Slide 1 - Instituto de Física / UFRJ
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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 R Construir um termômetro 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 R(T ) aeb / T apenas 2 parâmetros a, b b T ( R) R ln a 9 Qualidade do ajuste exponencial 100 k 1 ln R b ln a T 10 b Encontrando os parâmetros para T ( R) R ln a Temperatura R1 T1 T2 R2 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! Experimentos! 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 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 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 (t ) amb 0 amb e kt 26 Resfriamento do Café dentro da garrafa térmica 27 Temperatura ambiente ao longo de 24 horas 100 k meio-dia 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 30 k 30 k 31 Superresfriamento tiosulfato de sódio 100 k banho maria 32 Superresfriamento: dados perturbação do sistema transição de fase 33 Efeito M’Pemba S1 água quente (90ºC) S2 água morna (50ºC) 34 Efeito M’Pemba: dados início da solidificação solidificação completa para S1 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
