VOLUMEN 35, NÚMERO 2 | JULIO-DICIEMBRE 2023 | PP. 165-178
ISSN: 2250-6101
DOI: https://doi.org/10.55767/2451.6007.v35.n2.43726
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Radiação eletromagnética aplicada à
conservação de alimentos
Electromagnetic radiation applied to food
preservation
Andreia Gomes Vaz
1*
, Carlos Ariel Samudio Pérez
1
, Cleci Teresinha
Werner da Rosa
1
, Rogério Prado
2
1
Universidade de Paso Fundo, Passo Fundo, CEP 99052-630, RS, Brasil.
2
Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, CEP 78060-900 Brasil.
*E-mail: andreia.vaz.gomes@hotmail.com
Recibido el 1 de marzo de 2023 | Aceptado el 1 de octubre de 2023
Resumo
Este artigo foi produzido baseado nos resultados da aplicação de uma proposta didática com objetivo de propiciar aos educadores uma
ferramenta de ensino que contribua para à aquisição de conhecimento científico contextualizado, a partir de técnicas inovadoras e
conectadas com a realidade do estudante. O tema de estudo restringiu-se às ondas eletromagnéticas, um assunto por vezes abordado
superficialmente e descontextualizado no ensino médio. Para contribuir com a aprendizagem, elaboramos uma sequência didática
baseada na teoria de aprendizagem significativa de David Paul Ausubel para ser aplicada em cinco aulas em uma turma da terceira
série do ensino médio. As atividades foram organizadas para contemplar diferentes estratégias de ensino, valorizando a diversidade
no aprendizado. Assim, elaboramos atividades diversas culminando com a construção de um protótipo experimental, valorizando o
trabalho cooperativo e o protagonismo estudantil. O experimento visou trabalhar, em especial, a radiação ultravioleta aplicada à con-
servação de alimentos, buscando significar os conceitos físicos abordados. O trabalho permitiu verificar in locu que a possibilidade de
manusear, cooperar e construir conhecimentos por meio de metodologias que permitam um maior envolvimento dos estudantes
sobre a temática em estudo pode resultar em uma aprendizagem com maior significado.
Palavras-Chave: Ensino de Física; Aprendizagem significativa; Experimentação; Ondas eletromagnéticas; Metodologias ativas.
Abstract
This article was produced based on the results of the application of a didactic proposal with the objective of providing educators with
a teaching tool that contributes to the acquisition of contextualized scientific knowledge, based on innovative techniques and con-
nected with the student's reality. The subject of study was restricted to electromagnetic waves, a subject sometimes approached
superficially and decontextualized in high school. To contribute to learning, we developed a didactic sequence based on the theory of
meaningful learning by David Paul Ausubel to be applied in five classes in a third-grade high school class. The activities were organized
to contemplate different teaching strategies, valuing the diversity in each one's learning. Thus, we developed expository activities,
lectures, directed study and even the construction of an experimental prototype, valuing cooperative work and student protagonism.
The experiment aimed to work, in particular, the ultraviolet radiation applied to food conservation, seeking to signify the physical
concepts addressed. The work made it possible to verify in locu that the possibility of handling, cooperating and building knowledge
through methodologies that allow a greater involvement of students on the subject under study can result in learning with greater
meaning.
Keywords: Teaching Physics; Meaningful learning; Experimentation; Electromagnetic waves; Active methodologies.
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I. INTRODUÇÃO
O ensino de Física no Brasil, de modo geral, necessita de uma abordagem mais atrativa e instigante, que faça com que
temas de Física possam ser ministrados com maior eficiência e que acarrete numa aprendizagem mais significativa
para os estudantes do ensino médio. Na busca por melhorar o contexto do ensino de Física para esta modalidade de
ensino, foi desenvolvido o material didático apresentado neste artigo, que tem como objetivo principal possibilitar
que professores explorem conceitos físicos sobre ondas eletromagnéticas, tomando como tópico orientador a radia-
ção ultravioleta (UV), com ênfase na radiação UV do tipo C (UV-C), a qual tem potenciais aplicações associadas às suas
características germicidas. Assim, organizou-se uma sequência didática com o tema “radiação eletromagnética apli-
cada à conservação de alimentos” que contempla ferramentas diversificadas do processo de ensino e aprendizagem,
utilizando-se de estratégias com multimídias, palestra, protótipo experimental e, ainda, aulas expositivas para eviden-
ciar com clareza os conceitos físicos envolvidos nesta temática.
Para atender os anseios da presente proposta, os autores se basearam na Teoria da Aprendizagem Significativa
(TAS) de David Paul Ausubel como instrumento metodológico que pudesse contribuir para a construção do conheci-
mento científico (Moreira, 1999). Esta teoria evidencia a necessidade de termos materiais potencialmente significati-
vos que possam ser relacionados à estrutura cognitiva do aluno de maneira não arbitrária e, assim, conduzir a uma
aprendizagem significativa, partindo de um princípio fundamental, daquilo que o aluno já sabe e, a partir daí, estabe-
lecer materiais potencialmente significativos, contando com e incentivando a predisposição do estudante para o
aprendizado dos conceitos em questão. De acordo com a TAS os novos conceitos devem ser ancorados em conheci-
mentos já existentes e assim podem ser ampliados. Esses materiais estão relacionados não só à escolha de ferramen-
tas didáticas, mas também a atitudes que provoquem a predisposição para aprender. Para isso, vê-se protótipos
experimentais como ferramentas didáticas que, quando exploradas apropriadamente, podem contribuir para a am-
pliação de conceitos físicos, porém, os mesmos devem ser aliados a outras estratégias de ensino. Segundo Villani e
Nascimento (2003), a estratégia experimental possibilita a concretização dos conceitos abordados, suscitando refle-
xões nos alunos que favorecem o aperfeiçoamento do conhecimento científico.
