A proposal with low cost for cathode ray experiments

This paper presents a proposal for the adaptation of one of the experiments on the nature of the cathod rays performed at the end of the 19th century, specifically the one presented in textbooks and scientific dissemination as "the Thomson experiment" for the calculation of charge /mass ratio of the electron. Our proposal uses materials at a lower cost than experiment kits available on the market and presents a detailed description of its construction and operation, and contributes in several respects as a solution to some of the reasons related to the low utilization of experiments in science classes: the high cost materials and equipment, the lack of laboratories and the lack of ability of teachers. The elaboration of the experimental apparatus is also accompanied by the mathematical development necessary for its use and the indication of the various physical phenomena that can be treated in parallel with its implementation. With the experimental adaptation, we were able to measure and calculate the magnetic field to which the electrons are subjected inside a cathode ray tube, the potential difference between cathode and anode in the tube (electron acceleration voltage), the magnetic deflection that the electrons undergo, and to a good approximation the speed of translation of the electrons and the charge/ mass ratio of these particles

A experimentação no ensino de física com a utilização da eletroeletrônica: uma análise das publicações em periódicos científicos

Este trabalho foi concebido com o objetivo precípuo de compreender a natureza dos experimentos voltados para o Ensino de Física (EF) que fazem uso da eletroeletrônica, ou seja, conhecer suas principais características e seu alcance dentro do universo de pesquisa que o engloba. A motivação para o empreendimento desse estudo partiu da hipótese de que os experimentos didáticos para o EF que se valem de componentes e dispositivos eletroeletrônicos em sua constituição possuem atributos que os tornam potencialmente capazes de minimizar alguns dos obstáculos frequentemente relacionados às aulas práticas: o custo e a disponibilidade dos materiais e a falta de espaço físico adequado. Além de também impactar com a crítica corrente de que os experimentos de baixo custo não se prestam para realizar medidas precisas de grandezas física. Visando o aprofundamento do conhecimento no objeto da pesquisa foram consultados, inicialmente, referenciais teóricos que abordam diferentes perspectivas da experimentação no Ensino de Ciências (EC). A partir da base teórica advinda dessa literatura inicial foi então realizada a análise do conteúdo de um conjunto de publicações de periódicos científicos da área de EC. Essa análise resultou na emergência de uma série de aspectos relacionados aos experimentos para o EF com eletroeletrônica. Alguns desses aspectos ratificaram os argumentos da literatura de referência e as suposições iniciais da pesquisa (por exemplo, o baixo custo, a possibilidade de realizar medições precisas de diferentes grandezas físicas e a possibilidade de explorar diferentes assuntos da Física Clássica e da Física Moderna e Contemporânea), outros aspectos não corroboraram algumas das defesas de pesquisadores da área (por exemplo, o aumento da abrangência da prática experimental, a possibilidade do reaproveitamento de materiais e o favorecimento à discussão de aspectos da NDC). Houve ainda a emergência de algumas qualidades que não haviam sido previamente previstas (por exemplo, a robustez dos experimentos, a facilidade de uso e a complexidade na elaboração). De uma forma geral, a pesquisa mostrou que os experimentos focalizados guardam características que podem agregar benefícios a experimentação didática no EF, e em última instância ao Ensino Física e de Ciências, mas que ainda existem algumas lacunas importantes e que merecem maior atenção da comunidade de pesquisadores que se dedicam a essa área de estudo, como por exemplo, o praticamente inexistente cuidado com a segurança, a limitação na escolha de objetivos didáticos, o reduzido número de propostas com características investigativas e a ausência de referenciais teóricos.This work was conceived with the main objective to understand the nature of the experiments aimed at Physics Teaching that make use of electronics, that is, to know its main characteristics and its scope within the research universe that encompasses it. The motivation for undertaking this study came from the hypothesis that didactic experiments for Physics Teaching that use electronic components and devices in their constitution have attributes that make them potentially capable of minimizing some of the obstacles often related to practical classes: cost and the availability of materials and the lack of adequate physical space. In addition to also impacting with the current criticism that low-cost experiments do not lend themselves to performing accurate measurements of physical quantities. Aiming to deepen the knowledge on the research object, theoretical references were initially consulted that approach different perspectives of experimentation in Science Teaching. Based on the theoretical bases arising from this initial literature, an analysis of the content of a set of publications from scientific journals in the Science Teaching area was carried out. This analysis resulted in the emergence of a series of aspects related to the experiments for the Physics Teaching with electronics. Some of these aspects ratified the arguments of the reference literature and the initial assumptions of the research (for example, the low cost, the possibility of performing accurate measurements of different physical quantities and the possibility of exploring different subjects of Classical Physics and the Modern and Contemporary Physics), other aspects did not corroborate some of the defenses of researchers in the area (for example, the increase in the scope of experimental practice, the possibility of reusing materials and favoring the discussion of aspects of the Nature of Sciences). There was also the emergence of some qualities that had not been previously foreseen (for example, the robustness of the experiments, the ease of use and the complexity in the elaboration). In general, the research showed that the focused experiments have characteristics that can add benefits to the didactic experimentation in Physics Teaching, and ultimately to Physics and Science Teaching, but that there are still some important gaps that deserve greater attention from the research community researchers dedicated to this area of study, such as, for example, the practically non-existent care with safety, the limitation in the choice of didactic objectives, the reduced number of proposals with investigative characteristics and the absence of theoretical references.Não recebi financiament

