Relatório Física e Química

Data de realização: 15 de Abril de 2013

Data de entrega: 16 de Abril de 2013

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Francisca Ribeiro 10ºB

ÍndiceObjectivo......................................................................................................................................3

Introdução....................................................................................................................................3

Material........................................................................................................................................4

Procedimento:..............................................................................................................................4

Registo de observações................................................................................................................5

Tratamento de dados:..................................................................................................................6

Interpretação de dados/conclusão..............................................................................................7

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ObjectivoO objectivo da experiência é saber como aumentar o rendimento no aquecimento.

IntroduçãoEsta experiência consiste na montagem de 2 circuitos elétricos, um com uma resistência de imersão e 2 multímetros (um como amperímetro e outro como voltímetro), como se pode observar na figura 1, e outro com um disco de aquecimento, na figura 2.

Pretende-se comparar o rendimento no aquecimento, durante 320 segundos, usando uma resistência de imersão com isolamento (parte A1) e sem isolamento (parte A2), e usando apenas um disco de aquecimento (parte B), verificando também a variação de temperatura em cada uma das situações.

Pretende-se responder a questões como: “como aumentar o rendimento no aquecimento?” e “por que é aconselhável que as panelas que estejam ao lume tenham o mesmo diâmetro do disco de aquecimento?”.

Conceitos importantes:

Calor (Q)- é a energia transferida do sistema que se encontra na temperatura mais alta para o sistema que tem a temperatura mais baixa. Neste caso a resistência eléctrica e a água, respectivamente. Para calcular o calor, utiliza-se a seguinte formula:

Energia útil- de toda a energia transferida, a energia útil é a energia que é aplicada no trabalho pretendido.

Energia dissipada- É uma parte da energia transferida que não é aproveitada, perdida para o meio ambiente.

Energia fornecida- Energia recebida num certo sistema. Pode ser calculada da seguinte maneira:

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Figura 1Figura 2

Q= c x m x T

Q- Calor

c- capacidade térmica mássica

m- massa

T-variação da temperatura (Tfinal-Tinicial)

E=Pxt

Rendimento (ŋ) - Traduz a eficiência de um certo sistema. É calculado da seguinte forma:

Potência (P)- Potência de uma máquina é uma grandeza que informa sobre a rapidez com que uma máquina transfere energia de um sistema para outro. A sua unidade no sistema internacional é o watt (W).

Material Resistência pequena 0.90W Resistência grande de 500W Multímetro (amperímetro/voltímetro) 2 bases de cortiça Termómetro digital Cronómetro 1kg água destilada Placa de aquecimento Fonte de tensão Recipiente 1 Gobelé

Procedimento:Parte A1 - Resistência de imersão com isolamento:

1. Medir num gobelé 1kg de água destilada e transferi-la para um recipiente.2. Colocar o termómetro digital dentro de água e medir a temperatura inicial da água. 3. Isolar o recipiente com duas bases de cortiça.4. Ligar uma resistência de imersão de 500W à tomada e coloca-la no recipiente com 1Kg

de água destilada.5. Apontar a temperatura a que a água se encontra de 10 em 10 segundos. 6. Tirar conclusões.

Parte A2 - Resistência de imersão sem isolamento:

1. Medir num gobelé 1kg de água destilada e transferi-la para um recipiente.2. Colocar o termómetro digital dentro de água e medir a temperatura inicial da água. 3. Ligar uma resistência de imersão de 500W à tomada e coloca-la no recipiente com 1Kg

de água destilada.

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ŋ= Eutil

Efornecida

P= E∆ t

E- Energia (J)

∆ t - Intervalo de tempo (s) = temperatura final-temperatura inicial

4. Com o cronómetro, apontar a temperatura a que a água se encontra de 10 em 10 segundos.

5. Tirar conclusões.

Parte B - Placa de aquecimento

1. Montar um circuito elétrico como mostra a figura 2.2. Medir num gobelé 1kg de água destilada e transferi-la para o recipiente.3. Colocar o termómetro digital e medir a temperatura inicial da água.4. Ligar a placa de aquecimento e colocar o recipiente sobre a mesma.5. Com o cronómetro, apontar os valores da temperatura da água de 10 em 10 segundos. 6. Tirar conclusões.