Segundo Berbel (2011), as metodologias ativas são estratégias aliadas do processo de aprendizagem que colocam
o estudante no centro do processo de aprendizagem, participando ativamente de cada etapa de modo a oportunizar
o desenvolvimento da capacidade de apropriação do conhecimento autônoma e crítica, para que os conceitos abor-
dados sejam assimilados de maneira significativa. “Podemos entender que as Metodologias se baseiam em formas de
desenvolver o processo de aprender, utilizando experiências reais ou simuladas, visando às condições de solucionar,
com sucesso, desafios advindos das atividades essenciais da prática social, em diferentes contextos” (Berbel, 2011, p.
29).
Os Parâmetros Curriculares Nacionais - PCN+ (Brasil, 2018) trazem em seu texto para o ensino de Física concepções
que fundamentam estratégias de ensino que favorecem o planejamento com objetivo de tornar as aulas atrativas e
contextualizadas, o que visa contemplar questões que vão desde o que ensinar até como ensinar, com isso, buscar
abordar os conceitos específicos da disciplina de forma a relacionar com as vivências dos estudantes. Ainda, as Orien-
tações Curriculares Nacionais para o Ensino Médio também tratam das estratégias de ensino que têm na interdiscipli-
naridade uma aliada. Em temas como este, reservadas as especificidades de cada disciplina, a Física, a Química e a
Biologia podem atuar de forma conjunta na construção de um novo saber, por se tratar de um objeto comum de
estudo, podendo proporcionar resultados significativos de aprendizagem.
II. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA
Segundo Moreira (1982), Ausubel em sua teoria relata que podemos aprender por descoberta, recepção ou memori-
zação. No aprendizado por descoberta, o conhecimento vem de forma desordenada e superficial. No aprendizado por
recepção, os conceitos aparecem organizados e ordenados, cabendo ao sujeito o esforço para compreensão dos mes-
mos. Já por memorização, não há contato prévio com os conceitos abordados, sendo esse tipo de aprendizagem mais
fácil de ser esquecida, pois fica no inconsciente. De qualquer forma, esse primeiro contato com o conhecimento é
importante, pois pode servir de ancoradouro para novos conceitos.
A aprendizagem significativa constitui um processo de construção do conhecimento a partir dos conceitos prévios
já presentes em nossa estrutura cognitiva, no qual os mesmos são ordenados hierarquicamente e os novos conheci-
mentos são ancorados nessa estrutura e podem ser ampliados e generalizados ao longo do processo. Para que ela
ocorra é necessário que sejam ofertados materiais potencialmente significativos e que o estudante esteja predisposto
a aprender. Logo, partindo daquilo que este já sabe, deve-se traçar estratégias que o motive a querer aprender e,
assim, que essa aprendizagem passe a ter significado e ainda possa ser generalizada em outros contextos.
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A aprendizagem significativa processa-se quando o material novo, ideias e informações que apresentam uma estrutura
lógica, interagem com conceitos relevantes e inclusivos, claros e disponíveis na estrutura cognitiva, sendo por eles assimi-
lado, contribuindo para sua diferenciação, elaboração e estabilidade. (Moreira, 1982, p. 4)
Para gerar uma aprendizagem com significado deve-se ofertar estratégias diversificadas de ensino. Segundo Vilani
e Nascimento (2003), as atividades experimentais são uma importante ferramenta na construção do conhecimento e,
quando associadas a outras técnicas didáticas, contribuem com a motivação e pré-disposição dos estudantes à apren-
dizagem de novos conceitos, ou mesmo ao aprimoramento dos já existentes. Estas atividades, quando elaboradas
com o intuito de contemplar conceitos físicos, podem estimular o diálogo, o trabalho em grupo, a cooperação e, ainda,
deve ser compreendida como um objeto didático e facilitador de aprendizagem.
III. CONCEITOS FÍSICOS
A era da informação em que vivemos baseia-se quase totalmente na física das ondas eletromagnéticas. Estamos glo-
balmente conectados pela televisão, telefonia e internet, incluindo a comunicação óptica e sem fio, e completamente
dependentes e imersos em ondas eletromagnéticas (Carron e Guimarâes, 2014.).
Historicamente, os primeiros fenômenos de eletricidade e magnetismo foram observados na Grécia Antiga, por
volta de 800 – 700 a.C., e a partir de então estudados como se fossem totalmente independentes. A palavra elétrico,
bem como o termo eletricidade, vem do grego “elecktron”, que significa âmbar, enquanto que a palavra magnético e
o termo magnetismo vêm de Magnésia, um distrito da Grécia onde foram encontradas pedras que atraíam ferro, e
hoje são conhecidas como magnetita (Mizra, 2007). Após vários estudos e desenvolvimentos, cerca de vinte e cinco
séculos depois, em 1820, Christian Oersted descobriu que eletricidade e magnetismo se tratavam, na realidade, de
diferentes aspectos de um mesmo fenômeno e, por volta de 1860, James Clerk Maxwell conseguiu unificar as equa-
ções do eletromagnetismo, que a partir de então passaram a ser chamadas de equações de Maxwell. São elas: as leis
de Gauss, para a eletricidade e para o magnetismo, a lei de Ampère generalizada e a lei de Faraday para a indução
eletromagnética (Halliday, Resnick e Walker, 2016). Nessas equações, e no eletromagnetismo, µ
0
é a permeabilidade
magnética do vácuo e ϵ
0
a permissividade elétrica do vácuo. A importância do trabalho de Maxwell é comparável à
formulação das leis dos movimentos por Newton.
A lei de Gauss para a eletricidade define como o campo elétrico (
) é produzido por certa distribuição de cargas
indicada pela função densidade de carga elétrica (ρ). Esta lei descreve como o campo elétrico diverge a partir de uma
carga positiva e converge rumo a uma carga negativa, equivalendo à lei de Coulomb (Halliday, Resnick e Walker, 2016),
na qual o campo elétrico devido a uma carga puntiforme varia inversamente com o quadrado da distância à carga.
