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Problematizando o Ensino de Física Moderna e Contemporânea: Uma Proposta Didática Baseada nos Três Momentos Pedagógicos Utilizando a Astronomia como Temática CentralEVANGELISTA, R. L. 24 May 2016 (has links)
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Previous issue date: 2016-05-24 / O trabalho apresenta uma proposta didática de abordagem de tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio (EM), baseada na dinâmica dos Três Momentos Pedagógicos (3MP), desenvolvida a partir das ideias de um ensino dialógico na linha freireana, usando como temática central a Astronomia. O objetivo foi utilizar assuntos associados a exoplanetas e a constituição de estrelas, como temática central motivadora para abordarmos e discutirmos conteúdos relacionados a fotometria, espectroscopia e estrutura da matéria de forma a evitar a educação que Paulo Freire denomina bancária. Numa primeira etapa, foi efetuado uma pesquisa a respeito dos conhecimentos prévios dos educandos de uma turma de EM sobre os assuntos de Astronomia, associados a exoplanetas e a constituição das estrelas, e de Física, associados à luz e estrutura da matéria. Numa segunda etapa, aplicamos diversas atividades elaboradas com base na dinâmica dos 3MP, envolvendo uma problematização inicial, seguida de uma organização e aplicação do conhecimento abordado. Na terceira etapa, aplicamos pós-testes, questionários e entrevistas, com o intuito de avaliarmos o quão significativa foi a aprendizagem dos educandos e sua participação de uma forma mais ativa, dialógica e crítica durante o desenvolvimento das atividades. A partir dos dados coletados foi possível concluir que houve uma boa recepção e participação dos estudantes na sequência didática implementada e evidências de aprendizagem significativa de conceitos básicos de FMC e Astronomia. Como produto associado à dissertação, no Apêndice F é apresentada a sequência didática que foi implementada, com todo o material utilizado,a qual poderá servir de referência para outros docentes que desejarem desenvolver projetos de ensino de FMC na Educação Básica, que busquem promover um diálogo entre a realidade do aluno e o conhecimento científico necessário para que ele seja capaz de compreender o mundo.
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Apropriação da linguagem científica por parte dos alunos em uma sequência de ensino de física moderna / Appropriation of scientific language by students in a sequence of Teaching of Modern PhysicsSilva, João Freitas da 24 April 2009 (has links)
Nesta pesquisa analisamos duas atividades práticas, envolvendo alunos do terceiro ano do Ensino Médio, que fazem parte de uma sequência de Ensino de Física Moderna. Na primeira das atividades, os alunos observam e analisam os espectros da luz proveniente de determinadas lâmpadas com o auxílio de espectroscópios construídos com redes de difração provenientes de pedaços de CD, e na outra, buscam identificar quais elementos químicos estão presentes em algumas estrelas, comparando espectros hipotéticos destas com os espectros de alguns elementos químicos. Na Sequência de Ensino adotada, essas atividades estão localizadas exatamente no momento de transição entre a Física Clássica e a Moderna e servem para introduzir o Modelo Atômico de Bohr e a quantização dos níveis de energia como explicação para os espectros de emissão e absorção da luz. Buscamos analisar \"se\" e \"caso ocorra\" como os alunos se apropriam das linguagens científicas e de termos técnicos durante a realização das duas atividades práticas, bem como a presença de indicadores da Alfabetização Científica. Também procuramos analisar as estruturas das argumentações presentes na aula. Por fim, analisamos o envolvimento dos alunos com as atividades. Para tanto, fizemos uma revisão sobre as linguagens científicas, destacando a linguagem verbal/oral, a gestual e de manipulação e sobre estrutura de argumentação no Ensino de Ciências baseados no Modelo de Toulmin (1958), Van Eemeren et al. (1987) e adaptações para esses modelos em trabalhos como os de Jiménez Aleixandre (1998), Villani e Nascimento (2003), Capecchi (2004) e Carmo (2006). As análises foram feitas a partir das transcrições das aulas gravadas em DVD. Tais análises remetem à importância das linguagens científicas e das argumentações para acompanhamento do processo cognitivo em sala de aula. Indicam também a importância que deve ser dada às linguagens para compreensão do processo ensino-aprendizagem, bem como a necessidade de perguntas que estimulem a argumentação por parte dos alunos. / In this research we analyze two practical activities, involving students from the third year of high school, which are part of a sequence of Teaching of Modern Physics. In the first activity students observe and analyze the spectra of light from certain lamps with the aid of spectroscope diffraction networks built with pieces of a CD. The second one seeks to identify which elements are present in some stars, comparing theoretical spectra of it with the spectra of some chemical elements. Following the Education adopted, these activities are located exactly at the transition between the Classical and Modern Physics and are useful to introduce