UTILIZAÇÃO DE ARDUINO COMO FERRAMENTA DE AQUISIÇÃO DE DADOS PARA O LEVANTAMENTO DE CURVA DE AQUECIMENTO DA ÁGUA

## UTILIZAÇÃO DE ARDUINO COMO FERRAMENTA DE AQUISIÇÃO DE DADOS PARA O LEVANTAMENTO DE CURVA DE AQUECIMENTO DA ÁGUA

André Oakes de Oliveira Gonçalves¹, Rosa Maria Ambrósio², Thiago Pereira da Silva²

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano, andre.goncalves@ifbaiano.edu.br

2 Secretaria do Estado do Espírito Santo de Educação, rosa.fisica@gmail.com, thiagopereiradasilva@yahoo.com.br

Palavras-chave : Arduino, temperatura, curva de aquecimento.

## Resumo expandido

No ano de 2005, Haag, Araujo e Veit (2005) publicaram um artigo na revista Física na Escola (http://www1.fisica.org.br/fne/) publicada pela SBF - Sociedade Brasileira de Física, onde afirmavam que estamos passando por um momento de transformação devido à denominada revolução digital, que segundo eles, se assemelha as mudanças causadas na sociedade em meados do século XVIII com o advento da revolução industrial. Sendo a escola uma instituição social, não deveria estar imune aos impactos que essa revolução tem causado pelo uso da tecnologia que alcança até os lugares mais remotos. No entanto, ao analisar o cenário nacional sobre a utilização tecnológica pela comunidade escolar nota-se pouca familiarização com a chegada dos computadores nas escolas, uma vez que sua utilidade muitas vezes se resume às buscas na internet, edição de textos e elaboração de apresentações em PowerPoint.

A utilização da tecnologia pode favorecer o Ensino da Física quando é feita a conexão entre computadores e sensores que conseguem coletar dados com uma eficiência e rapidez impossível para instrumentos manipulados manualmente pelos estudantes. A implementação desses sistemas em escolas do Ensino Médio ainda é pouco comum, pois faltam materiais, instruções de utilização e formação para os professores. Algumas empresas de tecnologia voltada para educação desenvolveram softwares e kits e dispõe desses produtos no mercado por preços nada módicos restringindo as benesses desses recursos ao alcance de apenas um grupo restrito (Silva; Veit, 2006).

A plataforma de hardware livre que utiliza um microprocessador de código livre, denominada Arduino, foi criada na Itália no ano de 2005 e rapidamente ganhou reconhecimento mundial, pois permite que pessoas leigas em programação consigam utilizá-lo em funções relativamente complexas (Arduino, 2005). Entre as vantagens do Arduino está o fato de se conectar ao computador via porta USB podendo fazer a leitura e o controle dados digitais e analógicos. Dessa forma, pode-se utilizar diversos tipos de sensores e motores ligados a uma protoboard para as mais variadas

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experiências de um laboratório didático, por um preço acessível até mesmo para as escolas públicas (MOLISANI, 2014). A crescente utilização do Arduino na escola pode ser observada pela crescente bibliografia que pode ser encontrada em periódicos, tal como, a Revista Brasileira de Ensino de Física (http://www.sbfisica.org.br/rbef/) publicada pela SBF (Cavalcante; Tavolaro; Molisani, 2011; Silveira; Girardi, 2017; Sousa, 2020; Molisani, 2014).

Nessa perspectiva, visamos neste trabalho propor um experimento sobre a curva de aquecimento da água com temperaturas registradas por um Arduino. Apesar de parecer uma aplicação simples, a presente proposta traz a possibilidade de várias discussões frutíferas quanto ao método experimental. Para tal experimento utilizamos um copo térmico com abertura na tampa, 162 gramas de água na fase sólida, um sensor de temperatura a prova d'água DS18B20, um Arduino com protoboard, resistor e cabos do tipo jumper.