Lei de Gauss para a Eletricidade (1)
A lei de Gauss para o magnetismo descreve as observações experimentais de que as linhas de campo magnético
(
) são fechadas. Esta lei também traduz o conceito de que, ao contrário das cargas elétricas, não existem polos mag-
néticos (norte ou sul) isolados (Halliday, Resnick e Walker, 2016), de tal maneira que a ‘função densidade de polos
magnéticos’, que deveria aparecer do lado direito da igualdade, é sempre nula.
Lei de Gauss para o Magnetismo (2)
A lei de Ampère generalizada, na qual foi inserida a densidade de corrente de deslocamento de Maxwell (
),
descreve como um campo magnético com linhas fechadas pode ser criado por uma densidade de corrente elétrica (
)
ou pela variação temporal de um campo elétrico (Halliday, Resnick e Walker 2016).
Lei de Ampère-Maxwell (3)
A lei da indução de Faraday descreve como a variação temporal do campo magnético produz campo elétrico com
linhas fechadas (Halliday, Resnick e Walker, 2016). Note que, se a taxa de variação do campo magnético variar em
função do tempo, o campo elétrico criado também varia, o que por sua vez (segundo a lei de Ampère generalizada)
induz a criação de uma nova componente de campo magnético que, em função do sinal negativo da equação, obriga-
toriamente se opõe ao sentido da taxa de variação inicial do campo magnético.
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Lei de Faraday-Lenz (4)
Juntas, estas equações descrevem todos os fenômenos eletromagnéticos até então conhecidos, mas também ti-
veram uma consequência fundamental: previram a existência de ondas eletromagnéticas.
Como, segundo a lei de Ampère generalizada, campo magnético pode ser criado por um campo elétrico variável,
e segundo a lei de Faraday, campo elétrico pode ser criado por um campo magnético variável, os cálculos mostraram
que seria possível a existência de campos elétricos e magnéticos oscilantes e perpendiculares, que se autoalimenta-
riam, ou seja, de tal maneira que a variação do campo magnético cederia energia para a variação do campo elétrico e
vice-versa, gerando o que conhecemos hoje como ondas eletromagnéticas, que se deslocariam perpendicularmente
aos campos elétrico e magnético variáveis, no vácuo, com velocidade () dada por (
), ou cerca de 300 000
km/s (Tipler e Mosca, 2009), como ilustrado na figura 1.
FIGURA 1. Representação esquemática de uma onda eletromagnética (adaptado de Wikimedia Commons, the free media repositor,
2022a).
Essa previsão foi verificada experimentalmente por Heinrich Rudolf Hertz, em 1887, quando conseguiu produzir
ondas eletromagnéticas (ondas de rádio) por faiscamento utilizando um sistema indutivo-capacitivo simples, e de-
tectá-las utilizando um receptor em forma de anel, com um pequeno espaço incompleto também para faiscamento,
que puderam ser observados em um ambiente escuro (Edwards, 2012). Posteriormente, utilizando uma fonte de fre-
quência conhecida para produzir ondas eletromagnéticas estacionárias, conseguiu medir o comprimento de onda e,
com a equação fundamental da ondulatória, v =λ.f, verificou que a velocidade das ondas de rádio era igual à da luz.
Ele também mostrou que ondas de rádio refletiam, refratavam, difratavam e eram polarizáveis como a luz visível
determinando sem sombra de dúvida que a luz era uma onda eletromagnética e obedecia às equações de Maxwell
(Cichon e Wiesbeck, 1995).
Percebemos a eletricidade em milhares de locais onde antes não tínhamos prova de sua existência. Em cada chama, em
toda partícula luminosa, nós vemos um processo elétrico. Mesmo um corpo não luminoso irradia calor, gerado por distúrbios
elétricos. Consequentemente, o domínio da eletricidade se estende para toda a natureza. (Edwards, 2012, p.1)
Em reconhecimento ao trabalho por ele realizado, a unidade de frequência no Sistema Internacional de Unidades
(SI) recebeu o nome de Hertz (Hz).
A. Ondas eletromagnéticas
A figura 1 é uma representação esquemática de uma onda eletromagnética. Nesta pode ser observada a forma como
variam os campos elétrico e magnético, perpendicularmente entre si e à direção de propagação, características estas
que são fundamentais de toda onda eletromagnética. Elas podem ser produzidas por uma corrente elétrica oscilante,
movimento de cargas elétricas ou oscilação dos campos elétrico ou magnético, propagando-se no vácuo com veloci-
dade igual à da luz.
As ondas eletromagnéticas são classificadas em função de seu processo de produção e/ou pela sua faixa de fre-
quência ou comprimento de onda, que podem ser indicadas no que chamamos de espectro eletromagnético, como
mostrado na figura 2. As faixas correspondentes a cada tipo de onda eletromagnética muitas vezes não são bem defi-
nidas e em alguns casos sobrepõe-se.
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FIGURA 2. Espectro eletromagnético (adaptado de Wikimedia Commons, the free media repository. 2022b).
Teoricamente, não há limites para as frequências ou comprimentos de onda das radiações eletromagnéticas,
sendo que cada tipo de onda eletromagnética é produzido por dispositivos ou processos diferentes. Por exemplo,
pode-se produzir ondas de rádio por meio de circuitos elétricos oscilantes, e raios X de forma discreta por transições
eletrônicas entre dois níveis profundos de um átomo ou de forma contínua em energia pela desaceleração brusca de
elétrons. As luzes ultravioleta, visível e infravermelha são emitidas de forma contínua em energia como radiação tér-
mica e pela desaceleração de elétrons, mas de forma discreta durante transições eletrônicas entre níveis mais exter-
nos dos átomos e moléculas do material (luz visível e ultravioleta) e, também, pela oscilação de dipolos elétricos
existentes na estrutura atômica dos materiais (luz infravermelha). Já a radiação gama é produzida por decaimento
radioativo, transições nucleares ou desintegração de partículas (Carron e Guimarães, 2014).