the Atomic Model of Bohr and quantization levels of energy as an explanation for the emission and absorption of the spectra of light. We examined whether, and if it occurs, as students are aware of scientific language and technical terms during the performance of both practical activities and the presence of indicators of scientific literacy. We also seek to analyze the structures of the arguments in the class. Finally, we analyzed the involvement of students with the activity. Thus a scientific language review was made highlighting the verbal/oral language, the gestural and handling ones and on the structure of argument in science education based on the Toulmin Model (1958), Van Eemeren et al. (1987) and adaptations to these models in studies such as Jiménez Aleixandre (1998), Birth and Villani (2003), Capecchi (2004) and Carmo (2006). The tests were made from transcripts of lessons recorded on DVD. These tests refer to the importance of language and scientific arguments for the monitoring of cognitive process in the classroom. They also show the importance of languages to understand the teaching-learning process and the need for questions that encourage reasoning by students.
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Forças Intermoleculares: Propriedades Estruturais e Eletrônicas de Clusters de Van Der Waals / Intermolecular forces: structural and electronic properties of van der Waals clusters.Cunha, Carlos Roberto Martins da 30 October 1997 (has links)
A interação intermolecular nos clusters N2 C5H5, He CsHs e Ne C5H5 é estudada através de métodos ab initio de teoria de perturbação de muitos corpos. Estes sistemas formam uma interessante família onde as diferentes contribuições intermoleculares desempenham papéis complementares para a compreensão das forças intermoleculares envolvidas. De um modo geral, nestes sistemas neutros e apelares as interações de carga e dipolo são inexistentes. Assim, as contribuições eletrostáticas advém de multipolos superiores. Tais clusters devem sua ligação às chamadas forças de van der Waals que tem sua origem nos momentos induzidos. Para o sistema N2 C5H5, único destes que foi observado experimentalmente, sua existência se deve à força de dispersão de London. Entretanto, a interação eletrostática do tipo quadrupolo-quadrupolo pode ser atrativa ou repulsiva dependendo da orientação dos monômeros. Cálculos realizados em teoria de perturbação de segunda ordem, com funções base extensas, indicam que o sistema é ligado com energia de ligação de cerca de 400 cm-1 e que a estrutura mais estável consiste do N2 paralelo ao plano do C5H5 a 3,4 Á, em concordância com os resultados inferidos por estudos experimentais. No caso dos complexos He C5H5 e Ne C5H5 tem-se a ausência da interação quadrupolar. As forças de indução envolvendo momentos multipolares permanentes do CsHs com momentos induzidos do He ou Ne são muito pequenas. As interações são portanto dominadas pelas forças de dispersão de London. No caso He C5H5 nossos resultados obtidos por teoria de perturbação de segunda ordem indicam que o complexo não é ligado ou é ligado por uma energia inferior a 50 cm-1. Já no caso Ne CsHs a interação é suficiente para criar um complexo estável. Nossa melhor estimativa indica uma energia de ligação de cerca de 100 cm-1 Estes resultados podem ser entendidos qualitativamente através da análise das polarizabilidades de dipolo calculadas para estes sistemas. As análises das possíveis geometrias do C5H5 (C2v ou D5h) e das funções base utilizadas são feitas. No caso do C5H5 isolado, cálculos realizados em alto nível de teoria de perturbação mostram que o estado fundamental tem simetria 2 B2 (C2v) decorrente da distorção Jahn¬Teller do estado 2 E(D5h) A diferença de energia é encontrada ser da ordem de 0,2 eV. / The intermolecular interaction betwen N2 C5H5 , He C5H5 and Ne C5H5 is analyzed using second-order many-body perturbation theory. For these systems the interaction is dominated by the van der Waals contribution of the London dispersion force. For N2 C5H5 it is found that the system is stable by rv400 cm-1 at an intermolecular distance of 3,4 A. Analysis of the electrostatic quadrupole-quadrupole interaction shows that the system is stabilized when N2 lies parallel to the C5H5 plane and is destabilized when N2 lies perpendicular to the C5H5 plane. Therefore, although the dispersion force is the major contributor to the stabilization it is the quadrupole-quadrupole interaction that is held responsible for the favourable structure. In the case of both He C5H5 and Ne C5H5 there is no direct electrostatic interaction as the permanent moments of He and Ne are zero. For the He C5 H5 it is found a very small binding energy, if any. As for the Ne C5H5 we find a binding energy of around 100 cm-1. This different behavior for He and Ne is analyzed using the calculated values for the dipole polarizabilities. The influence of the different geometries for C5H5 (C 2v or D5h) as well as the so-called basis set superposition error are analyzed. For isolated C5H5 high-order calculations show that the 2B2 ground state for symmetry C2v lies around 0,2 eV below the 2E ground state for symmetry D5h. This energy lowering comes from the expected Jahn-Teller distortion.