Figura 1: Arranjo experimental

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Utilizamos o Arduino para registrar a temperatura da água a cada dois segundos, e deixamos o aparato experimental em repouso. Essas escolhas produziram uma quantidade de dados bastante considerável, e manter o sistema em repouso fez com que o experimento ficasse por quase quatro horas. Isso pode ser um ponto de discussão sobre atividades experimentais, o quão enfadonho uma atividade pode ser, haja vista que o monitor serial que imprime as temperaturas deve ser constantemente observado, pois a qualquer momento ele pode travar e parar de registrar novas temperaturas.

Após a coleta de todos esses dados experimentais, pudemos plotar um gráfico da temperatura da água em função do tempo. Como resultado, tivemos a seguinte curva.

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Figura 2: Curva de aquecimento da água em função do tempo, com dados coletados pelo Arduino.

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A partir desta curva, diversos questionamentos podem ser feitos. Inicialmente enxergamos muito ruído na curva, até que ela atinge um platô em mais ou menos 2º C. Ali provavelmente está acontecendo a mudança de estado físico, no entanto teoricamente sabemos que isso deveria acontecer a 0ºC (Nussenzveig, 2002). O professor pode discutir com seus estudantes o que poderia ter causado essa translação vertical nos dados, levantando hipóteses como a calibração do sensor.

Também pode-se levantar qual o significado físico do coeficiente angular da curva a partir do instante 1200 s. Quais grandezas pode-se aferir a partir dessa discussão? Como se pode incluir nessa discussão a taxa com a qual a água absorve calor à medida que o tempo passa? Qual a influência do material de que é feito o copo térmico nessa discussão?

A proposta de utilização de Arduino como ferramenta de aquisição de dados se mostra efetiva, pois podemos automatizar medidas que não teríamos condições de fazer num ambiente de ensino real. O custo e a durabilidade de sensores e kits com Arduino possuem um custo-benefício muito melhor do que ferramentas tradicionais de laboratório, como neste caso o uso de termômetros de mercúrio.

É necessário, no entanto, mais do que a popularização desta ferramenta. É fundamental a constante formação continuada do professorado, de modo que ele tenha não apenas a ferramenta à sua disposição, mas também a habilidade técnica desenvolvida para seu uso. Essa discussão é fundamental, para que se evite que os kits de Arduino que cheguem as escolas não sejam sub utilizados , ou até mesmo nem sejam utilizados.

## Referências

ARDUINO. Disponível em: http://www.arduino.cc; Acesso em: 14 jun 2017.

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CAVALCANTE, Marisa Almeida; TAVOLARO, Cristiane Rodrigues Caetano; MOLISANI, Elio. Física com Arduino para iniciantes. Rev. Bras. Ensino Fís. , São Paulo, v. 33, n. 4, p. 4503, Dec. 2011. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&amp;pid=S180611172011000400018&amp;lng=en&amp;nrm=iso Acessado em 21 Mar. 2021.

HAAG, R.; ARAUJO, I.S.; VEIT, E. A. Por que e como introduzir a aquisição automática de dados no laboratório de Física? Física na Escola, São Paulo, v. 6, n. 1, p. 69 - 74, mai. 2005.

MOLISANI, E. Arduino: Uma ferramenta para Aquisição de dados, controle e automação de experimentos de Óptica em um laboratório didático de Física no Ensino Médio. 2014 192 p. Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino de Física) Programa de Pós-Graduação em Ensino de Físcia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2014.

SILVA, L.F.; VEIT. E. A. Uma experiência didática com aquisição automática de dados no laboratório de Física do Ensino Médio. Experiências em Ensino de Ciências, v. 1, n. 3, p 18-32, dez 2006.

SILVEIRA, Sérgio; GIRARDI, Mauricio. Desenvolvimento de um kit experimental com Arduino para o ensino de Física Moderna no Ensino Médio. Rev. Bras. Ensino Fís. , São Paulo, v. 39, n. 4, e4502, 2017. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&amp;pid=S180611172017000400603&amp;lng=en&amp;nrm=iso. Acesso em 21 Mar. 2021.

SOUSA JR., Itamar V. de et al. Física experimental com Arduino: ondas em uma corda tensionada. Rev. Bras. Ensino Fís. , São Paulo, v. 42, e20200177, 2020. Disponível em

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&amp;pid=S1806-

11172020000100473&amp;lng=en&amp;nrm=iso. Acessado em 21 Mar. 2021.

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