B. Radiação ultravioleta
Radiação UV é o nome dado à porção do espectro eletromagnético compreendido entre a luz visível e os raios X, o
que corresponde a comprimentos de onda entre, aproximadamente, 400 nm e 100 nm, como ilustrado na figura 3.
FIGURA 3. Espectro parcial da radiação UV (adaptado de Dermatologia e saúde, 2022).
A existência deste tipo de radiação foi identificada pela primeira vez pelo físico alemão Johann Wilhelm Ritter em
1801, a partir de experimentos com cloreto de prata (AgCl) exposto à luz visível, e cujos resultados o levaram à con-
clusão da existência de raios invisíveis além da luz violeta no espectro solar. Em virtude disto foram chamados de
radiação ultravioleta.
A radiação UV é gerada pelo mesmo processo que origina a luz visível, ou seja, elétrons de um átomo que foram
excitados e, ao retornar do estado mais energético para um menos energético, emite radiação (Tipler e Mosca, 2009).
Esta radiação pode ser produzida na forma de espectro discreto (conjunto de comprimentos de onda) por excitação
atômica em um tubo de descarga gasosa ou na forma de um espectro contínuo quando emitida por superfícies em
alta temperatura. O fato de o Sol ser uma estrela em cujo interior se gera uma imensa quantidade de energia, elevando
a temperatura da sua superfície até algo em torno de 6000 K, o torna a principal fonte natural de radiação UV para a
Terra.
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Do ponto de vista físico, todos os corpos aquecidos emitem um espectro contínuo de radiação eletromagnética,
sendo que a forma do espectro e a sua região de maior intensidade dependem da temperatura do corpo, como mostra
a figura 4. Observa-se nesta figura que a intensidade relativa da radiação UV aumenta em relação a das radiações
visível e infravermelha (IV) com o aumento da temperatura do corpo: à temperatura de 3000 K a emissão é pratica-
mente de radiação IV e luz visível, enquanto que a 6000 K a radiação predominante é a visível, com boa quantidade
de radiação UV (Carron e Guimarães, 2014).
FIGURA 4. Gráfico da intensidade relativa em função do comprimento de onda, para as radiações emitidas por um corpo aquecido,
de acordo com a temperatura do corpo na escala Kelvin (adaptado de: Noções básicas de engenharia e eletrônica (2022)).
No que se refere à saúde humana, por seu baixo poder de penetração, a radiação UV tem seus efeitos diretos no
corpo humano limitados à superfície da pele. Dentre os efeitos (positivos ou negativos) se incluem vermelhidão da
pele (queimaduras solares), desenvolvimento de pigmentação (bronzeado), envelhecimento e alterações canceríge-
nas, assim como o estímulo à produção de vitamina D.
Felizmente, grande parte da radiação UV emitida pelo Sol, e que poderia atingir a Terra, é blindada pela atmosfera
terrestre. A radiação UV-A (320 – 400 nm) é a mais comumente encontrada no ambiente, uma vez que é pouco ab-
sorvida pela atmosfera, sendo necessária para a síntese da vitamina D, e também estimula a produção de pigmentos
responsáveis pelo bronzeamento (escurecimento da pele). Esta radiação é frequentemente chamada de luz negra por
causa de seu efeito fluorescente. Na década de 1970, a luz negra era muito usada em discotecas e casas de shows.
A radiação UV-B (280 – 320 nm) é apenas parcialmente blindada pela camada de ozônio atmosférico, possuindo
energia suficiente para causar danos ao DNA das nossas células (queimaduras de pele), podendo produzir eritemas
(vermelhidão na pele).
A radiação UV-C (200 – 280 nm) é denominada luz germicida, em função da sua capacidade de destruição de ger-
mes, sendo utilizada nos hospitais, clínicas e consultórios dentários para esterilizar instrumentos cirúrgicos, em esta-
ções de tratamento de água e ainda na indústria de alimentos. Essa radiação possui energia suficiente para danificar
as células da pele.
Também existe a radiação UV-V, com comprimentos de onda menores que 200 nm e que é, por exemplo, utilizada
na fabricação de semicondutores, no estudo de proteínas e na astronomia.
Embora boa parte da radiação ultravioleta seja classificada como não ionizante, por não arrancar elétrons de áto-
mos ou moléculas, ela possui energia suficiente para levá-los a um nível eletrônico de maior energia. Essa energia
absorvida pelos átomos e moléculas pode ser liberada na forma de fótons, por meio dos fenômenos de fluorescência
e fosforescência (Carron e Guimarães, 2014).
IV. ALIMENTOS IRRADIADOS
Existem duas maneiras de irradiar alimentos para conservação, através de radiação ionizante que pode ser com os
raios X, raios gama ou feixe de elétrons e a não ionizante com radiação UV-C (Batista, 2017).
A Agência Nacional de Vigilância Sanitária-ANVISA é o órgão que, no Brasil, regulamenta o controle sanitário dos
alimentos, com objetivo principal de preservar a saúde da população, é também a responsável pelo controle dos pro-
cessos de irradiação de alimentos, regulamentada a partir da resolução número 21 de 2001, que trata das regras para
a irradiação de alimentos a partir de radiações ionizantes, estabelecendo os limites de radiação que não prejudiquem
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a saúde das pessoas (ANVISA, 2001), porém em se tratando de UV-C não há legislação específica no contexto de con-
servação de alimentos.
De acordo com a Resolução da Diretoria Colegiada n° 21 da ANVISA: “A irradiação de alimentos é um processo
físico de tratamento que consiste em submeter o alimento, já embalado ou a granel, a doses controladas de radiação
ionizante, com finalidade sanitária, fitossanitária e ou tecnológica” (ANVISA, 2001, p. 1).
Note, ainda, que a “...irradiação de alimentos não aumenta a quantidade normal de radioatividade do alimento,
portanto não torna o alimento radioativo” (Costa, Zétula, Lima e Guines, 2018, p.1).
