Uso da tecnologia nos experimentos de Física: detecção de radiação ionizante por sensor digital CMOS de câmera fotográfica

Abstract

Esta dissertação foi desenvolvida no âmbito do programa Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, implantado pela Sociedade Brasileira de Física. O referencial e a organização das atividades a serem desenvolvidas foram realizadas no período de pandemia, sendo que as atividades com alunos foram realizadas de forma presencial no primeiro semestre de 2022, tomando todas as precauções necessárias devido ainda a presença do COVID. O objetivo principal desta dissertação é demonstrar um experimento de Física Moderna que pode ser realizado em sala de aula utilizando uma tecnologia de baixo custo e ao alcance de professores e escolas. O experimento consiste, basicamente, em captar radiação ionizante do tipo gama em uma câmera do tipo webcam, analisar as imagens em tempo real através de um software desenvolvido para este fim, mostrando a quantidade de pontos detectados, uma imagem com todos os pontos detectados -constantemente atualizada - e uma segunda imagem em tempo real do que está sendo captado. Ao final do experimento os dados e todas as imagens em que foram detectadas radiação ficam disponíveis em um diretório do computador para posterior análise. O experimento proporciona ao aluno uma melhor compreensão da radiação ionizante e de um dos processos de detecção desta, além de permitir que ele participe ativamente da experiência, segundo os preceitos da aprendizagem significativa. O software utilizado no experimento de detecção de radiação gama foi desenvolvido pelo autor desta dissertação utilizando a linguagem C++. O código fonte e o programa executável estão disponíveis para download (apenas para ambiente Windows) pelo site do GitHub (https://github.com/HenriqueCesarFonseca/gamma_detector). O experimento foi realizado com alunos da segunda série do ensino médio de uma Escola Estadual de Presidente Prudente. O experimento está inserido dentro de uma Sequência Didática e os dados foram analisados à luz dos depoimentos dos alunos.

This dissertation was developed within the framework of the National Professional Master's program in Physics Teaching, implemented by the Brazilian Society of Physics. The framework and organization of the activities to be developed were carried out during the pandemic period, and activities with students were carried out in person in the first half of 2022, taking all the necessary precautions due to the presence of COVID. The main objective of this dissertation is to demonstrate a Modern Physics experiment that can be carried out in the classroom using a low-cost technology within reach of teachers and schools. The experiment basically consisted of capturing gamma-type ionizing radiation in a webcam-type camera, analyzing the images in real time through a software developed for this purpose, showing the number of detected points, a constantly updated image with all the detected points, and a second real-time image of what is being captured. By the end of the experiment, the data and all images in which radiation was detected are available in a computer directory for further analysis. The experiment provides the student with a better understanding of ionizing radiation and one of its detection processes, in addition to allowing one to actively participate in the experience, according to the principles of meaningful learning. The software was developed to run in Windows environment. Source and executable code are available for download. The experiment was carried out with students in the second year of high school at a State School in Presidente Prudente. The experiment is inserted within a Didactic Sequence and the data were analyzed according to the students' testimonies.