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1 Licenciatura Noturna em Física Instituto de Física Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza Universidade Federal do Rio de Janeiro PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO.

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1 1 Licenciatura Noturna em Física Instituto de Física Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza Universidade Federal do Rio de Janeiro PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO PARA O ENSINO TERMOMETRIA ATRAVÉS DO COMPUTADOR Aluno Bernardo de Mello Medina Isidoro Lopes Orientadores Roberto Pimentel (CAp-UFRJ) Carlos Eduardo M. Aguiar (IF-UFRJ)

2 2 Objetivos do trabalho Construir um termômetro Calibrar Realizar experimentos qualitativos Aplicar em sala de aula Temperatura Tempo CAp-UFRJ R T

3 3 Vantagens do termômetro proposto Separação espacial entre o sensor e a unidade de leitura Medição em locais de difícil acesso Armazenamento instantâneo dos dados no computador Armazenamento de grande quantidade de dados Detecção de variações de temperatura muito rápidas ou muito lentas Acompanhamento da evolução temporal da temperatura Realização de até 3 medições simultâneas (com 3 sensores)

4 4 O joystick de computador

5 5 Personagens do trabalho... Computador com porta de jogos DB-15 Termistores NTC da ordem de 30 k Cabo extensor Software para aquisição de dados

6 6 Montagem do termômetro: Data-MAP Pinagem

7 7 Separação dos fios termistor

8 8 Data-MAP montado

9 9 Calibração: resistência vs. temperatura Dependência exponencial apenas 2 parâmetros a, b

10 10 Qualidade do ajuste exponencial 20ºC 60ºC 100 k

11 11 Encontrando os parâmetros para Temperatura a=..... b=..... T1T1 T2T2 R2R2 R1R1 Resistência

12 12 Curvas R x T características dos termistores utilizados 10 k temperaturas baixas 30 k temperaturas medianas 100 k temperaturas altas

13 13 Data-MAP pronto e calibrado! Temos um termômetro! 10 k 30 k 100 k Experimentos!

14 14 Comprimido de Cebion 30 k

15 15 Comprimido de Cebion: dados 30 k adição de comprimido

16 16 Massinha de modelar 30 k pancada

17 17 Investigando o congelador 10 k

18 18 Abrindo a porta do congelador 10 k 15 s 30 s 60 s

19 19 Panela de macarrão S1: no fundo (em contato direto com o metal) S2: dentro da própria água S3: na alça da panela, que também é de aço inox

20 20 Panela de macarrão: dados 100 k

21 21 Aquecimento do metal 100 k

22 22 Aquecimento do metal: dados

23 23 Efeito Picanha

24 24 Condução vs. Convecção 100 k

25 25 Condução vs. Convecção: dados

26 26 Resfriamento do Café 100 k Dados experimentais Previsão Newtoniana

27 27 Resfriamento do Café dentro da garrafa térmica

28 28 Temperatura ambiente ao longo de 24 horas meio-dia 100 k dia quente

29 29 Comparando a temperatura dentro do quarto e na varanda 100 k dia nublado e frio

30 30 Evaporação com álcool 30 k

31 31 Sensibilidade da pele 30 k

32 32 Superresfriamento tiosulfato de sódio banho maria 100 k

33 33 Superresfriamento: dados perturbação do sistema transição de fase

34 34 Efeito MPemba água quente (90ºC) água morna (50ºC) S1 S2

35 35 Efeito MPemba: dados 10 k início da solidificação solidificação completa para S1

36 36 Aplicação do Trabalho no CAp-UFRJ Proposta aos alunos Montagem do termômetro Calibração Aplicação em projeto de pesquisa

37 37 Palestra inaugural com Prof. Carlos Aguiar

38 38 Oficinas de montagem com os alunos

39 39 Resultados da aplicação em 2005 Ilustração do trabalho entregue por um dos grupos

40 40 Problemas em Extensão do trabalho para dois bimestres, sendo 3º bimestre: montagem, calibração e experimento padrão 4º bimestre: proposta e realização de experimento livre Termistores fornecidos gratuitamente Maior facilidade de acesso aos computadores Licenciandos e alunos da 3ª série como monitores da atividade em auxílio aos grupos...modificações na aplicação em 2006

41 41 Resultados de 2006 Experimento: Elevador de Feijão Gabriel, Fábio, Lucas Djahjah, Luiz Felipe e Renato Alunos da 2ª série do Ensino médio - Professor Beto Pimentel

42 42 Resultados de 2006 Experimento: Elevador de Feijão 1 saco de feijão de 1 kg

43 43 Resultados de 2006 Experimento: Elevador de Feijão 4 sacos de feijão de 1 kg

44 44 Resultados de 2006 Experimento: Elevador de Feijão

45 45 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca Fernanda Luz, Marina de Abreu e Raíza de Oliveira Alunos da 2ª série do Ensino médio, Professor Beto Pimentel

46 46 1- Indivíduo parado em pé 10 minutos 2- Indivíduo andando rápido 2 minutos 3- Indivíduo trotando 2 minutos 4- Indivíduo dando pulinhos na lateral 3 minutos 5- Indivíduo subindo e descendo de uma cadeira, alternando os pés 3 minutos 6- Indivíduo andando devagar 5 minutos 7- Indivíduo parado em pé 5 minutos Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca

47 47 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca

48 48 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca

49 49 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca

50 50 Conclusões Bons resultados qualitativos Alguns compatíveis com os esperados, outros surpreendentes Possibilidades de aprofundamento experimental Possibilidades de modelamento matemático e/ou computacional Saída da rotina de sala de aula Criação de um mini-laboratótio de física térmica Conhecimento de princípios de medição indireta Desenvolvimento de postura investigativa nos alunos Descoberta dos próprios resultados científicos Sem comprometimento do programa de Física da Escola Possibilidade de interdisciplinaridade Aplicação no CAp-UFRJ Gerais

51 51 O protótipo Data-MAP-1

52 52 Programa de aquisição de dados


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