Licenciatura Noturna em Fsica Instituto de Fsica Centro

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) 1

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

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) 3

O joystick de computador 4

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

Montagem do termômetro: Data-MAP Pinagem 6

Separação dos fios termistor 7

Data-MAP montado 8

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

Qualidade do ajuste exponencial 100 k C º 20 C º 0 6 10

Encontrando os parâmetros para Temperatura T 1 T 2 R 1 R 2 Resistência a=. . . b=. . . 11

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

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

Comprimido de Cebion 30 k 14

Comprimido de Cebion: dados 30 k adição de comprimido 15

Massinha de modelar 30 k pancada 16

Investigando o congelador 10 k 17

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

Panela de macarrão S 1: no fundo (em contato direto com o metal) S 2: dentro da própria água S 3: na alça da panela, que também é de aço inox 19

Panela de macarrão: dados 100 k 20

Aquecimento do metal 100 k 21

Aquecimento do metal: dados 22

Efeito “Picanha” 23

Condução vs. Convecção 100 k 24

Condução vs. Convecção: dados 25

Resfriamento do Café 100 k Dados experimentais Previsão Newtoniana 26

Resfriamento do Café dentro da garrafa térmica 27

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

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

Evaporação com álcool 30 k 30

Sensibilidade da pele 30 k 31

Superresfriamento tiosulfato de sódio 100 k banho maria 32

Superresfriamento: dados perturbação do sistema transição de fase 33

Efeito M’Pemba S 1 água quente (90ºC) S 2 água morna (50ºC) 34

Efeito M’Pemba: dados início da solidificação completa para S 1 10 k 35

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

Palestra inaugural com Prof. Carlos Aguiar 37

Oficinas de montagem com os alunos 38

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

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 40

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 41

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

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

Resultados de 2006 Experimento: “Elevador de Feijão” 5 4 3 2 1 44

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 45

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca” 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 46

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca” 47

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca” 48

Resultados de 2006 Experimento: “Temperatura e Freqüência Cardíaca” 49

Conclusões 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 50

O protótipo “Data-MAP-1” 51

Programa de aquisição de dados 52