Física na Escola, v. 13, n. 1, 201232 Construção de um termômetro para fins didáticos

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Este trabalho foi desenvolvido com ointuito de construir um aparelhoeletrônico relativamente simples e de

baixo custo que possa ser aplicado em umlaboratório de ensino de ciências. Oaparelho consiste de um termômetro digi-tal. A ideia é que durante a construçãosejam transmitidos conhecimentos rela-cionados com termodinâmica e eletrici-dade. A maioria dos termômetros utili-zados nos laboratórios de ensino são ostermômetros de mercúrio, e um dos moti-vos é porque eles possuem custo relativa-mente baixo. O principio físico de funcio-namento destes termômetros se baseia naleitura da coluna de mercúrio a partir deuma escala (régua) graduada após o mer-cúrio sofrer uma dilatação térmica quan-do em contato e equilíbrio térmico com asubstância na qual se deseja saber o valorda temperatura. Outros tipos de termô-metros utilizam outras propriedades ter-mométricas como para calibração, porexemplo; os termômetros de resistênciausam resistências elétricas; os termôme-tros a gás a volume constante, usam apressão de um gás, e assim por diante.Como se sabe, os instrumentos de medidasdigitais são geralmente mais fáceis de usarporque proporcionam uma leitura maisrápida e direta. Desta forma optamos porconstruir um termômetro digital a partirde um multímetro digital e um sensor detemperatura. No mercado existem diver-sos tipos de sensores de temperatura ba-seados em semicondutores. Nosso propó-sito basicamente será usar o sensor detemperatura LM35 fabricado pela Na-tional Semiconductor. A vantagem destetipo de sensor é que ele é de fácil manuseioe exige poucos aparatos eletrônicos paraque funcione, pois o circuito usual é bas-tante simples, necessitando apenas do sen-sor propriamente dito, um sistema ampli-ficador de sinal e de uma interface querealize a leitura do sinal amplificado. Essesensor é usado em muitas aplicações: ter-

Danilo C. MoreiraE-mail: moreira.dancesar@gmail.com

Alessio T.B. CelesteE-mail: alessio.tony@ifsertao-pe.edu.br

Instituto Federal de Educação, Ciênciae Tecnologia do Sertão Pernambucano,Campus Petrolina, Petrolina, PE, Brasil

A proposta deste trabalho é transmitir algunsconhecimentos básicos sobre ciência e tecnolo-gia através da construção de um termômetrodigital relativamente simples e de baixo custoque possa ser aplicado em um laboratório deensino. A ideia é que durante a construção se-jam transmitidos conhecimentos relacionadoscom termodinâmica e eletricidade.

mômetros para câmeras frias, controlesde temperatura de máquinas, aquisiçãode dados para pesquisas, proteção paradispositivos industriais (motores, inver-sores, fontes), etc. O LM35 é apresentadocom vários tipos de encapsulamentos,sendo o mais comum o TO-92, que maisse parece com um transistor, e ofereceótima relação custo benefício, por ser omais barato dos modelos e propiciar amesma precisão dos demais. A grandediversidade de encapsulamentos se dádevido a alta gama de aplicações deste inte-grado. Utilizaremos como interface parao LM35 um multímetro digital. A comu-nicação entre o sensor e o multímetro digi-tal será realizada por meio de uma placaprotoboard e cabos de conexão, e o circuitoserá alimentado por uma bateria de 9 V.Na Fig. 1 são mostrados os materiaisnecessários para a construção do nossotermômetro.

Como se pode ver na Fig. 1, temosum multímetro digital, um mini-protoboard, uma pilha de 9 V, um sensor,um resistor e cabos de conexão. É impor-tante destacar que nosso termômetro digi-tal medirá valores lineares de temperaturana escala Celsius dentro da faixa de tem-peratura – 55 °C até 150 °C, com fraçõesde temperatura de 0,25 °C.

Figura 1 – Materiais necessários para aconstrução do termômetro.

Física na Escola, v. 13, n. 1, 2012 33Construção de um termômetro para fins didáticos

Construindo o termômetro

Explicaremos agora a função de cadacomponente mostrado na Fig. 1. A pilhade 9 V fornecerá a energia para o circuito;o mini-protoboard será usada para fazeras ligações elétricas, as placas de proto-boards são muito usadas em montagensde circuitos microeletrônicos; os cabos deconexão para fazer as ligações doscomponentes no protoboard; o resistor de2,6 kΩ será usado para converter a leiturado valor da temperatura na escala Cel-sius; o sensor de temperatura será usadopara medir a temperatura do ambiente, eo multímetro digital será usado parafornecer a leitura da temperatura.

Mostraremos em detalhes como fazera montagem do aparelho; esses procedi-mentos são úteis em uma aula experimen-tal de circuitos elétricos. O primeiro passoé fazer a ligação da pilha ao protoboard,para que ela alimente o circuito. Isso é feitoatravés de dois cabos de conexão (que sãocondutores de eletricidade) em dois pontosdistintos do protoboard, como mostradona Fig. 2. Observe que prendemos a pilhaao mini-protoboard com uma fita brancaadesiva. Os sinais “+” e “-“ representama polaridade da pilha.

