AnaRita,AndréSerra,CláudiaEspalhaeDavidAndrade–10.ºB
Disciplina:FísicaeQuímicaA|AnoLectivo2010/2011
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Nota: Há que salientar que a energia não é perdida independentemente de o
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Relatório rendimento

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Relatório rendimento

  1. 1. AnaRita,AndréSerra,CláudiaEspalhaeDavidAndrade–10.ºB Disciplina:FísicaeQuímicaA|AnoLectivo2010/2011 RelatóriodaActividadePrática“Comopoderemosaumentaro rendimentonoaquecimento,quandocozinhamos?”
  2. 2. Página 2 de 8 Introdução Questão/Problema: Como poderemos aumentar o rendimento no aquecimento, quando cozinhamos? No passado dia 10 de Março de 2011, realizou-se uma actividade prática laboratorial no âmbito do tema inicial do módulo de Física, com o intuito de descobrir a resposta à questão “Como poderemos aumentar o rendimento no aquecimento, quando cozinhamos?”. Esta actividade permitiu-nos uma melhor compreensão do processo de aquecimento de água num gobelé, utilizando uma placa de aquecimento eléctrico com agitador. Além disso, tivemos a oportunidade de associar mais uma vez a radiação como um modo de transferir energia para um sistema, aumentando a sua temperatura, sendo uma alternativa à transferência de energia sob a forma de calor. O sistema considerado foi um gobelé com uma certa massa de água, um sistema aberto, uma vez que a sua fronteira permite trocar de matéria e/ou energia com a vizinhança. Para responder à questão/problema, há que ter a noção de alguns conceitos sobre energia, bem como de outras noções, tais como rendimento, transferência e transformação de energia e Lei da Conservação da Energia: Transferência de energia Quando um sistema cede ou recebe energia do exterior, diz-se que há transferência de energia. Transformação de energia Como sabemos, a energia manifesta-se sob diversas formas: química, mecânica, eólica, etc. A energia pode ser convertida de uma forma noutra forma de energia. Diz-se portanto que houver uma transformação de energia. Pode haver transformação de energia de um sistema sem que haja transferência de energia (por exemplo, no caso de uma pedra a cair, a energia do sistema Terra-corpo não é alterada. Há transformação da energia potencial em energia cinética. Rendimento A noção de rendimento é útil quando consideramos transferências de energia. Sabemos que é impossível transformar toda a energia fornecida a um sistema (por exemplo, quando queimamos a gasolina num motor de um automóvel) em energia útil (energia cinética do automóvel), visto que parte da energia fornecida é transformada em energia não utilizável.
  3. 3. Página 3 de 8 Se considerarmos um sistema qualquer que possa extrair energia a uma fonte de energia, transformando-a noutra forma de energia que nos possa ser útil, observa-se que parte da energia fornecida não é utilizável. O processo de transformação será tanto mais eficaz quanto menor for a energia dissipada. Assim, se não existir dissipação de energia durante o processo de transformação, a energia útil é igual à energia motora, pelo que o rendimento, neste caso, seria igual a 100%. Lei da Conservação da Energia Conservar significa, cientificamente, manter constante o valor de uma grandeza física num determinado sistema. Um sistema isolado não troca energia com o exterior pelo que se o sistema não for isolado, parte da energia transferida é dissipada para o exterior (energia degradada). Posto isto, a lei (ou o princípio) da conservação da energia afirma que a energia de um sistema isolado se mantém constante. Conceitos Balanço Energético – De modo a facilitar a visualização as transferências e transformações de energia que ocorrem, é conveniente utilizar diagramas. Ora representam-se por círculos os dispositivos que transformam energia e por setas as transferências de energia. Se necessitarmos de representar sistemas que funcionem como fontes ou reservatórios de energia, utilizaremos rectângulos; Energia motora (fornecida) – Energia recebida num determinado sistema; Energia útil – Energia (realmente) aproveitada pela máquina durante transformações e/ou transferências de energia; Energia dissipada – Energia que se perde para o meio ambiente, uma vez que não foi aproveitada pela máquina durante transformações e/ou transferências de energia; Energia cinética – Os corpos são constituídos por partículas em agitação constante e desordenada. A temperatura dos corpos tem a ver com a agitação das partículas. Para um certo corpo, quanto maior for a agitação, maior é a temperatura. Devido ao seu movimento, as partículas possuem assim energia cinética. Energia potencial – Entre partículas, constituintes dos corpos, exercem-se forças de interacção. Pode-se então afirmar que há energia cinética associada às forças exercidas pelas mesmas.
