APLICATIVO WEB PARA PRODUÇÃO GRÁFICA DA DESCARGA DE UM CAPACITOR

## APLICATIVO WEB PARA PRODUÇÃO GRÁFICA DA DESCARGA DE UM CAPACITOR

## Carlos Edmir do Carmo 1 , Pedro Duarte de Castro 2 , Járlesson Gama Amazonas Junior 3 , Mª Elcineide Marialva 4 , Járlesson Gama Amazonas 5

1 Colégio Ideal, carlos.edmir@gmail.com

2 Colégio Gentil Bittencourt, pedro7mirand@gmail.com

3 Universidade Federal do Pará, jgamazon@gmail.com

4 Universidade Federal Rural da Amazônia, elcineide@yahoo.com.br

5 Universidade do Estado do Pará, jarlesson@uepa.br

Palavras-chave : Capacitor; Python; Aplicativo web.

Desde o final de 2019, o mundo vem enfrentando uma grave crise sanitária decorrente da Covid-19, responsável por quadros respiratórios agudos, alta taxa de contaminação e pelo menos 2,6 milhões de mortes (The New York Times, 2021). Para minimizar a disseminação do vírus as aulas presenciais ocorreram com distanciamento social, utilização de máscara e uso frequente de álcool em gel. Situações extremas culminaram com a suspensão das aulas presencias, substituindo-as por meios digitais e de caráter remoto.

A situação emergencial e as dificuldades de ensino exigem estratégias didáticas e pedagógicas facilitadoras da aprendizagem, além de desafiar professores a construir ou utilizar alternativas para colocar em prática propostas de ensino ajustadas a realidade pandêmica (BORDIN et.al., 2020). Segundo Dröse Neto (2013), conteúdos de física associados a um circuito RC são apresentados a partir de problemas quantitativos, resolvidos apenas pela memorização e manipulação de equações, mas sem compreensão do significado físico. Para Amazonas Júnior et al (2019), a utilização de tecnologias como instrumentos didáticos promovem novas práticas de ensino e facilitam a aprendizagem de conteúdos da física, como exemplo, a intensidade sonora através da manipulação de aplicativos disponíveis na web.

Diante disso, este trabalho apresenta a construção de aplicativos web para produção gráfica das curvas características da descarga de um capacitor no circuito RC. Estes poderão ser usados como ferramentas importantes nos estudos de física e ainda, facilitarão o acesso por computador ou aparelhos celulares com conexão à internet sem ocupar espaço em disco do dispositivo. Utilizou-se programação em Python, uma linguagem de uso geral, simples, excelente documentação e ambientes criados para facilitar diversas aplicações (MENDES, 2019). Apresenta a biblioteca Numpy, cientificamente utilizada para cálculos dos intervalos de milésimos e suavização da curva no gráfico. A biblioteca Matplotlib possibilita elaboração e construção dos gráficos em duas dimensões. O Python possibilita acesso a pacotes de terceiros e vários frameworks como o Django que facilita a disponibilidade do produto em sites da internet.

Existe vasta documentação do Django aplicado em projetos como blogs, enquetes ou serviços administrativos, mas poucos exemplos para aplicações científicas. Construiu-se a interface da plataforma web funcional e interativa com

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

botões e campos de texto para entrada de dados. Dividiu-se os algoritmos para satisfazer o padrão MVCC ( Model, View, Controller, Compute ): Camada Model para leitura e armazenamento dos dados, View é responsável pela informação que o usuário observa, Controller realiza comunicação entre as duas anteriores, além da camada Compute que realiza cálculos a partir dos dados de entrada.

Figura 1: Trecho do algoritmo escrito em Python extraído do módulo compute.py que fornece a redução de carga em um capacitor em função do tempo.

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Fonte: Elaborado pelos autores.

Criou-se o aplicativo cap no qual o arquivo compute.py resolve a equação de descarga de um capacitor em função do tempo q(t) . Como pode ser observado na Figura 1, o Python proporciona um código simples, de fácil interpretação e aprendizagem, com efetiva programação orientada a objetos.