Observando detalhadamente o ladodireito da Fig. 2, no protoboard, para cadalinha de pontos em uma mesma vertical,temos o mesmo valor do potencial elétrico(ou mesma tensão elétrica), ou seja, essespontos estão ligados em série, e isto se deveà própria construção da placa de proto-board. O próximo passo é encaixar o sen-sor de temperatura. Como se pode ver naFig. 3, o sensor de temperatura possui trêspinos.

Observe que a parte plana do sensorestá apontada para os cabos e a parte“redonda” está apontada para o outrolado. Conecta-se em seguida o multímetrodigital ao circuito, conforme é apresentadona Fig. 4. O mostrador do multímetrodigital será usado para apresentar o valorda temperatura fornecido pelo sensor. Ébom lembrar que o multímetro digital éalimentado por baterias próprias. A fina-lidade dele é exclusivamente proporcionaruma fácil leitura da temperatura no seu

mostrador digital.Finalmente, na Fig. 5 é mostrado co-

mo ficou o nosso termômetro digital apósa montagem.

Escala de temperatura

Na construção do termômetro, omostrador do multímetro apresenta umvalor de temperatura que não coincidecom as escalas termométricas conhecidas,por exemplo, a escala de temperatura Cel-sius. Poderíamos medir dois valores dife-rentes de temperatura com o termômetroconstruído de modo a conseguir uma rela-

ção matemática entre esta escala de tem-peratura e a escala de Celsius. Esse pro-cedimento é o mesmo daquele adotado nasaulas de termometria do Ensino Médio,com as escalas de temperaturas Celsius eFahrenheit, onde lá se adota geralmenteos pontos médios de fusão (0 °C/32 °F) eebulição (100 °C/312 °F) da água à tem-peratura atmosférica de 1 atm.

No entanto, para resolver esta difi-culdade, inserimos um resistor de 2,6 kΩao circuito montado. Com esse valor deresistência o mostrador do multímetroapresentará o valor da temperatura doambiente na escala Celsius de tempera-tura. Na Fig. 6 vemos como ficou a cone-xão do resistor ao circuito elétrico. Obser-ve que na figura estão indicadas todas aspolaridades.

Realizando medições detemperatura

Nesta seção serão mostradas algumasmedidas de temperatura realizadas como termômetro digital construído e por umtermômetro de mercúrio. As medidas fo-ram feitas ao mesmo tempo em uma salade aula e admite-se que o ambiente e ostermômetros estão em equilíbrio térmicoentre si. A Fig. 7 mostra o termômetrodigital sem o resistor; observe o valorapresentado no mostrador (248) e com-pare na mesma figura com o valor naescala do termômetro de mercúrio, apro-ximadamente 27 °C (27 ± 0,5 °C).

Quando inserimos o resistor de2,6 kΩ no circuito do termômetro digi-tal (Fig. 8), vemos que os valores de tem-peratura dos dois termômetros coin-

Figura 2 – Conexão da pilha ao protoboard.

Figura 3 – Sensor de temperatura conec-tado ao protoboard.

Figura 4 – Ligação dos cabos de conexãoao multímetro digital.

Figura 5 – Termômetro com multímetrodigital.

Figura 6 – Conexão do resistor de 2,6 kΩao circuito.

Figura 7 – Comparação de temperaturas(sem o resistor).

Física na Escola, v. 13, n. 1, 201234 Construção de um termômetro para fins didáticos

Saiba mais

[1] C.S. Calçada, J.L. Sampaio, Física Clássica(Atual, São Paulo, 1998), v 3, 2ª ed.

[2] Milton Gussow, Eletricidade Básica(McGraw-Hill, São Paulo, 1985), 2ª ed.

[3] Manual do LM35, disponível em http://www. n a t i o n a l . c o m / d s / L M /LM35.pdf. Acesso em 19/9/2011.

cidem. Na escala do termômetro de mer-cúrio, o valor de temperatura lido éaproximadamente 27 °C (27 ± 0,5 °C), eno termômetro digital construído com oresistor, a leitura é de 266, significandoque a temperatura tem o valor de 26,6graus na escala Celsius. O termômetrocom o sensor e o multímetro digital, além

Figura 8 – Comparação de temperaturas(com o resistor).

de proporcionar uma leitura mais rápida,informa valores de temperatura maisprecisos.

Conclusão

Este trabalho teve por finalidadetransmitir e aprofundar conhecimentoscientíficos e tecnológicos principalmentenas áreas de termodinâmica e eletricidadea partir de uma metodologia simples eilustrativa durante o processo de constru-ção de um termômetro digital simples, debaixo custo e ao mesmo tempo confiável.O trabalho serve de incentivo ao ensinoprático e a pesquisa básica aplicada naformação do aluno.

Agradecimentos

Danilo C. Moreira agradece ao Pro-grama Institucional de Bolsas de IniciaçãoTecnológica PIBIT/IF Sertão, PE/CNPq.Alessio T.B. Celeste agradece ao ProgramaInstitucional de Bolsas de Iniciação à Do-cência PIBID/IF Sertão, PE/CAPES e ao Pro-grama de Fortalecimento das Licenciatu-ras PRODOCÊNCIA/IF Sertão, PE/CAPES.

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