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Estados estacionários de duas partículas de DIRAC em um centro coulombiano / Stationary states of two Dirac particles in a Coulomb fieldYamamoto, Jorge Futoshi 13 September 1991 (has links)
A proposta do trabalho e obter os valores dos níveis de energia do átomo de hélio ou de íons tipo hélio por meio de um hamiltoniano modelo que descreve os estados estacionários de um sistema de duas partículas de dirac em um centro coulombiano. A função de onda total e escrita como uma combinação de produtos diretos anti-simetrizados de bispinores similares as soluções para uma partícula. Parte dos espectros do átomo de hélio e do SI POT.12+ para os momentos angulares totais J = 0, 1, 2 (paridades par e ímpar, respectivamente) são obtidos. / The helium and helium-like ions energy levels are evaluated using a Hamiltonian operator that describes the stationary states of two-DIRAC particles system in an external Coulomb field. The total wave function of the system is an anti-simmetrized combination of tensor products of bispinors, similar to the one-particle DIRAC solutions. The partial helium and 51 12+ spectra are obtained for the total angular momenta J = 0,1,2 (even and odd parities, respectively).
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Estados estacionários de duas partículas de DIRAC em um centro coulombiano / Stationary states of two Dirac particles in a Coulomb fieldJorge Futoshi Yamamoto 13 September 1991 (has links)
A proposta do trabalho e obter os valores dos níveis de energia do átomo de hélio ou de íons tipo hélio por meio de um hamiltoniano modelo que descreve os estados estacionários de um sistema de duas partículas de dirac em um centro coulombiano. A função de onda total e escrita como uma combinação de produtos diretos anti-simetrizados de bispinores similares as soluções para uma partícula. Parte dos espectros do átomo de hélio e do SI POT.12+ para os momentos angulares totais J = 0, 1, 2 (paridades par e ímpar, respectivamente) são obtidos. / The helium and helium-like ions energy levels are evaluated using a Hamiltonian operator that describes the stationary states of two-DIRAC particles system in an external Coulomb field. The total wave function of the system is an anti-simmetrized combination of tensor products of bispinors, similar to the one-particle DIRAC solutions. The partial helium and 51 12+ spectra are obtained for the total angular momenta J = 0,1,2 (even and odd parities, respectively).