Uma proposta de baixo custo para experimentos com raios catódicos

This paper presents a proposal for the adaptation of one of the experiments on the nature of the cathod rays performed at the end of the 19th century, specifically the one presented in textbooks and scientific dissemination as "the Thomson experiment" for the calculation of charge /mass ratio of the electron. Our proposal uses materials at a lower cost than experiment kits available on the market and presents a detailed description of its construction and operation, and contributes in several respects as a solution to some of the reasons related to the low utilization of experiments in science classes: the high cost materials and equipment, the lack of laboratories and the lack of ability of teachers. The elaboration of the experimental apparatus is also accompanied by the mathematical development necessary for its use and the indication of the various physical phenomena that can be treated in parallel with its implementation. With the experimental adaptation, we were able to measure and calculate the magnetic field to which the electrons are subjected inside a cathode ray tube, the potential difference between cathode and anode in the tube (electron acceleration voltage), the magnetic deflection that the electrons undergo, and to a good approximation the speed of translation of the electrons and the charge/ mass ratio of these particles.Este trabalho apresenta uma proposta de adaptação de um dos experimentos sobre a natureza dos raios catódicos realizado ao final do século XIX, especificamente, aquele apresentado em livros didáticos e de divulgação científica como “o experimento de Thomson” para o cálculo da relação carga/massa do elétron. Nossa proposta utiliza materiais com custos inferiores aos de kits de experimentos disponíveis no mercado internacional e apresenta uma descrição pormenorizada da sua construção e operação, concorrendo, em vários aspectos, como solução para alguns dos motivos relacionados à pouca utilização dos experimentos nas aulas de ciências: o custo elevado dos materiais e dos equipamentos, a falta de laboratórios e a falta de habilidade dos professores. A elaboração do aparato experimental é ainda acompanhada do desenvolvimento matemático necessário à sua utilização e da indicação dos vários fenômenos físicos que podem ser tratados paralelamente à sua implementação. Com a adaptação experimental, fomos capazes de medir e calcular o campo magnético a que os elétrons são submetidos no interior de um tubo de raios catódicos, a diferença de potencial entre catodo e anodo no tubo (tensão de aceleração dos elétrons), a deflexão magnética que os elétrons sofrem, e, com uma boa aproximação, a velocidade de translação dos elétrons e a relação carga/massa dessas partículas