TERMOMETRIA ATRAVÉS DO COMPUTADOR

Transcrição

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) 1

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

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) 3

4 O joystick de computador 4

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

6 Montagem do termômetro: Data-MAP Pinagem 6

7 Separação dos fios termistor 7

8 Data-MAP montado 8

9 Calibração: resistência vs. temperatura Dependência exponencial R( T) = b ae / T apenas 2 parâmetros a, b T( R) = ln b R a 9

10 Qualidade do ajuste exponencial 100 kω 20ºC 1 ln R = b + T ln a 60ºC 10

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

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

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

14 Comprimido de Cebion 30 kω 14

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

16 Massinha de modelar 30 kω pancada 16

17 Investigando o congelador 10 kω 17

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

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 19

20 Panela de macarrão: dados 100 kω 20

21 Aquecimento do metal 100 kω 21

22 Aquecimento do metal: dados 22

23 Efeito Picanha 23

24 Condução vs. Convecção 100 kω 24

25 Condução vs. Convecção: dados 25

26 Resfriamento do Café 100 kω Dados experimentais Previsão Newtoniana θ ( t) θ amb + 0 = θ kt ( θ ) e amb 26

27 Resfriamento do Café dentro da garrafa térmica 27

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

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

30 Evaporação com álcool 30 kω 30

31 Sensibilidade da pele 30 kω 30 kω 30 kω 31

32 Superresfriamento tiosulfato de sódio 100 kω banho maria 32

33 Superresfriamento: dados perturbação do sistema transição de fase 33

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

35 Efeito M Pemba: dados início da solidificação solidificação completa para S1 10 kω 35

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

37 Palestra inaugural com Prof. Carlos Aguiar 37

38 Oficinas de montagem com os alunos 38

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

40 Problemas em 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

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 41

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

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

44 Resultados de 2006 Experimento: Elevador de Feijão

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 45

46 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

47 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca 47

48 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca 48

49 Resultados de 2006 Experimento: Temperatura e Freqüência Cardíaca 49

50 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

51 O protótipo Data-MAP-1 51

52 Programa de aquisição de dados 52