Na figura 2(a), observa-se a página inicial do aplicativo cap que resolve e gera o gráfico da função q(t) = q0exp[-t/(RC)] para a descarga de um capacitor carregado em um circuito RC, ou seja, fornece a redução da carga q em função do tempo . As constantes de entrada dependem do circuito investigado e indicam t q0 =CV0 é a carga inicial do capacitor carregado medido em Coulombs (C), R define o valor da resistência elétrica em Ohms, C é o valor da capacitância medida em Farad (F) e T é o valor de tempo limite para o domínio da função medido em segundos (s).

Figura 2: Em (a), página inicial do aplicativo cap e em (b) mesma página com valores de entrada inseridos pelo usuário.

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Fonte: Elaborado pelos autores.

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A figura 2(b) apresenta a página inicial do aplicativo cap com valores de entrada q0 = 1.0 mC, R = 1.0 G Ohm, C = 10 3 pF e T = 10.0 s disponibilizados pelo usuário. Clicando no botão Compute , o aplicativo recebe os dados de entrada, calcula a função para cada valor de t , constrói o gráfico e produz uma página de saída como mostra a curva em azul da figura 3(a), característica do sistema.

Figura 3: G ráficos da função q(t) = q0exp[-t/(RC)] com q0 = 1.0 mC, R = 1.0 G Ohm, C = 10 3 pF e T = 10.0 s. As curvas diferem pelo valor de R = 1.0 G Ohm, curva azul em (a) e R = 0.5 G Ohm, curva laranja em (b).

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Fonte: Elaborado pelos autores.

Pode-se retornar a página inicial, considerando novamente q0 = 1.0 mC, C = 10 3 pF e T = 10.0 s, mas reduzindo o valor de R = 0.5 G Ohm e, ao clicar em Compute , surge a curva em laranja para q(t) de acordo com a figura 3(b). Claramente, como a resistência é menor (menor resistência a locomoção das cargas) a carga vai mais rapidamente a zero quando comparada a curva em azul (maior resistência), resultado este também em acordo com o circuito estudado.

Utilizou-se o framework Django para produção de um aplicativo científico em páginas da internet com auxílio da linguagem Python. O aplicativo foi desenvolvido para gerar gráficos de funções presentes em temas de física como a equação de descarga de um capacitor em um circuito RC ( app cap ). Os resultados concordam com suas respectivas curvas encontradas mesmo em referências de física básica, enfatizando a qualidade do trabalho aqui desenvolvido. Finalmente, devido à facilidade ao acesso via internet, ao manuseio e ainda apresentar baixíssimo custo computacional, acredita-se que este aplicativo pode ser utilizado como ferramenta pedagógica interativa em diferentes níveis de ensino.

## Referências

AMAZONAS JUNIOR, Járlesson Gama et al. Aplicativo em dispositivos móveis como ferramenta para o estudo de conteúdos da Física. In: Anais do VIII CONINTER. Anais...Maceió (AL) Unit/AL, 2019. Disponível em: &lt;https//www.even3.com.br/anais/coninter2019/177322-APLICATIVO-EMDISPOSITIVOS-MOVEIS-COMO-FERRAMENTA-PARA-O-ESTUDO-DECONTEUDOS-DA-FISICA&gt;. Acesso em: 16/02/2021.

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BORDIN, Giulio Domenico et.al. Desafios dos professores durante o distanciamento social devido à pandemia da COVID-19: uma proposta para o ensino de física utilizando vídeo análise. Revista Tecnologia Sociedade, 2020.

DRÖSE NETO, Breno. Aprendizagem de conceitos físicos relacionados com circuitos elétricos em regime de corrente alternada com uso de placa Arduino. Dissertação (Mestrado em Ensino de Física), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2013. Disponível em:

https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/79523/000901983.pdf?sequence=1&amp;is Allowed=y

Mapa Mundial do Coronavírus: rastreando o surto global. The New York

Times Company, USA, 20 de março de 2021. Disponível em: https://www.nytimes.com/interactive/2020/world/coronavirus-maps.html

MENDES, Elissandro Aquino. Usando o Arduino e a linguagem Python no ensino de física. TCC (Graduação em Física), Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019. Disponível em:

http://www.repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/44937/1/2019\_tcc\_eamendes.pdf

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