62ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 2. Ensino de Física

INSTRUMENTAÇÃO EM CIÊNCIAS AMBIENTAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA: MONTAGEM E CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR.

Marlize Moreira Pimentel 1 Carlos José Freire Machado 2 Evandro Ares de Araujo 1 Silvia Santana dos Santos Cardoso 1 Rosy Ellem Rodrigues do Nascimento 1 Polari Batista Corrêa 1

1. Discentes da Universidade Federal do Oeste do Pará-UFOPA 2. Docente da Universidade Federal do Oeste do Pará/Orientador

INTRODUÇÃO:

O ensino das Ciências vem ganhando grande interesse nas esferas federal e estadual em resposta à necessidade de desenvolvimento científico e tecnológico. Novas estratégias na prática pedagógica do ensino são necessárias para aperfeiçoar a aprendizagem de ciências, particularmente para a física, que enfrenta o preconceito de ser matéria complicada, de difícil compreensão, principalmente para alunos do ensino médio (EM). Assim, ações para superar o desafio de transformar o medo e desinteresse em prazer de aprender física são necessárias no âmbito do EM. Um método aprazível é fazer um vínculo real, lúdico, entre o aprendizado da teoria pari passu com a prática experimental, seja em caráter quantitativo ou qualitativo. Deste modo, a experimentação passa a ser um componente importante na prática pedagógica, utilizado para envolver e manter o interesse do aluno no processo ensino-aprendizagem, numa dinâmica que estimula o desenvolvimento do caráter crítico, reflexivo e investigativo, incentivando o interesse pela ciência. Atuando neste sentido, este trabalho mostra como calibrar um termopar para medir temperaturas, além de encontrar sua equação característica através da montagem de todo o instrumento, mostrando a viabilidade de ser usado em atividades de laboratório de física no EM.

METODOLOGIA:

Para construir o termopar dois fios condutores de materiais distintos (cobre & constantan) são inicialmente unidos em uma das extremidades, constituindo a ponta de prova (pp), que será termalizada com o sistema que se quer medir a temperatura. As outras duas extremidades, mantidas a uma mesma temperatura conhecida constante, são conectadas, cada uma, a fios condutores de compensação (fcc), ligados a um multímetro, utilizado para medir a tensão elétrica na junção da pp. Durante a realização da experiência a pp foi submetida a vários valores de temperatura para as quais foi medido o valor de tensão elétrica no circuito. Concomitante, os valores das temperaturas na pp e nas junções dos fcc foram medidas por termômetros digitais. Foram coletadas nove medidas de temperatura e tensão para analisar o comportamento físico do sistema experimental, constituído essencialmente do par de fios do termopar, dos fcc, dos termômetros e do multímetro.

RESULTADOS:

O efeito Seebeck, descoberto por Thomas Seebeck em 1821, consiste no aparecimento de uma tensão elétrica provocada pela diferença de temperatura entre a pp e as junções dos fios de termopar com os fcc's. Os dados experimentais mostram, no intervalo de temperaturas de 0oC a 100oC, uma correlação linear entre a tensão e a diferença de temperatura, com coeficiente de Pearson igual a 0,997. O coeficiente termodinâmico de Seebeck (K), calculado através de regressão linear, é igual a (40,4 ± 0,8) µV/°C, cujo valor, próximo de 42 µV/°C, mostra ser um termopar do tipo T. Para realização da experiência no Ensino Médio um tratamento estatístico simplificado foi utilizado, onde o valor de K = (38,6 ± 2,4) µV/°C, foi encontrado através da média dos valores de K obtidos para cada valor das medidas de diferença de temperatura e tensão, com incerteza calculada pelo desvio absoluto médio. Os resultados obtidos nos dois tratamentos de dados mostram compatibilidade entre os valores encontrados e corrobora a necessária simplificação nos cálculos para o Ensino Médio.

CONCLUSÃO:

O termopar montado e calibrado é um instrumento de boa precisão e adequado para o uso em experiências que objetivam a substituição de um termômetro nas medições de temperatura. Os resultados obtidos através de cálculos completos, porém mais complexos, utilizados no Ensino Superior, e aqueles mais simples, melhor adaptados ao Ensino Médio, mostram serem as medidas obtidas compatíveis entre si, de modo que a álgebra simplificada se mostra adequada para ser usada no EM. O experimento pode, consequentemente, ser ajustado para ser realizado em laboratórios de ciências existentes nas escolas de Educação Básica, haja vista serem necessários apenas materiais de baixo custo como multímetro, termômetros digitais ou analógicos e fios elétricos. As temperaturas constantes podem ser obtidas com facilidade usando calorímetros, que podem ser simples garrafas térmicas plásticas. Dessa forma, a experiência de calibração do termopar pode servir de estratégia pedagógica no processo ensino-aprendizagem nas aulas da disciplina física do EM, proporcionando competências e habilidades aos estudantes no manuseio de multímetros, circuitos elétricos e de sistemas termodinâmicos.

Instituição de Fomento: UFPA - PROINT 2009

Palavras-chave: Ensino de Física , Experimentação , Termopar.