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Objectivos da actividade: Determinar o rendimento num processo de aquecimento; Identificar alguns dos factores de que este rendimento pode depender.

Questes Pr-laboratoriais 1. A energia dos sistemas pode assumir duas formas. Indique-as.Energia cintica e energia potencial.

2. Refira o significado de energia mecnica.A energia mecnica de um sistema num dado referencial a soma da energia cintica (Ec) macroscpica do sistema nesse referencial e da sua energia potencial (Ep).

3. Qual o significado de energia interna de um sistema macroscpico? a soma das energias cintica e potencial dos seus corpsculos. A energia interna representa-se, simbolicamente, por Ei. Tem componentes: Do tipo cintico, que se associa aos movimentos desordenados dos corpsculos; Do tipo potencial, que se relaciona com as posies relativas dos corpsculos.

4. O que a temperatura?A temperatura de um corpo uma medida da energia cintica mdia dos seus corpsculos.

5. Qual relao existe entre energia interna e temperatura?Um sistema a temperatura elevada tem maior energia interna do que o mesmo sistema a temperatura mais baixa.

6. Como se designa a transferncia de energia entre corpos a temperaturas diferentes?Calor.

7. Como ocorre essa transferncia?O calor (Q) a energia transferida, espontaneamente, do sistema a temperatura mais alta (resistncia elctrica) para o sistema a temperatura mais baixa (gua).

8. Quais so os fatores de que depende a quantidade de calor transferida entre corpos?A quantidade de calor transferida entre corpos depende da massa dos corpos, da variao da temperatura e da capacidade trmica mssica das substncias de que so feitos.

9. Qual a expresso matemtica que permite calcular o calor?

10. Que designao se atribui constante de proporcionalidade da expresso anterior? De que depende essa constante? A capacidade trmica mssica, que vai depender das substncias.

11. Considere uma certa massa de substncia (m), por exemplo, gua, que se encontra a uma temperatura inicial (Tinicial) e aquece. Qual a energia correspondente a essa quantidade?Essa quantidade corresponde energia til, ou seja, energia absorvida pela gua, que provocou a sua elevao de temperatura.

12. Nem toda a energia que se fornece a um sistema , efetivamente, utilizada. Porqu?Porque parte dessa energia dissipa-se, transferindo-se para a vizinhana desse sistema.

13. Como que se pode determinar a energia fornecida ao sistema? possvel determinar o valor da energia fornecida ao sistema a partir da potncia da resistncia eltrica utilizada. Para isso, determina-se a diferena de potencial nos terminais da resistncia e a intensidade da corrente que atravessa o circuito elctrico.

As expresses matemticas seguintes permitem determinar a energia fornecida ao sistema.Uma vez que:P = U I Efornecida = P tEnto:Efornecida = U I tEfornecida = energia fornecidaU = diferena de potencial eltricoI = Intensidade da correntet = Intervalo de tempo durante o qual se processa o aquecimentoP = Potncia eltrica

O rendimento no aquecimento (), de uma certa mssa de gua, obtm-se atravs da expresso matemtica:

Eu = Energia tilEf = Energia fornecidaTambm se pode obter atravs da seguinte expresso matemtica:

Pu = Potncia tilPf = Potncia fornecida

(Rodrigues & Dias, Caderno de Laboratorio de Fisica na Nossa Vida, 2007)(Rodrigues & Dias, Fsica na Nossa Vida, 2007)

Actividade Pratico Laboratorial

Material:FiosVoltmetroAmpermetroCalormetro eltricoFonte de alimentaoInterruptorTermmetroProveta Esquema da montagem:

Procedimento:1. Comeou por efetuar-se a montagem do circuito eltrico.2. Mediu-se, com uma proveta, 150 mL de gua e verteu-se-a para o copo.3. Leu-se e registou-se a massa de gua e a temperatura inicial a que se encontrava (Tinicial).4. Introduziu-se o copo no calormetro. Colocou-se, no seu interior, a resistncia eltrica de aquecimento. Ligou-se o voltmetro em paralelo com a resistncia.5. Fechou-se o interruptor para se iniciar o aquecimento da gua. Em simultneo, acionou-se o cronmetro. O grupo teve em ateno que apenas se deve ligar a resistncia eltrica, depois de esta estar completamente mergulhada em gua.6. Leu-se e registou-se, ao fim de cada 60 s, os valores da temperatura da gua, Tf da diferena de potencial nos terminais da resistncia de aquecimento (U) e da intensidade da corrente que atravessava o circuito (I). 7. Interrompou-se o aquecimento ao fim de 5 minutos.8. Repitiu-se a experincia, utilizando a mesma massa de gua, agora sem isolamento.9. Registaram-se os resultados obtidos nos quadros I e II.

