Thermal photography as a tool for education and science communication of chemistry

Abstract

{Abstract] The objective of this Final Degree Project is to explore the use of the termal imaging camera as an innovative tool in the teaching of chemistry. A series of visually attractive experiments have been designed and carried out to illustrate fundamental concepts such as thermodynamics, heat transfer and some material properties such as thermal conductivity or the absorption and transmittance of infrared radiation, among others. The experiments carried out with the thermographic camera covered a wide range of phenomena, in which the transparency and opacity towards infrared radiation of different lenses made of various materials were analyzed, visualizing the capacity of each material to allow the transmission of heat. In the field of chemical reactions, different salts were dissolved to observe temperatura changes associated with exothermic and endothermic solution reactions, evidencing the release or absorption of heat energy during these processes. The thermal camera also allowed to illustrate the role of temperature in the Leidenfrost effect (insulating gas levitation). In addition, experiment on phase change materials served to explain thermal energy storage as an important tool for energy saving and recovery. Some of these experiments, presented in different environments, have demonstrated the effectiveness of the thermal imaging camera as a means of scientific dissemination in chemistry, transforming complex science concepts into visually attractive and understandable images. These experiments were shared with different audiences (ranging from senior academics, PhD, ScM, and ScB students to general public) through internal laboratory and home demonstrations, the public scientific fair “Ciencia na rúa” celebrated in A Coruña in the 4th May 2024, and in the scientific conference of the Biennial Meeting of the Inorganic Chemistry and Solid-State Chemistry of the Spanish Royal Society of Chemistry, recently hosted in A Coruña (2nd-5th June 2024). Participants in this demonstrations and events recognized being able to visualize the concepts discussed in a clear and attractive way, thus facilitating their understanding and learning. The thermal imaging camera provides a unique perspective on chemistry, allowing the target audience to observe phenomena that would otherwise be invisible to our naked eye. This instrument can complement traditional teaching tools and foster interest in chemistry among students and general public of all ages, enriching their educational experience and their understanding of our surrounding world.

[Resumen] El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es explorar el uso de la cámara termográfica como herramienta innovadora en la enseñanza de la química. Se han diseñado y llevado a cabo una serie de experimentos visualmente atractivos para ilustrar conceptos fundamentales como la termodinámica, la transferencia de calor y algunas propiedades de los materiales como la conductividad térmica o la absorción y transmitancia de la radiación infrarroja, entre otros. Los experimentos realizados con la cámara termográfica abarcaron una amplia gama de fenómenos, en los que se analizó la transparencia y opacidad de la radiación infrarroja de diferentes lentes fabricadas con diversos materiales, visualizando la capacidad de cada material para permitir la transmisión de calor. En el campo de las reacciones químicas, se disolvieron diferentes sales para observar los cambios de temperatura asociados a las reacciones exotérmicas y endotérmicas en disolución, evidenciando la liberación o absorción de energía calorífica durante estos procesos. La cámara térmica también permitió ilustrar la función de la temperatura en el efecto Leidenfrost (levitación de gas aislante). Además, el experimento con materiales de cambio de fase sirvió para explicar el almacenamiento de energía térmica como herramienta importante para el ahorro y la recuperación de energía. Algunos de estos experimentos, presentados en diferentes ámbitos, han demostrado la eficacia de la cámara termográfica como medio de divulgación científica en química, transformando conceptos científicos complejos en imágenes visualmente atractivas y comprensibles. Estos experimentos se compartieron con diferentes públicos (desde académicos de alto nivel, estudiantes de doctorado, ScM y ScB hasta público en general) a través de demostraciones internas en laboratorios y hogares, la feria científica pública “Ciencia na rúa” que se celebró en A Coruña el 4 de mayo de 2024, y en la conferencia científica de la Reunión Bienal de Química Inorgánica y Química del Estado Sólido de la Real Sociedad Española de Química, celebrada recientemente en A Coruña (2-5 de junio de 2024). Los participantes en estas demostraciones y eventos reconocieron poder visualizar los conceptos discutidos de una manera clara y atractiva, facilitando así su comprensión y aprendizaje. La cámara termográfica proporciona una perspectiva única de la química, permitiendo al público objetivo observar fenómenos que de otro modo serían invisibles a simple vista. Este instrumento puede complementar las herramientas de enseñanza tradicionales y fomentar el interés por la química entre estudiantes y público en general de todas las edades, enriqueciendo su experiencia educativa y su comprensión del mundo que nos rodea.

[Resumo] O obxectivo deste Traballo Fin de Grao é explorar o uso da cámara térmica como ferramenta innovadora no ensino da química. Deseñaron e realizáronse unha serie de experimentos visualmente atractivos para ilustrar conceptos fundamentais como a termodinámica, a transferencia de calor e algunhas propiedades dos materiais como a condutividade térmica ou a absorción e transmitancia da radiación infravermella, entre outros. Os experimentos realizados coa cámara termográfica abarcaron un amplo abano de fenómenos, nos que se analizou a transparencia e opacidade cara á radiación infravermella de diferentes lentes feitas de diversos materiais, visualizando a capacidade de cada material para permitir a transmisión da calor. No campo das reaccións químicas disolvéronse diferentes sales para observar os cambios de temperatura asociados a reaccións en disolucións exotérmicas e endotérmicas, evidenciando a liberación ou absorción de enerxía térmica durante estes procesos. A cámara térmica tamén permitiu ilustrar a función da temperatura no efecto Leidenfrost (levitación do gas illante). Ademáis, o experimento con materiais de cambio de fase serviu para explicar o almacenamento de enerxía térmica como unha ferramenta importante para o aforro e a recuperación de enerxía. Algúns destes experimentos, presentados en diferentes áreas, demostraron a eficacia da cámara térmica como medio de divulgación científica en química, transformando conceptos científicos complexos en imaxes visualmente atractivas e comprensibles. Estes experimentos foron compartidos con diferentes públicos (desde académicos superiores, estudantes de doutoramento, ScM e ScB ata público en xeral) a través de demostracións internas de laboratorio e a domicilio, a feira científica pública “Ciencia na rúa” celebrouse na Coruña o 4 de maio de 2024, e en na conferencia científica da Reunión Bienal de Química Inorgánica e Química do Estado Sólido da Real Sociedade Española de Química, que se celebrou recentemente na Coruña (2-5 de xuño de 2024). Os participantes nestas demostracións e eventos recoñeceron ser capaces de visualizar os conceptos tratados dunha forma clara e atractiva, facilitando así a súa comprensión e aprendizaxe. A cámara de imaxe térmica ofrece unha perspectiva única sobre a química, permitindo ao público obxectivo observar fenómenos que doutro xeito serían invisibles a simple vista. Este instrumento pode complementar as ferramentas didácticas tradicionais e fomentar o interese pola química entre estudantes e público en xeral de todas as idades, enriquecendo a súa experiencia educativa e a súa comprensión do noso mundo que nos rodea.