Em nossa pesquisa o objeto de estudo é a radiação UV-C, em especifico a sua ação germicida aplicada à conserva-
ção de alimentos. Desta forma, vale ressaltar que a radiação UV não interfere na composição ou características nutri-
cionais dos alimentos. Segundo Bintsis et al. (2000) este tipo de radiação teve suas primeiras aplicações a partir de
1930 na esterilização de materiais na indústria farmacêutica nos Estados Unidos, mais tarde em embalagens de laticí-
nios e também nas superfícies de frutas e hortaliças, por mostrar-se eficiente em manter as características originais
dos alimentos, prolongando sua vida útil.
O método de conservar alimentos por radiação eletromagnética com UV-C é um tema em estudo e desenvolvi-
mento no Brasil, o mesmo reduz as perdas por processos biológicos, diminuindo a proliferação de micro-organismos,
aumentando assim a competitividade dos produtos agropecuários sem causar prejuízo ao alimento, já que a mesma
atua no DNA desses organismos inibindo sua replicação celular, tendo baixo poder de penetração e maior eficiência
no comprimento de onda de 254 nm (Portal da educação, 2022).
No ano de 2016 foi publicada uma notícia no Food Safety Brazil (2019) em que se relatava, na época, a construção
de um dispositivo que estaria sendo testado nos Estados Unidos pelo professor Haigiank Chen, da Universidade de
Delaware, para servir de irradiador doméstico. Seria algo similar a um forno de micro-ondas, no qual as pessoas po-
deriam irradiar seus alimentos em casa. Nesta época a temática sobre utilizar a radiação UV-C como germicida estava
em processo de construção.
Nos dias atuais, devido a pandemia de COVID-19, esse processo foi amplamente disseminado por sua eficácia no
combate ao vírus e para a desinfecção de ambientes variados. Segundo Pessôa et al. (2021), para a desativação do
coronavírus é preciso uma dosagem de radiação UV-C, que deve estar associada à transmissão de energia para essa
faixa de onda emitida pela lâmpada germicida, porém os estudos deste método de desinfecção específico para o SARS-
CoV-2 ainda é experimental e não tem sua eficácia comprovada cientificamente.
Diante da disseminação da radiação UV-C como desinfetante para desativar a ação do vírus SARS-CoV-2 a ANVISA
emitiu notas técnicas com orientações e indicações quanto ao uso desta técnica de desinfecção. A primeira nota
Nº082/2020 (ANVISA, 2020), ressalta os cuidados de exposição com a luz devido aos efeitos danosos a saúde humana
sobre a pele e os olhos, ainda a Organização Mundial da Saúde-OMS indica que não é possível usar lâmpadas com luz
UV-C para desinfetar mãos e outras zonas da pele. A nota técnica afirma que: “[...] deve-se ter em mente que não há
comprovação de que a exposição de roupas, objetos e ambientes à radiação UV contribua para que as pessoas fiquem
protegidas de contaminação e proliferação do vírus mediante descontaminação do ambiente ou roupas” (ANVISA,
2020, p.4).
A segunda nota técnica N°32/2021 (ANVISA, 2021) aponta a partir dos avanços nos estudo científicos, que os equi-
pamentos de emissão de UV-C para serem utilizados como desinfetante para ambientes e superfícies em geral, são
possíveis para situações específicas, como em ambientes controlados e que tenham sofrido uma higienização manual
e depois posterior exposição à radiação UV-C. Desta forma, a nota traz várias restrições quanto ao uso deste tipo de
radiação e orienta quanto aos riscos para à saúde humana. Assim:
Existem limitações sobre a eficácia da radiação UV-C na inativação de vírus, de forma geral. É importante reconhecer que,
geralmente, a UV-C não pode inativar um vírus ou bactéria se não houver a exposição direta. Portanto, a inativação de vírus
em superfícies pode não ser eficaz devido ao bloqueio da radiação UV pelo solo, poeira, ou outros contaminantes, como
fluidos corporais. (ANVISA, 2021, p.4)
Diante disso, nota-se a potencialidade do tema para apresentar aos estudantes inovações na aplicação da radiação
UV-C, proporcionando um aprendizado dos conceitos físicos contextualizados e aplicados na atualidade.
A. Lâmpada germicida no processo de irradiação de alimentos
O protótipo experimental construído como parte desta sequência didática está fundamentalmente embasado nos
efeitos que a radiação UV-C pode trazer no processo de irradiação de alimentos. O principal elemento de funciona-
mento da câmara de irradiação de alimentos é uma lâmpada germicida compacta de vapor de mercúrio de 20W. A
eficiência desse tipo de lâmpada para a produção de luz é de algo em torno de 60%, enquanto que apenas metade da
intensidade luminosa é emitida na faixa do ultravioleta, ou seja, aproximadamente 30% ou 6W. Pessôa et al. (2021),
Radiação eletromagnética
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ressalta que este tipo de lâmpada, emite radiação também na faixa do visível, por isso no momento que acesa é notada
uma coloração azulada ou violeta e ainda para terem a ação germicida devem ser confeccionadas de quartzo, já que
neste tipo de material tem absorção menor para essa faixa de radiação.
Segundo Otto et al. (2011), a lâmpada germicida UV-C de descarga de mercúrio, não possui a cobertura externa
de material fluorescente (observada nas lâmpadas comuns usadas para a iluminação nas ruas), a descarga elétrica
entre os eletrodos ioniza a fase gasosa (vapor de mercúrio), que irradia fótons para o exterior da lâmpada e que podem
provocar alteração no DNA de micro-organismos, agindo como germicida, eliminando da superfície dos alimentos
irradiados os parasitas, vírus ou protozoários e, consequentemente, ampliando a vida útil dos mesmos. Esse tipo de
radiação é absorvida quase totalmente pelo vidro comum, que funciona como um filtro, por este motivo este tipo de
lâmpada possui bulbo de quartzo.
