tackling Situations related to the concept of Magnetic Field in: Description of Magnetic Interactions (I.B); Analogical Representation of the Magnetic Field (A.B); Symbolic Representation of the Magnetic Field (S.B); Calculation of the Magnetic Field (C.B). We classified the cognitive actions of students tackling the concept of Electromagnetic Field in: Description of Electromagnetic Interactions (I.J); Analogical Representation of the Electromagnetic Field (A.J); Symbolic Representation of the Electromagnetic Field (S.J); Calculation of the Electromagnetic Field (C.J). We finish this work discuss the implications of the work for the idea of progressive Meaningful Learning, the influence of PMTU in Teaching and Learning of Electromagnetism in undergraduate level and the importance of structuring the Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, both for the organization of Teaching and study of Meaningful Learning Processes.

Este trabalho propõe uma solução inovadora para o amortecimento de vibrações laterais indesejadas em máquinas rotativas através da conversão de energia cinética em energia elétrica por meio de um dispositivo eletromagnético passivo de colheita de energia, com o mínimo de geração de torque reativo. Para atingir estes objetivos, foram descritas e avaliadas as três principais técnicas de coleta de energia vibratória (piezelétrica, eletrostática e eletromagnética) juntamente com análises qualitativas das equações de eletromagnetismo e pelo Método dos Elementos Finitos. Um protótipo que consiste em um conjunto de ímãs permanentes anexos ao rotor e um conjunto de bobinas no estator demonstrou experimentalmente uma diminuição da amplitude de vibração em até 6,8%, na região de velocidades críticas, com geração não significativa de torque. Estes resultados foram obtidos experimentalmente mantendo-se os enrolamentos independentes entre si. / In this work, it is proposed a novel damping solution for undesired lateral vibrations in rotating machines by converting kinetic energy into electrical energy through a passive electromagnetic energy harvesting device, with minimal generation of reactive torque. In order to achieve these goals, it is described and evaluated the three main vibration energy harvesting techniques (piezoelectric, electrostatic and electromagnetic) along with qualitative analysis of electromagnetic equations and nite element analysis (FEA). Furthermore, a prototype consisting of a set of permanent magnets attached to the rotor and a set of coils attached to the stator showed a decrease in the amplitude of vibration up to 6,8% in the range of critical velocities, with non-signicant torque generation. Such results were obtained experimentally with independent-circuit coils.

Neste trabalho discutimos os resultados de uma pesquisa envolvendo três estudos sobre as Unidades de Ensino Potencialmente Significativas, propostas por Moreira (2011), aplicadas ao Eletromagnetismo, tendo como corpo estruturante as equações de Maxwell. Discutimos, primeiramente, a relevância do trabalho como associada a uma potencial facilitação dos mecanismos de aprendizagem significativa cientificamente aceita e epistemologicamente coerente por parte dos alunos e, pois, ao desenvolvimento de possíveis novos modelos mentais e esquemas de assimilação que se distanciem do conhecimento de senso comum, recorrente em alunos de diversas faixas etárias. Abordamos, ainda, o conhecimento obtido sobre as pesquisas cobrindo aprendizagem (por parte de alunos e professores) de conteúdos de eletromagnetismos em propostas didáticas diferenciadas, dificuldades (de estudantes e de professores) no trato com assuntos envolvendo teoria eletromagnética, análises de materiais didáticos e currículos envolvendo eletromagnetismo, e discussões teórico-epistemológicas sobre conteúdos da disciplina. Percebe-se que o maior número de publicações na área está nas duas primeiras categorias e há evidências de o conhecimento dos estudantes se encontrar muito distante do conhecimento científico e de as propostas didáticas enfocando ensino por investigação e outras metodologias (como a de Shen e Linn, 2011) serem frutíferas. Apresentamos, ainda, no trabalho as ideias norteadoras do referencial teórico, a saber, as teorias dos Campos Conceituais (as relações entre os complexos conceitos de esquema, de situação e Campo Conceitual) e dos Modelos Mentais (as relações complexas entre modelo de trabalho e a tentativa de junção disto com a referência epistemológica dos Campos Conceituais, entendendo modelos mentais como geradores de operações de pensamento de curto prazo). Discutimos como estas ideias se enquadram na montagem das UEPS a partir de princípios norteadores: 