Registo das observaes:

Instrumento de medidaIncerteza absoluta (sensibilidade)

Termmetro0,01 C

Voltmetro0,01 V

Ampermetro0,01 A

Quadro ICOM ISOLAMENTOSEM ISOLAMENTO

Volume de gua = 150 mlVolume de gua = 150 ml

t (s) (C)U (V)I (A)t (s) (C)U (V)I (A)

013,2--013,0--

6013,24,700,396013,04,490,38

12013,24,630,3912013,04,450,38

18013,34,620,3818013,14,410,38

24013,54,610,3824013,24,360,37

30013,64,580,3830013,34,350,37

36013,84,550,3836013,54,330,37

42014,04,530,3842013,74,320,37

48014,24,510,3848013,84,280,36

Mdia13,64,590,38Mdia13,294,370,37

Tratamento de dados:1. Calcule a massa de gua utilizada.Dados:gua = 1 g cm-3 Vgua = 150 cm3

= 1 150 = 150 g

2. Trace, na mquina de calcular ou em EXCEL, os grficos I e II da temperatura, em funo do intervalo de tempo (t), para cada uma das situaes testadas.

3. Determine o declive de cada uma das rectas obtidas.Variao da temperatura em funo do tempo com isolamento: declive = 0,0022.Variao da temperatura em funo do tempo sem isolamento: declive = 0,0018.

4. Calcule, a partir dos declives das rectas obtidas, tendo em conta os algarismos significativos, a potncia til, para cada situao.Com isolamento:Dados:Mgua = 0,150 kgCgua = 4190 Declive = 0,0022

Pu = m c = 0,150 4190 0,0022 = 1,4 W

Sem isolamento:Dados:Mgua = 0,150 kgCgua = 4190 Declive = 0,0018

Pu = m c = 0,150 4190 0,0018 = 1,1 W

5.

Determine o valor da potncia fornecida. Determine e .Com isolamento:Dados: = 4,59 V = 0,38 A

Pf = = 4,59 0,38 = 1,7 W

Sem isolamento:Dados: = 4,37 V = 0,37 A

Pf = = 4,37 0,37 = 1,6 W6. Determine o rendimento no aquecimento, para cada situao.Com isolamento:Dados:Pu = 1,4 WPf = 1,7 W

= 82 %.

Sem isolamento:Dados:Pu = 1,1 WPf = 1,6 W

= 69 %.

ConclusesCom esta atividade laboratorial, podemos concluir que o rendimento, no processo de aquecimento, superior com isolamento do que sem isolamento; consequentemente, a temperatura aumenta mais num recipiente fechado isolado, em comparao com um recipiente no isolado.Ademais, para maior eficcia no aquecimento da gua, devem utilizar-se materiais bons condutores de calor.

Crtica dos resultadosNo geral, a atividade prticolaboratorial decorreu de acordo com o esperado. Contudo, o grupo sofreu de grandes contratempos, dado que o sistema, embora corretamente montado, no estava funcional. Relativamente aos resultados obtidos,- para o rendimento, estes tm valor lgico, uma vez que o rendimento mostrou ser superior no recipiente com isolamento, ao contrrio do recipiente no isolado;- para as potncias, tambm estas tm valor lgico, uma vez que o valor da potncia til , em ambos os casos, inferior ao valor da potncia fornecida.Quanto ao aumento da temperatura, convm relembrar que este no foi constante no tempo e, em ambos os casos, o valor da temperatura resistiu subida nos primeiros minutos da experincia.

Questes ps-laboratoriais

1. Interprete o valor obtido para o rendimento no aquecimento em cada uma das situaes.O rendimento superior num recipiente fechado do que num recipiente aberto.

2. De acordo com os resultados obtidos, sugira um processo de aumentar o rendimento quando cozinha.Para aumentar o rendimento no aquecimento enquanto cozinhamos, deve ter-se em ateno se o recipiente utilizado para o cozinhar dos alimentos se encontra bem isolado, de forma a evitar perdas de calor desnecessrias. Outro fator a ter em ateno o dimetro da chama ou da placa de aquecimento, que deve ser reduzido em relao ao dimetro do recipiente, para se aproveitar o mximo possvel de energia para o aquecimento, minimizando as perdas. Alm disto, tambm importa usar a menor quantidade possvel de gua ao cozinhar: quanto mais gua, mais demorar a cozinhar.

3. Quais so os materiais mais indicados para que o rendimento no aquecimento seja maior?Devem ser usados materiais bons condutores de calor (preferencialmente, metais) e, no caso de o aquecimento se proceder numa chama sob o recipiente, convm que a base do recipiente seja tima condutora trmica, enquanto as paredes devem ser boas isoladoras.

4. Uma panela e um copo, ambos cheios de gua encontram-se mesma temperatura. Possuiro a mesma energia interna?No. Aquele que tiver maior nmero de partculas ser o que ter maior energia interna.

Questo Problema:

1. Como podemos aumentar o rendimento no aquecimento, quando cozinhamos?Para aumentar o rendimento no aquecimento enquanto cozinhamos, deve ter-se em ateno se o recipiente utilizado para o cozinhar dos alimentos se encontra bem isolado, de forma a evitar perdas de calor desnecessrias. Outro fator a ter em ateno o dimetro da chama ou da placa de aquecimento, que deve ser reduzido em relao ao dimetro do recipiente, para se aproveitar o mximo possvel de energia para o aquecimento, minimizando as perdas. Alm disto, tambm importa usar a menor quantidade possvel de gua ao cozinhar: quanto mais gua, mais demorar a cozinhar.

Bibliografia Rodrigues, M. M., & Dias, F. M. (2007). Caderno de Laboratorio de Fisica na Nossa Vida. Porto: Porto Editora.Rodrigues, M. M., & Dias, F. M. (2007). Fsica na Nossa Vida. Porto: Porto Editora.

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