Rivera e Pastrana et al. (2007) dizem que, ao irradiar alimentos com UV-C, existe uma vantagem sobre outras
formas de conservação por irradiação, pois se trata de radiação não ionizante, é de baixo custo, não possui restrições
legais e não altera o sabor, a coloração ou o odor dos alimentos, e ainda não gera subprodutos.
Como a intensidade (I) da radiação UV que incide sobre o alimento irradiado é dada pela razão entre a potência
de radiação UV emitida que incide sobre o alimento, ou seja, a potência da lâmpada (P) multiplicada por sua eficiência
(η) de emissão na região do UV, e a área (A) na qual essa potência incide (a área de superfície do alimento).
(5)
No caso do protótipo de câmara de irradiação construída, cuja potência da lâmpada é de 20 W e eficiência aproxi-
mada para a produção de luz UV de 30% (0,30). Um tomate de 5 cm de raio, possui área de 0,00785 m
2
, de maneira
que a intensidade de radiação incidente sobre o tomate será de, aproximadamente:
(6)
O resultado da intensidade de radiação não foi aferido no experimento com radiômetro, uma vez que o objetivo
do experimento era o de apresentar aos estudantes uma aplicação prática da radiação ultravioleta na qual pudessem
visualizar a conservação dos alimentos irradiados sem a necessidade de aparatos sofisticados para as medições ou
mesmo de um laboratório equipado. Para fins de informação, para um tempo de exposição de 10 minutos (600 se-
gundos), conforme utilizado neste trabalho, tem-se que a densidade de energia de radiação UV por unidade de super-
fície atingiu cerca de 460 kJ/m
2
.
V. METODOLOGIA
A sequência didática proposta foi elaborada para ser replicada em turmas da terceira série do ensino médio, em cinco
aulas, explorando conceitos físicos envolvidos em um contexto prático objetivando aguçar a curiosidade e despertar
maior interesse dos estudantes pelo assunto, buscando a cada etapa evidenciar a premissas da TAS de David Paul
Ausubel. Acreditamos ser de fundamental importância buscar novas formas de ensinar contribuindo para melhorar o
gosto dos estudantes pela área das ciências, em especial a Física.
A elaboração deste material teve por objetivo contemplar estratégias e ferramentas de ensino diversas que con-
tribuíssem para a construção dos conceitos físicos envolvidos na proposta, sobre radiação eletromagnética, em espe-
cial a radiação UV-C aplicada à conservação de alimentos.
A tabela I traz a sequência didática aplicada a alunos da terceira série do ensino médio.
TABELA I. Sequência didática ‘Radiação Eletromagnética Aplicada à Conservação de Alimentos’.
Aulas
Etapa
Atividade
Descrição
Produção
Finalidade
Tempo
1
1
Vídeo
Vídeo motivados com as ideias
iniciais da temática
Organizador Prévio
5min.
2
Roda de Conversa 1
Pontos observados no vídeo
relações com cotidiano
Discussão oral
Situação problema
inicial
15min.
3
Pré-Teste
Aplicação do teste
Realizar o teste
Subsunções
15min.
2
4
Prática 1
Construção da Câmara de
Irradiação de alimentos
Anotações na tabela
Assimilação
55min.
3
5
Aula expositiva 1
Apresentar os conceitos da
temática central
Aprendizagem
representacional
25min.
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Aulas
Etapa
Atividade
Descrição
Produção
Finalidade
Tempo
6
Lista de atividades
Estudo dirigido: realização da
atividade em grupo
Realizar a atividade
Diferenciação
progressiva
30min.
4
7
Aula expositiva 2
Mini palestra processos de
conservação de alimentos
Registro escrito das
impressões sobre a
palestra
Organizador prévio
20min.
8
Roda de Conversa 2
Discussão sobre a palestra
Reconciliação
Integrativa
35min.
5
9
Prática 2
Observação dos alimentos
irradiados e grupo de controle
Registro na tabela
Registro para análise
do produto
15min.
10
Roda de Conversa 3
Leitura coletiva texto: Irradiação de
alimentos
Discussão oral
Reconciliação
Integrativa
15min.
11
Pós- teste
Aplicação do teste
Realizar o teste
Registro para análise
do produto
30min.
A. Detalhamento das atividades
As atividades realizadas nas cinco aulas são descritas a seguir, enquanto o material de apoio utilizado está disponibi-
lizado por meio do link.
A.1. Aula 1 - Vídeo motivador (organizador prévio)
A atividade inicial foi organizada com intuito de estabelecer organizadores prévios necessários à assimilação dos novos
conhecimentos. Foi apresentado um vídeo criado pelos autores com imagens e figuras que apresentam diferentes
tipos de radiações eletromagnéticas, e disponível em https://youtu.be/tVrHdCsPMIY, com o objetivo de estimular os
estudantes a relacionar as mesmas a conhecimentos já existentes em suas estruturas cognitivas. Após a exibição do
vídeo foi realizada uma discussão coletiva (roda de conversa) com o intuito de observar se os alunos conseguiam
relacionar as impressões do vídeo com situações do cotidiano e, também, se em algum momento de suas falas os
estudantes fariam alusão ao termo ondas eletromagnéticas. Após, os grupos de estudantes foram organizados para a
realização do questionário pré-teste, com objetivo de identificar os conceitos subsunçores e, ainda, direcionar as pró-
ximas etapas. Ao término da aula solicitou-se que os grupos trouxessem para o encontro seguinte as frutas e legumes
que seriam utilizados no processo de irradiação.