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Sequência didática como instrumento para a aprendizagem significativa do efeito fotoelétrico / Didactic sequence as an instrument for meaningful learning of photoelectric effectMantovani, Sérgio Roberto [UNESP] 14 December 2015 (has links)
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Previous issue date: 2015-12-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nesta pesquisa de abordagem qualitativa, buscou-se construir uma Sequência Didática (SD) que contemplasse um tema da Física Moderna e Contemporânea (FMC) na perspectiva de uma aprendizagem significativa e contextualizada. O assunto trabalhado foi o Efeito Fotoelétrico e teve como fonte problematizadora o projeto de instalação de quatro usinas fotovoltaicas na cidade de Dracena, cidade onde foi realizada a pesquisa. A sequência didática foi preparada com base na teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e de Joseph Novak. A pesquisa foi realizada com um grupo de 37 alunos da terceira série do Ensino Médio de uma escola pública da rede estadual de São Paulo, localizada na cidade de Dracena. No desenvolvimento da SD foram utilizadas diferentes metodologias e ferramentas, como a interpretação de texto jornalístico, uso de vídeos e simulações computacionais e manuseio de dispositivos fotovoltaicos. Através de análise de questionários foi possível verificar que os alunos adquiriram novos conhecimentos, que servirão como conhecimentos prévios para continuar a aprendizagem sobre a produção de energia elétrica a partir da energia solar. Observou-se que os alunos reconheceram a importância social e ambiental das usinas fotovoltaicas, considerando-a como fonte de energia limpa e renovável que trará inúmeros benefícios à comunidade local. Foi possível inferir que o trabalho com TIC é o preferido pelos alunos.
In this qualitative research, we sought to build a Teaching Sequence (SD) contemplating a theme of Modern and Contemporary Physics (FMC) in view of a meaningful and contextualized learning. The subject worked was the Photoelectric Effect and had as problem-source, design installation of four photovoltaic factories in the Dracena city, where the research took place. The didactic sequence has been prepared based on Meaningful Learning Theory of David Ausubel and Joseph Novak. The survey was developed with a group of 37 third graders of high school from a public school of the state of São Paulo, located in Dracena city. The SD of development have used different methodologies and tools such as the interpretation of journalistic text, using videos and computer simulations and handling of photovoltaic devices. Through questionnaires, analysis was possible to verify that students have acquired new knowledge that will serve as prior knowledge to continue learning about the production of electricity from solar energy. It was observed that the students recognized the social and environmental importance of photovoltaic power factory, considering it as clean and renewable energy source that will bring numerous benefits to the local community. It was possible to infer that students prefer the work with ICT.
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O ensino de física das radiações em ambientes hospitalares: avaliação das concepções sobre raios x com enfoque na prevenção e tecnologiaLuz, Renata Matos da January 2013 (has links)
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Previous issue date: 2013 / This paper aimed to identify the conceptions of professionals with technical degree in radiology, operating in the labor market, concerning the field of Modern Physics concepts related to their profession as well as the value they give to these concepts. To achieve this goal the present study applied a questionnaire and collected information directly from research subjects through a field diary. The theoretical elucidated the perception of the achieved results indicating possible actions to be taken. The questionnaire data were analyzed according to qualitative approach guided by Discursive Textual Analysis. The results indicate the need for deepening the teaching of Physics in this area of training, considering it as essential content in professional training (BRAZIL 2000, 2011), little developed knowledge, restricted language and differences between concepts are observed in large part of the results.It was also noticeable that individuals consider important to know the contents of Physics related to their profession. This study identified the level of understanding of the modern Physics concepts, as well as radiology professionals‟ difficulties and curiosities. Understanding students' difficulties can be an important way to recognize the need for new teaching strategies. The results may contribute to the improvement of courses curriculum and to the awareness of pedagogical directions related to the importance of training teachers engaged in the subject of Physics in this education area. / Este trabalho teve o propósito de identificar as concepções de profissionais com formação técnica em radiologia, atuantes no mercado de trabalho, quanto ao domínio dos conceitos de Física Moderna relacionados à sua profissão, assim como a valorização que dão a esses conceitos. Para atingir este objetivo o presente estudo aplicou um questionário e coletou informações diretamente dos sujeitos de pesquisa por meio de um diário de campo. A fundamentação teórica elucidou a percepção dos resultados atingidos apontando possíveis ações a serem assumidas. Os dados do questionário foram analisados segundo abordagem qualitativa orientada pela Análise Textual Discursiva. Os resultados apontam a necessidade do aprofundamento no ensino de Física para essa área de formação, pois considerando conteúdos como indispensáveis na formação do profissional (BRASIL 2000; 2011), observa-se em grande parte dos resultados conhecimentos pouco elaborados, linguagem restrita e divergências entre os conceitos.Também foi perceptível que os sujeitos consideram importante o conhecimento dos conteúdos de Física relacionados à sua profissão. O presente trabalho permitiu identificar o nível de compreensão dos conceitos de Física moderna, bem como dificuldades e curiosidades de profissionais com formação técnica em radiologia. Entender as dificuldades dos alunos pode ser um caminho importante para o reconhecimento da necessidade de novas estratégias de ensino. Os resultados obtidos poderão contribuir com a melhoria dos currículos dos cursos e sensibilização das direções pedagógicas quanto à importância da formação do docente que atua na disciplina de Física nessa área de formação.
