Experimentos sobre absorção e emissão de radiação térmica e visível com adaptação do Cubo de Leslie

• Main Author: Veronez, Wanderley Marcílio
• Other Authors: Souza, Gelson Biscaia
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Ponta Grossa 2017
• Subjects: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA; Ensino de Física; Robótica Educacional; Física moderna; Physics teaching; Educational robotics; Modern physics.
• Online Access: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2328

Submitted by Angela Maria de Oliveira ([e-mail]) on 2017-08-17T18:45:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) WANDERLEY MARCÍLIO VERONEZ.pdf: 4753882 bytes, checksum: 7f0390037f655144ea1cc9c0662a2e68 (MD5) === Made available in DSpace on 2017-08-17T18:45:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) WANDERLEY MARCÍLIO VERONEZ.pdf: 4753882 bytes, checksum: 7f0390037f655144ea1cc9c0662a2e68 (MD5) Previous issue date: 2016-08-23 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === Kits de Robótica Educacional são normalmente utilizados em experimentos sobre Mecânica Newtoniana e para a construção de robôs autônomos. Tais equipamentos apresentam fácil acesso à linguagem de programação para estudantes e professores. Itens como servo-motores, sensores de toque, ultrassom, luz e temperatura acompanham esses kits. Este trabalho analisa a contribuição da aplicação da Robótica Educacional no estudo de física Moderna no Ensino Médio uma área que demanda atenção especial para sua efetiva implementação nesse nível de Ensino. O produto educacional desenvolvido consiste em um conjunto experimental com um Cubo de Leslie tradicional, com duas faces externas pintadas (branco e preto), uma polida e outra lixada, e outro Cubo de Leslie modificado, ambos construídos em alumínio. O cubo modificado possui as faces internas pintadas de branco e preto alternadamente em relação as faces externas, que também receberam essas cores. O sensor de temperatura foi conectado ao microprocessador e ao computador e gerou gráficos do aquecimento das faces em tempo real. Os dados de temperatura foram coletados em 5 Hz durante cerca de 1500 segundos, sendo tempo suficiente para a obtenção da curva de temperatura. O cubo modificado foi devidamente testado quanto à consistência dos resultados por ele gerados, no que diz respeito à emissividade das faces pintadas, tempo de coleta de dados e ajustes finos no sistema. O produto foi aplicado na Rede de Colégios SESI Paraná, que adota a metodologia do trabalho colaborativo. A diferença de temperatura das faces Preta (interna) – Preta (externa) do cubo de Leslie modificado se mostrou cerca de 13 °C superior à face Branca (interna) – Branca (externa), enquanto que para o Cubo de Leslie tradicional a temperatura não apresentou grandes variações. A análise dos resultados permitiu aos estudantes discutir sobre temas como emissão e absorção de radiação, equilíbrio térmico, espectro eletromagnético e radiação de corpo negro. A utilização de kits de Robótica Educacional Lego NXT Mindstorms mostrou-se favorável em sala de aula e pode contribuir com o ensino e aprendizagem de Física Moderna no Ensino Médio. === Educational Robotics kits are typically used in experiments on the Newtonian mechanics and for the construction of autonomous robots. Such equipments provide easy access to the programming language for students and teachers. Standard devices are servo motors and touch, ultrasound, light and temperature sensors. The work reported here analyzed the Educational Robotics, namely the integrated data acquisition facility, as a contribution for the study of Modern Physics in the High School, an area that still demands special attention for its effective implementation. Temperature sensors from the LEGO NXT Mindstorms kit were adapted in an experimental set consisting of two Leslie cubes, both made of aluminum and heated by inner incandescent lamps. The first one was a “traditional” cube, presenting two of the outer faces painted in white or black, whereas the other two faces, colorless, were mirror-like polished or abraded. The second prototype was a modified Leslie cube, which inner faces were painted in white and black alternately with respect to the outer faces, also painted with these colors. The temperature sensors, in contact with the cubes outer faces, were connected to the microprocessor and the computer in order to obtain heating plots in real time. The temperature data were collected at 5 Hz for about 1500 seconds, enough to attain heating plateaus. The consistency of results were tested accordingly, especially regarding the paints emissivities, data acquisition time and the equipment fine-tuning. The heating curves showed no significant variations in all the external faces of the traditional Leslie cube. On the other hand, noticeable differences were observed in the modified Leslie cube. The face painted in black in both sides presented the highest temperature, which, after stabilization, were 13 ºC (15 %) higher than the white-white face. This result was ascribed to the absorbance of radiation in the both thermal (infrared) and visible ranges of the electromagnetic spectrum. The system was presented for regular students in the SESI School at Irati – PR, Brazil, which adopts the collaborative learning methodology. The experimental class using this system instigated and raised the students´ interest in the involved physical phenomena, allowing them to discuss advanced themes such as emissivity, thermal balance, electromagnetic spectrum, and black body radiation. In conclusion, experimental designs using automation from educational robotics kits can contribute to the improvement of the Modern Physics teaching and learning in the High School, leading new technologies to the Physics classes.