A.2. Aula 2 - Construção da câmara de irradiação de alimentos (assimilação)
Os estudantes foram organizados em grupos de até quatro componentes, com o objetivo de desenvolver uma ativi-
dade de natureza prática/experimental. Cada grupo recebeu um kit de montagem para construção da câmara. Para
auxiliar no processo, foi apresentado um vídeo elaborado pelos autores disponível no link, com detalhes sobre a mon-
tagem da câmara protótipo. Na sequência, cada grupo construiu sua própria câmara de irradiação de alimentos. Nesse
processo, todos os grupos foram acompanhados pelo professor e por estudantes que tinham conhecimento sobre
instalação de circuitos elétricos, que colaboraram com os demais grupos. Intencionalmente, decidiu-se pela constru-
ção da câmara de irradiação de alimentos antes da abordagem dos conceitos físicos específicos, com o intuito de
motivar os estudantes para as próximas etapas. A figura 5 apresenta o protótipo de câmara para a irradiação de ali-
mentos confeccionada pelos autores.
FIGURA 5. Protótipo da câmara de irradiação de alimentos.
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Com a câmara pronta, os grupos foram orientados a irradiar os alimentos que haviam trazido, deixando uma amos-
tra não irradiada de cada alimento, para que servisse de controle. Os alimentos foram expostos à luz UV-C por, apro-
ximadamente, 10 minutos, tempo estimado mediante estudos prévios realizados pelos autores. Os estudantes
receberam uma tabela para anotações sobre o tipo de alimento, a data, o tempo de irradiação e aspectos físicos das
amostras. Os estudantes também fizeram o registro fotográfico de todo o processo. Os grupos receberam a incum-
bência de, nos dias seguintes, realizar os registros escritos e fotográficos do estado das amostras irradiadas e, nos
próximos encontros, descrever o estado físico das amostras, até a discussão final.
A.3. Aula 3 - Conceitos de radiação eletromagnética (aprendizagem representacional)
Nesta primeira aula expositiva, foram abordadas as características das radiações, seus tipos e aplicações, ficando a
critério do professor usar o material de apoio que julgar necessário. Expositivamente, foram abordados os conceitos
e aplicações das ondas de rádio, micro-ondas, raios X e a radiação UV, enfatizando-se a radiação UV-C emitida pela
lâmpada germicida. Esta etapa é importante para que o professor possa fundamentar os conceitos físicos específicos
das radiações eletromagnéticas, direcionando para a aplicação na conservação de alimentos. Ao término dessa expo-
sição e posteriores discussões foi aplicado um estudo dirigido para a generalização e assimilação dos conceitos estu-
dados.
A.4. Aula 4 - História dos processos de conservação de alimentos (organizador prévio)
Para esta aula expositiva foi convidado um profissional da área de engenharia de alimentos, que fez uma apresentação
expositiva sobre os processos de conservação de alimentos, desde o início da civilização aos dias atuais, auxiliando na
compreensão do assunto, enfatizando o processo por radiação UV-C, e promovendo a interdisciplinaridade. Ao final
da aula, na forma de roda de conversa, os estudantes produziram um pequeno texto com as suas impressões sobre o
tema abordado, o que possibilitou acompanhar a construção da aprendizagem.
A.5. Aula 5 - Alimentos irradiados e o registro dos dados observados
Inicialmente, foi solicitado aos estudantes que fizessem uma última observação dos alimentos irradiados e das amos-
tras de controle, registrando suas observações fotograficamente e na tabela de anotações. Após, foi realizada a leitura
coletiva do texto “Irradiação de Alimentos”, disponível no link, e posterior discussão dos pontos de maior relevância
citados pelos grupos. Assim, foi possível analisar se os conceitos abordados tinham se consolidado na estrutura cog-
nitiva dos estudantes. Feito isso, os estudantes foram organizados para a aplicação do questionário de pós-teste, com
o objetivo de subsidiar os registros finais sobre a evolução da aprendizagem dos estudantes.
VI. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A avaliação das potencialidades da sequência didática sugerida foi efetuada por meio de questionários pré-teste (an-
terior à aplicação do produto) e pós-teste (posterior à aplicação do produto). O questionário pré-teste foi elaborado
com cinco questões abertas, e buscou identificar os conhecimentos apresentados inicialmente pelos estudantes sobre
o tema central. As mesmas questões foram aplicadas como pós-teste, a fim de estabelecer um comparativo entre as
respostas dadas pelos estudantes no princípio e no término da execução da proposta.
Foi observado que, durante o desenvolvimento da sequência didática, a atividade de construção do protótipo de
câmara de irradiação de alimentos foi a etapa de maior envolvimento dos estudantes, que nas etapas seguintes apre-
sentaram boa pré-disposição à introdução dos conceitos físicos, fundamentais para a compreensão da aplicação prá-
tica do tema em estudo (Alves Filho, 2000).
Berbel (2011) deixa claro que, se tratando de metodologias ativas, o estudante participa de cada etapa da cons-
trução do conhecimento, o que leva a perceber a necessidade de fomentar estratégias e métodos de ensino que
contemplem estes aspectos, tornando o objeto de estudo atrativo e interessante aos olhos de quem aprende. Nesse
contexto notou-se, a partir das observações e por meio dos registros escritos, que os estudantes se envolveram ati-
vamente em cada etapa da proposta, o que acarretou em consolidação dos conceitos físicos que foram objeto do
estudo.
Por meio da transcrição dos registros escritos obtidos a partir do pré-teste no aplicativo “Wordle”, foi produzida a
figura 6, cuja nuvem de palavras evidencia as palavras que mais se repetem no texto transcrito. O software permite
escolher o layout da mesma, e assim buscou-se a imagem que melhor retratasse a situação inicial do grupo.
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Os estudantes foram questionados se as imagens mostradas no vídeo faziam parte de seus cotidianos, se existia
relação entre essas imagens, e se já tinham ouvido falar em radiação eletromagnética. Também deveriam escolher
uma imagem do vídeo e descrever algum conceito físico contido nesta e, por fim, observar se havia relação entre as
imagens de frutas apresentadas no vídeo com o conceito de radiação eletromagnética.
FIGURA 6. Nuvem de palavras gerada a partir do pré-teste (extraído do aplicativo Wordle).