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O ensino da física moderna no ensino médio: necessidades e dificuldades no oeste catarinenseKessler, Sérgio Luís January 2008 (has links)
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Previous issue date: 2008 / Starting from the idea that the Modern Physics theories should be incorporate to the curriculum of Physics in High School, this work had as objective investigate the way that occurs the teaching of that area of the knowledge in the schools in the end West of Santa Catarina. It also intended to evaluate modifications in the interest and in the students' income in relation to the Physics, as a result of a work in level of continuous education involving teachers of Physics in High School, seeking to disseminate knowledge of Modern Physics through experimentation. The Curricular Purpose of Santa Catarina foresees the inclusion of topics as Realitividade and Photoelectric Effect in the Medium Teaching, but the presence of these contents is rarely detected at the classrooms, for several reasons, such: teachers without appropriate formation, traditional teaching methods, high degree of complexity of the theories, lacks of structure in the schools, lacks of appropriate material, among others. The data that allowed getting until these causes were obtained through the planning and offer of pedagogic workshops to the teachers, emphasizing concepts of Modern Physics and construction of experimental activities, later applied to the students of the third series in High School of the schools involved in this work. After the conclusion of the workshops, in consultation to the teachers, it was noticed that only a part of the activities was worked with the students, for several reasons, as: the inexistence or the lack of the physical spaces destined to the laboratory, lack of the teachers' knowledge in relation to some contents, reduced number of classes to work experimental activities, in function of the extensive Physics curriculum, lack of time to look for and to organize the material for the experimental activities, among others.Although, many were the positive points observed by the teachers, such: the involvement and the students' compromising, the capacity of the students' dealing with difficulties, increase of the understanding of the contents, the increase of the interest for the Physics, increase of the persistence in the resolution of problems related to the subject, interest for related professions, among others. In spite of the results initials to point out serious deficiencies in the Modern Physics teaching in the High School, in the schools of Far West of Santa Catarina, this work shows that can treat concepts of Modern Physics still in this knowledge level, with beneficial results. Like this, it is our responsibility the resolution of the mentioned difficulties, seeking to turn the teaching of the classic and modern physics more interesting, more involving and more challenging. / Partindo da idéia de que as teorias da Física Moderna devem ser incorporadas ao currículo de Física do Ensino Médio, este trabalho teve como objetivo investigar de que maneira ocorre o ensino dessa área do conhecimento nas escolas do extremo Oeste de Santa Catarina. Também pretendeu avaliar modificações no interesse e no rendimento dos estudantes em relação à Física, como resultado de um trabalho em nível de educação continuada envolvendo professores de Física do Ensino Médio, visando disseminar conhecimentos de Física Moderna por meio de experimentação. A Proposta Curricular de Santa Catarina prevê a inclusão de tópicos como Relatividade e Efeito Fotoelétrico no Ensino Médio, mas a presença destes conteúdos é raramente detectada nas salas de aula, por diversas razões, como: professores sem formação adequada, métodos de ensino tradicionais, alto grau de complexidade das teorias, falta de estrutura nas escolas, falta de material adequado, entre outras. Os dados que permitiram chegar até essas causas foram obtidos por meio do planejamento e oferecimento de oficinas pedagógicas aos professores, enfatizando conceitos de Física Moderna e construção de atividades experimentais, posteriormente aplicadas aos alunos das terceiras séries do Ensino Médio das escolas envolvidas neste trabalho.Após a conclusão das oficinas, em consulta aos professores, percebeu-se que somente parte das atividades foi trabalhada com os alunos, por razões diversas, como: a inexistência ou a precariedade dos espaços físicos destinados ao laboratório, falta de conhecimento dos professores em relação a alguns conteúdos, reduzido número de aulas para trabalhar atividades experimentais, em função do currículo extenso como é o de Física, falta de tempo para buscar e organizar o material para as atividades experimentais, entre outras. Embora, muitos foram os pontos positivos observados pelos professores, como: o envolvimento e comprometimento dos alunos, a capacidade de superação dos alunos com dificuldades, aumento da compreensão dos conteúdos, o aumento do interesse pela Física, aumento da persistência na resolução de problemas relacionados ao assunto, interesse por profissões relacionadas, entre outros. Apesar de os resultados iniciais apontarem sérias deficiências no ensino da Física Moderna no Ensino Médio, nas escolas do Extremo Oeste de Santa Catarina, este trabalho mostra que podemos tratar conceitos de Física Moderna ainda neste nível de conhecimento, com resultados benéficos. Assim, é de nossa responsabilidade a resolução das dificuldades mencionadas, visando tornar o ensino das físicas clássica e moderna mais interessante, mais envolvente e mais desafiador.