1) conhecimento prévio é o ponto de partida do ensino-aprendizagem, 2) aprendizagem significativa envolve a integração entre pensamentos, sentimentos e ações de forma construtiva, 3) a aprendizagem significativa só ocorre se for intencional, deliberada, 4) as situações dão sentido aos conceitos, 5) os modelos mentais operam na memória de trabalho, 6) o ensino deve intercalar a diferenciação progressiva e reconciliação integradora, 7) a aprendizagem significativa é progressiva, 8) o papel do professor é de provedor de situações-problema para os estudantes, 9) existe uma relação triádica entre professores, alunos e materiais educativos, 10) a aprendizagem significativa deve ser crítica. Descrevemos as três UEPS implementadas no primeiro estudo (Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Eletromagnética) e as quatro implementadas no segundo estudo (Campo, Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Magnética). Apresentamos as ligeiras diferenças entre elas, enfatizando mais o aspecto conceitual e colocando a formalização em um estágio posterior à conceitualização. Por fim, são discutidas as representações internas usadas pelos estudantes para processar operações de pensamento para conduzir o domínio classes de situações e a estabilização de Modelos Mentais (provisórios) em Esquemas de Assimilação (mais estáveis). Discutem-se, ainda, as Classes de Situações mapeadas para o Eletromagnetismo de nível de ciclo básico de Graduação, bem como as representações mais adotadas pelos estudantes, isto é, apresenta-se uma proposta inicial para o Campo Conceitual do Conceito de Campo Eletromagnético recortado em três partes: Eletrostática, Magnetostática e Eletrodinâmica. Propomos, também, quatro grandes classes de situações possíveis de orientar o ensino de Eletromagnetismo envolvendo as quatro ações seguintes: Descrição de Interações, Representação Analógica, Representação Simbólica, e Cálculo do Campo. Através da síntese teórica de Greca e Moreira (2002), foi possível classificar as ações dos estudantes nos Campos da Eletrostática, da Magnetostática e da Eletrodinâmica. Propusemos tipos de Representação Interna para análise da ação cognitiva dos estudantes tanto em Curto como em Longo Prazo. Classificamos as ações dos estudantes em determinadas formas, distinguindo entre as Ações dos estudantes com base na conceitualização empregada por eles em distintas classes de Situações. Com respeito ao conceito de Campo, classificamos as ações em: Descrição de Interações Físicas (I); Representação Analógica do Campo (A); Representação Simbólica do Campo (S). Com respeito ao conceito de Campo Elétrico, classificamos as ações em: Descrição de Interações Elétricas (I.E); Representação Analógica do Campo Elétrico (A.E); Representação Simbólica do Campo Elétrico (S.E); Cálculo do Campo Elétrico (C.E). Com respeito ao conceito de Campo Magnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Magnéticas (I.B); Representação Analógica do Campo Magnético (A.B); Representação Simbólica do Campo Magnético (S.B); Cálculo do Campo Magnético (C.B). Com respeito ao conceito de Campo Eletromagnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Eletromagnéticas (I.J); Representação Analógica do Campo Eletromagnético (A.J); Representação Simbólica do Campo Eletromagnético (S.J); Cálculo do Campo Eletromagnético (C.J). Discutimos, por fim, as implicações do trabalho para a ideia de Aprendizagem Significativa progressiva, a Influência das UEPS no Ensino e na Aprendizagem de Eletromagnetismo em nível de graduação e a importância da estruturação do Campo Conceitual do conceito de Campo Eletromagnético, tanto para a organização do Ensino como para estudo de Processos Significativos de Aprendizagem. / In this work we discuss the first results of two studies on the Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) proposed by Moreira (2011), applied to the teaching of Electromagnetism and based on the Maxwell’s equations. We firstly discuss the relevance of the work as being associated to a potential facilitation of students’ meaningful learning mechanisms (scientifically correct and bounded to epistemological coherence) and so to the development of new possible mental models and assimilation schemes that progressively getting further common sense. We discuss, yet, knowledge produced in the literature covering learning of electromagnetism content in new didactical approaches, difficulties students tackle when studying the subject, didactical stuff and curricular analyses on electromagnetism, and theoretical-epistemological discussions on the electromagnetic theory. We found a greater number of researches in the first two categories compared to the other ones. There