A nuvem de palavras da figura 6 retrata os conhecimentos prévios dos estudantes sobre ondas eletromagnéticas:
parte das respostas se restringiram ao uso do micro-ondas em suas residências, comum em seus cotidianos, e ainda
relacionaram algumas imagens à corrente elétrica, por se tratarem de experimentos relacionados ao uso de limão ou
batata como pilhas para acender uma lâmpada, por exemplo. Então, neste momento inicial, não souberam dizer qual
a relação das imagens de alimentos com as demais apresentadas, questão central da proposta.
A aplicação do pós-teste ocorreu na quinta aula, depois de terem percorrido um caminho que possibilitou a cons-
trução do conhecimento, acreditando que ao chegar ao término da proposta estariam aptos a responder os questio-
namentos feitos no início da proposta. Assim, depois de realizadas todas as etapas tiveram que se reportar ao vídeo
apresentado na primeira aula e, também, às informações mediadas nas etapas seguintes, dando a eles subsídios que
contribuíram para responder o questionário de pós-teste.
FIGURA 7. Nuvem de palavras gerada a partir do pós-teste (extraído do aplicativo Wordle).
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A nuvem de palavras da figura 7 foi gerada a partir da transcrição das respostas do pós-teste, e permite observar
que houve, em primeiro lugar, um maior número de citações de palavras que correspondiam à temática trabalhada.
Também conseguiram, na sua maioria, identificar a relação entre as imagens apresentadas no vídeo exibido na pri-
meira aula. A figura possibilita observar que evidenciaram em suas respostas o objeto principal de estudo: as ondas
ou radiações eletromagnéticas aplicadas no cotidiano. Souberam, ainda, identificar características das ondas eletro-
magnéticas e, por fim, a aplicação delas na conservação de alimentos por UV-C.
Essa ferramenta de frequência de palavras transcritas (nuvem de palavras) gerada a partir das respostas dos estu-
dantes nas atividades de pré e pós-teste, auxiliou em alguns apontamentos relevantes sobre as evidências de evolução
da aprendizagem. Observando a figura 6 temos boa parte das respostas desconexas, com palavras aleatórias e ou que
não se relacionavam ao tema central. Já na figura 7 há uma redução na quantidade de palavras, e as palavras que mais
se repetiram foram radiação, ondas e eletromagnéticas, tema central da proposta.
Por fim, fazendo um comparativo entre as Figuras 6 e 7 tem-se uma visão relevante da evolução da aprendizagem,
que associadas à aspectos observacionais realizados durante a execução da sequência didática, por meio do envolvi-
mento do grupo de estudantes em cada etapa, aliados as resoluções das atividades propostas, fizeram com que acre-
ditemos que a proposta deste produto educacional seja um instrumento que viabilize a aprendizagem significativa
sobre radiações eletromagnéticas aplicadas à conservação de alimentos, possibilitando a exploração do tema em con-
textos reais presentes no cotidiano dos estudantes.
Diante da relevância do aparato experimental dentro da proposta didática, é importante ressaltar que o mesmo
obteve resultado satisfatório no processo de conservação dos alimentos.
A figura 8 apresenta as fotografias de uma amostra de controle no início do experimento (esquerda) e após três
semanas (direita).
FIGURA 8. Amostra de controle.
A figura 9 apresenta a foto de uma amostra irradiada no início do experimento (à esquerda) e após três semanas (à
direita).
FIGURA 9. Amostra irradiada.
As Figuras 8 e 9 permitem observar que as amostras de controle (não irradiadas) se degradaram no período de
análise, enquanto que as amostras irradiadas tiveram seu processo de decomposição retardado, corroborando com a
proposta do experimento e evidenciando que a radiação UV-C tem ação germicida e pode contribuir para a conserva-
ção de alimentos.
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VII. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A sequência didática sugerida foi elaborada com objetivo de instrumentalizar professores que busquem estratégias
diversificadas para trabalhar os conteúdos de Física Contemporânea no ensino médio. O ponto chave da proposta é
agregar ao conceito físico novas perspectivas de aprendizagem, culminando com um protótipo experimental de baixo
custo a ser construído. A sequência didática contribuiu para atitudes de protagonismo entre os estudantes e possibi-
litou o estudo dos conceitos físicos por meio de uma aplicação prática de radiação eletromagnética num contexto
contemporâneo e inovador, possibilitando uma aprendizagem significativa.
Este material é uma alternativa que pode contribuir de maneira significativa com o avanço da aprendizagem para
conteúdo específico da disciplina. Buscou-se organizar a mesma com atividades que contemplem áreas diversificadas
do ensino, com intuito de fomentar as metodologias ativas e garantir o envolvimento dos alunos em todas etapas do
trabalho.
O protótipo de câmara de irradiação elaborado e a respectiva sequência didática aplicada se mostraram relevantes
para a compreensão e ampliação dos conceitos físicos relacionados às radiações eletromagnéticas, em especial a UV-
C, e foram bem sucedidos no processo de conservação de alimentos. Acredita-se que a mesma é de fácil replicação e
pode suscitar aprendizagem significativa, já que em cada etapa o estudante teve a oportunidade de fazer relações,
conexões, aprimorar conceitos e ampliar seus conhecimentos, sendo participante ativo a cada etapa.
AGRADECIMENTOS
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior (CAPES) pelo apoio financeiro, ao programa do
MNPEF que tem promovido a área das ciências no país, proporcionado a nós educadores uma infinidade de materiais
didáticos para a disciplina de Física criando novas estratégias e possibilidades de aprendizagens para educadores e
estudantes. Em especial, agradeço ao professor Patrick Siqueira da Rocha pelos anos de orientação, por juntos termos
construídos esta proposta que resultou em um despertar de pesquisadora em mim, abrindo novas perspectivas e
possibilidades de ensinar e aprender. Diante da partida precoce por COVID-19, em meio nossa construção escrita
deste material, deixo aqui minha homenagem e reconhecimento por nossa parceria. No IF/UFMT deixa a saudade e o
respeito pelo trabalho desempenhado ao longo dos anos de docência nesta instituição.
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