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Apropriação da linguagem científica por parte dos alunos em uma sequência de ensino de física moderna / Appropriation of scientific language by students in a sequence of Teaching of Modern PhysicsJoão Freitas da Silva 24 April 2009 (has links)
Nesta pesquisa analisamos duas atividades práticas, envolvendo alunos do terceiro ano do Ensino Médio, que fazem parte de uma sequência de Ensino de Física Moderna. Na primeira das atividades, os alunos observam e analisam os espectros da luz proveniente de determinadas lâmpadas com o auxílio de espectroscópios construídos com redes de difração provenientes de pedaços de CD, e na outra, buscam identificar quais elementos químicos estão presentes em algumas estrelas, comparando espectros hipotéticos destas com os espectros de alguns elementos químicos. Na Sequência de Ensino adotada, essas atividades estão localizadas exatamente no momento de transição entre a Física Clássica e a Moderna e servem para introduzir o Modelo Atômico de Bohr e a quantização dos níveis de energia como explicação para os espectros de emissão e absorção da luz. Buscamos analisar \"se\" e \"caso ocorra\" como os alunos se apropriam das linguagens científicas e de termos técnicos durante a realização das duas atividades práticas, bem como a presença de indicadores da Alfabetização Científica. Também procuramos analisar as estruturas das argumentações presentes na aula. Por fim, analisamos o envolvimento dos alunos com as atividades. Para tanto, fizemos uma revisão sobre as linguagens científicas, destacando a linguagem verbal/oral, a gestual e de manipulação e sobre estrutura de argumentação no Ensino de Ciências baseados no Modelo de Toulmin (1958), Van Eemeren et al. (1987) e adaptações para esses modelos em trabalhos como os de Jiménez Aleixandre (1998), Villani e Nascimento (2003), Capecchi (2004) e Carmo (2006). As análises foram feitas a partir das transcrições das aulas gravadas em DVD. Tais análises remetem à importância das linguagens científicas e das argumentações para acompanhamento do processo cognitivo em sala de aula. Indicam também a importância que deve ser dada às linguagens para compreensão do processo ensino-aprendizagem, bem como a necessidade de perguntas que estimulem a argumentação por parte dos alunos. / In this research we analyze two practical activities, involving students from the third year of high school, which are part of a sequence of Teaching of Modern Physics. In the first activity students observe and analyze the spectra of light from certain lamps with the aid of spectroscope diffraction networks built with pieces of a CD. The second one seeks to identify which elements are present in some stars, comparing theoretical spectra of it with the spectra of some chemical elements. Following the Education adopted, these activities are located exactly at the transition between the Classical and Modern Physics and are useful to introduce the Atomic Model of Bohr and quantization levels of energy as an explanation for the emission and absorption of the spectra of light. We examined whether, and if it occurs, as students are aware of scientific language and technical terms during the performance of both practical activities and the presence of indicators of scientific literacy. We also seek to analyze the structures of the arguments in the class. Finally, we analyzed the involvement of students with the activity. Thus a scientific language review was made highlighting the verbal/oral language, the gestural and handling ones and on the structure of argument in science education based on the Toulmin Model (1958), Van Eemeren et al. (1987) and adaptations to these models in studies such as Jiménez Aleixandre (1998), Birth and Villani (2003), Capecchi (2004) and Carmo (2006). The tests were made from transcripts of lessons recorded on DVD. These tests refer to the importance of language and scientific arguments for the monitoring of cognitive process in the classroom. They also show the importance of languages to understand the teaching-learning process and the need for questions that encourage reasoning by students.
