TERMOMETRIA ATRAVÉS DO COMPUTADOR 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)

Objetivos do trabalho 2 1 4 3 R Construir um Calibrar termômetro T Aplicar em sala de aula 4 Realizar experimentos qualitativos 3 CAp-UFRJ Temperatura Tempo

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)

O joystick de computador

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

Montagem do termômetro: Data-MAP Pinagem

Separação dos fios termistor

Data-MAP montado

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

Qualidade do ajuste exponencial 100 k 20ºC 60ºC

Encontrando os parâmetros para Temperatura R1 T1 R2 T2 Resistência a= ..... b= .....

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

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

Comprimido de Cebion 30 k

Comprimido de Cebion: dados 30 k adição de comprimido

Massinha de modelar 30 k pancada

Investigando o congelador 10 k

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

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

Panela de macarrão: dados 100 k

Aquecimento do metal 100 k

Aquecimento do metal: dados

Efeito “Picanha”

Condução vs. Convecção 100 k

Condução vs. Convecção: dados

Resfriamento do Café 100 k Dados experimentais Previsão Newtoniana

Resfriamento do Café dentro da garrafa térmica

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

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

Evaporação com álcool 30 k

Sensibilidade da pele 30 k 30 k 30 k

Superresfriamento tiosulfato de sódio 100 k banho maria

Superresfriamento: dados perturbação do sistema transição de fase

Efeito M’Pemba S1 S2 água morna (50ºC) água quente (90ºC)

início da solidificação Efeito M’Pemba: dados solidificação completa para S1 início da solidificação 10 k

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

Palestra inaugural com Prof. Carlos Aguiar

Oficinas de montagem com os alunos

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

...modificações na aplicação em 2006 Problemas em 2005... ...modificações na aplicação em 2006 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

Gabriel, Fábio, Lucas Djahjah, Luiz Felipe e Renato 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

Resultados de 2006 Experimento: “Elevador de Feijão” 1 saco de feijão de 1 kg

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

Resultados de 2006 Experimento: “Elevador de Feijão” 5 4 3 2 1

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

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

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca”

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca”

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca”

Conclusões Bons resultados qualitativos Gerais Bons resultados qualitativos Alguns compatíveis com os esperados, outros surpreendentes Possibilidades de aprofundamento experimental Possibilidades de modelamento matemático e/ou computacional Aplicação no CAp-UFRJ 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

O protótipo “Data-MAP-1”

Programa de aquisição de dados