Construindo um termômetro com aquisiçao de dados via porta de jogos do PC

## Construindo um termômetro com aquisição de dados via porta de jogos do PC

Soares, Reginaldo R. b a [rribeiros@ibest.com.br] Sotto, Alfredo b [alfsotto@ig.com.br]

a Universidade Federal Fluminense e CEFET -RJ b CEFET -

RJ e Colégio Pedro II

## RESUMO

Consnstrução de um termômetro de baixo custo que pode ser usado em uma sala de aula com coleta automática de dados via porta de jogos, como proposto por Aguiar e Laudares. O termômetro é construído com materiais simples (mangueira transparente e fina, lâmpada, água com corante , resistências associadas em série e um suporte) e ligado à porta de jogos de um PC com plataforma Windows. O programa de leitura e análise é escrito na linguagem LOGO, muito utilizada em escolas de Ensino Fundamental e de Ensino Médio, pois é uma linguagem simples e em Português (versão SuperLogo - UNICAMP). O sistema é utilizado para medir a temperatura através da lâmpada que é inserida no líquido e que desloca a coluna de água (colorida) dentro da mangueira, onde está posicionado um suporte com uma série de resistores iguais colocados em série e conectados a porta de jogos do computador. Este sistema permite fazer medidas de temperaturas somente de líquidos, pois é necessário que a lâmpada esteja inserida no mesmo para que o contato entre re os corpos seja suficiente para que entrem em equilíbrio térmico, ou seja, este dispositivo faz uma medida de temperatura por comparação, entendo a temperatura como uma grandeza macroscópica, geralmente apresentada nos livros didáticos de Ensino Médio. Pode-se aproveitar este sistema para explorar a construção de gráficos utilizando o mesmo microcomputador através de planilhas eletrônicas, e se necessário, o ajuste de retas com o método dos mínimos quadrados.

Palavras -chave: temperatura, laboratório auxiliado por computador, laboratório não estruturado.

## I - - Introdução

Neste trabalho, realizamos uma experiência utilizando resistores para medida de temperatura ligados à porta de jogos de um PC com o programa de aquisição e análise de dados na linguagem LOGO [1], como descrito por Aguiar e Laudares [2].

A construção de um termômetro é uma idéia simples e corriqueira. Aparece em diversos livros didáticos, mas encontra algumas barreiras em sua prática. Quando se sugere a construção de um termômetro há a dificuldade do material. Como dispor de um tubo fino para servir de capilar, como encontrar um líquido de boa dilatação, mas ao mesmo tempo com uma temperatura de ebulição alta. Estes problemas nos levaram a construção de um termoscópio graduado. Inserimos cocomo forma de leitura o computador. Em vez de apenas colocarmos marcas em um suporte fizemos uma leitura via PC.

A utilização do computador permite ampliar a discussão sobre a experiência. Pode-se discutir a função do computador para uma experiência, o funcionamento da aquisição de dados, a linha lógica de construção de um programa capaz de fazer as leituras e a confiabilidade de um projeto deste tipo. Além disso, proporciona ao professor uma forma diferente de abordar um assunto que muitas vezes se resume a aplicação de fórmulas de transformação de escalas.

## II - - - Construindo a experiência

A construção de nosso termômetro é voltada para aquela escola que não possui laboratório de ciências, isto é, não é necessário um termômetro para que o objetivo sejeja alcançado. É preciso apenas o computador com uma entrada para porta de jogos.

- O material usado na construção do termômetro é bastante simples: uma lâmpada comum, um tubo flexível transparente (mangueira), um suporte de madeira, água e corante [fig.1] .
- O procedimento de montagem também é simples. Retira-se o interior da lâmpada deixando apenas o bulbo com ar em seu interior. Prende -se a mangueira à lâmpada vedando a saída com cola resistente. Prende se a mangueira em forma de U no suporte e coloca-se a água com corante, conforme esquema abaixo [fig.2].

<!-- image -->

Quando o bulbo da lâmpada é aquecido o ar no seu interior se expande. A A coluna de água é empurrada e a altura da parte esquerda sobe até atingir o equilíbrio térmico, quando a coluna pára.

Coloca -se o bulbo em contato com a água fervente e faz-z-se uma marcação no suporte (100°C). A seguir, após o bulbo esfriar, coloca-se em contato com uma mistura de água e gelo, produzindo outra marca (0° C). Assim temos os dois pontos fixos para criação da escala do termômetro. Foi colocada uma fita colorida (fita isolante) no bulbo da lâmpada para que esta fosse sempre mergulhada até a memesma posição nos recipientes.

A A partir daí já se consegue trabalhar com o aparelho. Para fazer a leitura por computador é necessária uma resistência elétrica variável para que a porta de jogos identifique o valor lido. Usamos resistores de 1kW kW W associados em série, soldados um a um e presos a um outro suporte servindo como régua [fig. 2 e foto 4].