is evidence that students’ knowledge is distant from scientific knowledge and that didactical proposals based on inquiry teaching and other methodologies (as the one due to Shen and Linn, 2011) are prompted to facilitate meaningful learning. We also present the guiding ideas in the theoretical framework, which is based in the Conceptual field theory (the relations between the complex concepts of scheme, situation and conceptual field) and in the Mental model theory (the relations between working model, the attempt of merging this idea to the epistemological reference of Conceptual field, thinking as mental models of generators of short-term thought operations). We discuss how these ideas are framed when building a PMTU once we present guiding lines to be followed: 1) prior knowledge is the starting point to teaching-learning processes, 2) meaningful learning embraces the integration of thoughts feelings and actions in a constructive way, 3) meaningful learning just occurs if it is intentional, if it is done by the student’s free will, 4) situations gives rise to concepts, 5) mental models operate in the working memory, 6) teaching must mix progressive differentiation and integrative reconciliation, 7) meaningful learning is progressive, 8) the teacher must provide problem-situations for the students, 9) there is a triadic relationship among teachers, students and educative materials, 10) meaningful learning must be critical. We describe three PMTU implemented in the first study (Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction) and four that were implemented in the second study (Field, Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction). We present the slight differences among then, emphasizing the conceptual bias we have given by putting formalization in the stage that followed conceptualization, instead of working on it in parallel with conceptualization. We discuss internal representation used by students to process thought operations driven to master classes of situations, the stabilization of Mental Models in Assimilation Schemas, the Classes of Situations we’ve mapped to Electromagnetism (universities basic cycle), as long as the most used representation carried by the students, namely, an initial proposal for a Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, that was divided in three parts: Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also discuss four great classes of situation that are useful for orienting Electromagnetism teaching: Description of Electromagnetic Interactions, Analogical Representation of the Electromagnetic Field, Symbolic Representation of the Electromagnetic Field and Calculations of the Electromagnetic Field. Using the theoretical synthesis between Conceptual Field Theory and Mental Models Theory, due to Greca and Moreira (2002), it was possible to classify students’ actions in problem-solving on Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also propose types of Internal Representation for analyzing students’ cognitive action in long and short term. We classify students’ actions distinguishing among them by conceptualization they used when mastering different classes of Situations. With respect to the concept of Field, we classified these actions in four different and complementary ways, namely: Description of Physical Interactions (I); Analogical Representation of the Field (A); Symbolic Representation of the Field (S). With respect to the concept of Electric Field, we classified those actions in: Description of Electric Interactions (I.E); Analogical Representation of the Electric Field (A.E); Symbolic Representation of the Electric Field (S.E); Calculation of the Electric Field (C.E). We classified the cognitive actions of the students when tackling Situations related to the concept of Magnetic Field in: Description of Magnetic Interactions (I.B); Analogical Representation of the Magnetic Field (A.B); Symbolic Representation of the Magnetic Field (S.B); Calculation of the Magnetic Field (C.B). We classified the cognitive actions of students tackling the concept of Electromagnetic Field in: Description of Electromagnetic Interactions (I.J); Analogical Representation of the Electromagnetic Field (A.J); Symbolic Representation of the Electromagnetic Field (S.J); Calculation of the Electromagnetic Field (C.J). We finish this work discuss the implications of the work for the idea of progressive Meaningful Learning, the influence of PMTU in Teaching and Learning of Electromagnetism in undergraduate level and the importance of structuring the Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, both for the organization of Teaching and study of Meaningful Learning Processes.