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Forças Intermoleculares: Propriedades Estruturais e Eletrônicas de Clusters de Van Der Waals / Intermolecular forces: structural and electronic properties of van der Waals clusters.Carlos Roberto Martins da Cunha 30 October 1997 (has links)
A interação intermolecular nos clusters N2 C5H5, He CsHs e Ne C5H5 é estudada através de métodos ab initio de teoria de perturbação de muitos corpos. Estes sistemas formam uma interessante família onde as diferentes contribuições intermoleculares desempenham papéis complementares para a compreensão das forças intermoleculares envolvidas. De um modo geral, nestes sistemas neutros e apelares as interações de carga e dipolo são inexistentes. Assim, as contribuições eletrostáticas advém de multipolos superiores. Tais clusters devem sua ligação às chamadas forças de van der Waals que tem sua origem nos momentos induzidos. Para o sistema N2 C5H5, único destes que foi observado experimentalmente, sua existência se deve à força de dispersão de London. Entretanto, a interação eletrostática do tipo quadrupolo-quadrupolo pode ser atrativa ou repulsiva dependendo da orientação dos monômeros. Cálculos realizados em teoria de perturbação de segunda ordem, com funções base extensas, indicam que o sistema é ligado com energia de ligação de cerca de 400 cm-1 e que a estrutura mais estável consiste do N2 paralelo ao plano do C5H5 a 3,4 Á, em concordância com os resultados inferidos por estudos experimentais. No caso dos complexos He C5H5 e Ne C5H5 tem-se a ausência da interação quadrupolar. As forças de indução envolvendo momentos multipolares permanentes do CsHs com momentos induzidos do He ou Ne são muito pequenas. As interações são portanto dominadas pelas forças de dispersão de London. No caso He C5H5 nossos resultados obtidos por teoria de perturbação de segunda ordem indicam que o complexo não é ligado ou é ligado por uma energia inferior a 50 cm-1. Já no caso Ne CsHs a interação é suficiente para criar um complexo estável. Nossa melhor estimativa indica uma energia de ligação de cerca de 100 cm-1 Estes resultados podem ser entendidos qualitativamente através da análise das polarizabilidades de dipolo calculadas para estes sistemas. As análises das possíveis geometrias do C5H5 (C2v ou D5h) e das funções base utilizadas são feitas. No caso do C5H5 isolado, cálculos realizados em alto nível de teoria de perturbação mostram que o estado fundamental tem simetria 2 B2 (C2v) decorrente da distorção Jahn¬Teller do estado 2 E(D5h) A diferença de energia é encontrada ser da ordem de 0,2 eV. / The intermolecular interaction betwen N2 C5H5 , He C5H5 and Ne C5H5 is analyzed using second-order many-body perturbation theory. For these systems the interaction is dominated by the van der Waals contribution of the London dispersion force. For N2 C5H5 it is found that the system is stable by rv400 cm-1 at an intermolecular distance of 3,4 A. Analysis of the electrostatic quadrupole-quadrupole interaction shows that the system is stabilized when N2 lies parallel to the C5H5 plane and is destabilized when N2 lies perpendicular to the C5H5 plane. Therefore, although the dispersion force is the major contributor to the stabilization it is the quadrupole-quadrupole interaction that is held responsible for the favourable structure. In the case of both He C5H5 and Ne C5H5 there is no direct electrostatic interaction as the permanent moments of He and Ne are zero. For the He C5 H5 it is found a very small binding energy, if any. As for the Ne C5H5 we find a binding energy of around 100 cm-1. This different behavior for He and Ne is analyzed using the calculated values for the dipole polarizabilities. The influence of the different geometries for C5H5 (C 2v or D5h) as well as the so-called basis set superposition error are analyzed. For isolated C5H5 high-order calculations show that the 2B2 ground state for symmetry C2v lies around 0,2 eV below the 2E ground state for symmetry D5h. This energy lowering comes from the expected Jahn-Teller distortion.
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