<!-- image -->

<!-- image -->

Com a elevação ou queda da coluna de água tem-se um valor para a resistência no suporte. As resistências são ligadas à porta de jogos de um PC através de um fio conectado nos pinos 1 (+5V) e 6 (potenciômetro Y1) que faz a leitura para a o computador. A porta de jogos é ativada através de um comando específico da linguagem LOGO. Ou seja, para cada altura na coluna de água tem-m-se um valor correspondente para a resistência e esta é lida pela porta de jogos do PC e processada na linguagem LOGO, podendo mostrar o valor lido na tela do PC, gravar em um arquivo específico ou imprimir.

.

O processo de leitura é feito com um fio que ue faz contato com os resistores [foto 3] e é ligado a porta de jogos (joystick) no pino 1 ou 8 (5 V) e outro fio ligando o primeiro resistor ao pino 3 ou 6 (potenciômetro X1 ou Y1)[fig. 3].

<!-- image -->

## V -- Os resultados

Um dos objetivos de nossa experiência é que ela possa ser reproduzida sem o auxílio de um termômetro. Assim possuindo apenas um recipiente com gelo e outro com água fervente já temos os valores para criar o termômetro.

Para construir a escala de conversão utilizamos o mecanismo tradicional ensininado no ensino médio, assim o professor pode associar sua prática à sua aula tradicional de mudanças de escalas termométricas. O professor que usar esta experiência deverá associar os valores 0 o C e 100 o C à leitura do computador. Como dispúnhamos de termômômetro fizemos com os valores 0 o C e 98 o C .

<!-- image -->

Com a escala pronta e o aparelho funcionando fizemos leituras de massas de água a diferentes temperaturas. O maior erro percentual encontrado (em relação à temperatura medida simultaneame nte com o termômetro) foi de 14 %.

Caso o professor disponha de um termômetro em sua sala de aula, pode-se montar uma tabela de valores que mostram a progressão linear entre o valor lido e o valor na escala Celsius.

Em um novo momento montamos novamemente a experiência, mas em vez de medirmos apenas os pontos de fusão e ebulição tradicionais, montamos uma tabela com os valores medidos. Desta forma trabalhamos a análise do gráfico [gráfico 1] [3].

<!-- image -->

Xe - representa a medida em graus Celsius Ye - representa a média entre cinco medidas da resistência feitas pelo computador

<!-- image -->

<!-- image -->

Gráfico 1 Gráfico 2

Utilizando o Método dos Mínimos Quadrados [4] conseguimos melhorar o traçado de nossa função [gráfico 2].

A equação da reta que procuramos terá, como qualquer reta, uma equação dada por:

<!-- formula-not-decoded -->

sendo o coeficiente angular ( a ) determinado por:

<!-- formula-not-decoded -->

e o coeficiente linear ( b ) como:

XY eå

XY eå

b eå= b=

XY b eå XY b eå

n

sendo n o número de medidas ( em nosso experimento nove medidas)

Pode -se notar a melhoria no traçado da reta.

VI - - Conclusão

Um das dificuldades do professor em sala de aula é atrair a atenção do aluno. A sala de aula não é um ambiente atrativo para o aluno. Uma aula de quadro e giz não é páreo para uma apresentação multimídia ou uma aula de laboratório. O professor que deseja uma prática mais dinâmica, que deseja tornar sua aula reflexiva, deve partir para inovações. O uso do computador como ferramenta de coleta de dados permite abrir um novo caminho de discussão de conceitos. Quando o professor explica os processos de funcionamento de um programa, mostra que o computador é uma ferramenta poderosa de cálculo, coleta dados em tempo real, o aluno percebe que a informática possui um campo maior de alcance, isto é, mostra ao aluno que o computador é mais do que uma máququina de escrever moderna.

Nos parece que o uso de um computador em sala de aula está mais viável, visto o número crescente de computadores nas escolas de ensino médio. A experiência pode ser reproduzida com ou sem termômetro, de acordo com o desejado, mais is ou menos precisão nos dados.

A experiência forneceu resultados satisfatórios tendo em vista a precariedade do material.

A montagem é bem simples e indica ao professor novos rumos para aplicações de escalas termométricas em sala de aula. Pode -se ressaltar que o aparelho utilizado faz também uma medida relativa. Através dos resistores e da leitura pelo computador cria-se um padrão. Uma sugestão que fica para discussão em sala de aula: a visão da temperatura como uma medida relativa macroscópica e a visão dos livros didáticos de agitação molecular.

A experiência fornece valores para a construção e a análise de gráficos. Permite ao professor novas abordagens em relação ao laboratório, integrando o computador à sala de aula como um instrumento de auxílio e coleta de dados.

## V -Bibliografia

- [1] Núcleo de Informática Aplicada à Educação (Nied/Unicamp), SuperLogo 3.0 , http://www.nied.unicamp.br .
- [2] Aguiar, C.E. e Laudares, F. Aquisição de Dados Usando Logo e a Portrta de Jogos do PC. Revista Brasileira de Ensino de Física 23, 371 (2001).
- [3] Microsoft® Excel 2002.
- [4] Vuolo, José H. FUNDAMENTOS DA TEORIA DE ERROS. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda,1996, p.149.