  4. 4. Página 4 de 8 Energia interna – Energia interna de um corpo ou sistema define-se pela soma da energia cinética e da energia potencial das partículas de um certo corpo ou sistema. Potência – Potência de uma máquina é uma grandeza que informa sobre a rapidez com que uma máquina transfere energia de um sistema para outro: sendo – intervalo de tempo; – energia transferida pela máquina no intervalo de tempo; – potência de uma máquina. A unidade de potência no Sistema Internacional é o watt (W). Rendimento – O rendimento de uma transformação é definido pelo quociente entre a energia útil e a energia motora. Este calcula-se assim através da fórmula: Materiais  Gobelé de 250 cm3 ;  Placa de aquecimento eléctrico, com agitador;  Suporte vertical;  Balança;  Termómetro de 100˚C;  Cronómetro;  Água. Procedimento 1.º Colocar o gobelé sobre a balança e enchê-lo com cerca de 200 mL de água.
  5. 5. Página 5 de 8 2.º Retirar o gobelé da balança e colocá-lo na placa de aquecimento. Ligá-la na potência máxima. 3.º Mergulhar o termómetro na água do gobelé, de modo a registar a temperatura a que esta se encontra. 4.º Quando a temperatura da água atingir 35,0˚C, accionar o cronómetro. 5.º Com o cronómetro, determinar o tempo que demorou a variação da temperatura da água de 35,0˚C para 75,0˚C. 6.º Determinar o rendimento do aquecimento da água, bem como outras variáveis (energia útil, fornecida e dissipada). 8.º Comparar os resultados obtidos e tirar as conclusões necessárias. Dados Registo das medidas Massa da água que é aquecida: 181,89 g = 0,18189 kg (com uma incerteza de ±0,01) Temperatura inicial da água: 16˚C Potência da resistência eléctrica: 540 W Após um aquecimento prévio, a água ficou à temperatura de 35 ˚C. Depois, passou a medir-se o tempo que a temperatura da água demora a atingir 40 ˚C, 45 ˚C, 50 ˚C, 55 ˚C, etc., até alcançar 75 ˚C (todos estes dados estão registados na tabela abaixo). 35 00:00:00:00 40 00:02:45:00 45 00:03:04:00 50 00:04:46:00 55 00:06:38:20 60 00:08:35:15 65 00:10:54:94 70 00:13:38:83 75 00:17:27:13
  6. 6. Página 6 de 8 Intervalo de tempo: Tratamento dos dados 1.º Cálculo da energia eléctrica fornecida: 2.º Cálculo da energia que foi transferida, como calor, para a água: 3.º Cálculo da energia dissipada na transformação e nas transferências: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 Temperatura/˚C Tempo/m Variação da temperatura da água em função do tempo
  7. 7. Página 7 de 8 Após da observação, registo e determinação de todos os dados necessários, procedeu- se assim à determinação do rendimento, que se calcula através da fórmula: em percentagem: Conclusão Com a realização desta actividade prática laboratorial conseguimos conceber uma possível resposta ao problema inicial “Como poderemos aumentar o rendimento no aquecimento, quando cozinhamos?”. O rendimento depende de imensas variáveis. Por exemplo, o rendimento do motor de um automóvel é aproximadamente 25%, quando está bem afinado. O rendimento do motor de um automóvel depende também da velocidade com que este se desloca. No caso do acto de cozinhar, algumas das condicionantes são o espaço (se há ou não portas e/ou janelas abertas, etc.) e o próprio material utilizado. No caso da nossa actividade, podemos concluir que o rendimento do aquecimento da água é de, aproximadamente, apenas 5,26%. Provavelmente, este valor deve-se à energia dissipada para o corpo (gobelé) e o ar. O gobelé no qual realizámos a actividade possuía uma abertura de dimensões médias, pelo que a maior parte desta energia perdeu-se para o ar envolvente (por processos de calor). Outra parte da energia dissipada foi transferida também por processos de calor, mas para o gobelé. Assim, analisando estes factos, podemos afirmar que o rendimento poderia ser maior com a colocação de algo que tape a abertura do gobelé, impedindo assim a perda de energia para o ar envolvente ou utilizar algum tipo de material isolante a envolver o gobelé e assim impedir a perda de energia para este.
  8. 8. Página 8 de 8 Nota: Há que salientar que a energia não é perdida independentemente de o rendimento ser grande ou pequeno. A energia nunca desaparece, transforma-se em diversas formas e transfere-se entre sistemas. Bibliografia  Silva, Daniel Marques. Desafios da Física, Física e Química – A, 10.º /11.º – Ensino Secundário. Lisboa Editora, 1.ª edição de 2008;  Pinto, Rafaela Prata; Amado, Maria Manuela; Appelt, Fernanda. Física e Química A – 10.º Ano. Edições ASA, 3.ª Edição de 2010. Webgrafia  http://www.infopedia.pt/$energia-util;

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