Registo de observações No inicio da experiencia, foi montado um circuito elétrico ligado a uma fonte de tensão e uma resistência pequena, como mostra a figura 1 da “introdução teórica”, que não pôde ser utilizado porque a resistência era demasiado pequena (0,90W de potência), fazendo com que a temperatura da água aumentasse muito pouco, como se pode verificar na seguinte tabela:

Potência= 0,90W

Com isto, foi necessário trocar a pequena resistência por uma maior, que se ligou directamente à tomada, não tendo sido necessária a fonte de tensão nem os 2 multímetros.

Como a resistência em A1 e em A2 é a mesma, ou seja, com uma potência de 500W, podem-se comparar os gráficos de temperatura/tempo. A potência da parte B é de 1500W, logo este gráfico não pode ser comparado com os anteriores.

Nota: No início da experiência o voltímetro foi instalado em paralelo e o amperímetro em série.

De seguida encontram-se as tabelas com os resultados das temperaturas da experiência com a resistência de imersão com isolamento, sem isolamento e com o disco de aquecimento:

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A1-resistência de imersão com isolamento

t/s T/ºC U/V I/A0 16.6 0 020 16.1 0.90 1.00540 16.1 - -60 16.0 - -80 16.6 - -100 17.1 - -120 17.6 - -140 17.6 - -160 17.6 - -180 16.9 - -

B- Disco de aquecimento

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Resistência de imersão com isolamentot/s T/ºC P/w0 15,3 500

20 17,8 50040 19,8 50060 23,3 50080 25,2 500

100 27,5 500120 29,4 500140 31,4 500160 34,0 500180 36,1 500200 38,5 500220 40,2 500240 42,4 500260 44,7 500280 46,4 500300 48,2 500320 50,0 500

A2- Resistência de imersão sem isolamentot/s T/ºC P/w0 15,3 500

20 15,3 50040 16,0 50060 16,4 50080 17,8 500

100 19,2 500120 20,8 500140 22,3 500160 24,1 500180 25,4 500200 26,9 500220 27,8 500240 29,6 500260 33,7 500280 32,0 500300 32,8 500320 33,9 500

Q=cmTQ=4190x1x(50-15.3)Q=145393JE=PxtE=500x320E=160000J

t/s T/ºC P/w0 16,8 1500

20 16,4 150040 18,2 150060 19,5 150080 20,7 1500

100 22,4 1500120 23,5 1500140 25,8 1500160 27,0 1500180 28,9 1500200 30,7 1500220 31,0 1500240 32,9 1500260 33,8 1500280 36,2 1500300 36,5 1500320 37,7 1500

Tratamento de dados: Resistência de imersão pequena:

Potência=?

U: 0.90V

I: 1.005A

P= UxI ❑⇔ P=0.90x1.005❑

⇔ P=0.90W

A1 cálculo do rendimento (ŋ) (resistência de imersão com isolamento)

ŋ= Eutil

Efornecida

ŋ(%)=145393160000

X 100❑⇔

ŋ=91%

Energia fornecida-Energia útil= Energia dissipada

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Q (calor)

Energia fornecida (energia total)

Capacidade térmica mássica da água= 4190JK⁻¹Kg⁻¹

Massa da água= 1kg

Q=cmTQ=4190x1x(33.9-15.3)Q=77934JE=PxtE=500x320E=160000J

Q=cmTQ=4190x1x(37.7-16.8)Q=87571JE=PxtE=1500x320E=480000J

160000-145393=Edissipada

Edissipada=82066J

Energia útil ¿ Energia dissipada

A2 cálculo do rendimento (ŋ) (resistência de imersão sem isolamento)

ŋ= Eutil

Efornecida

ŋ(%)=77934160000

X 100❑⇔

ŋ=49%

Energia fornecida-Energia útil= Energia dissipada

160000-77934=Edissipada

Edissipada= 82066J

Energia útil ¿ Energia dissipada

B cálculo do rendimento (ŋ)

ŋ= Eutil

Efornecida

ŋ(%)=87571480000

X 100❑⇔

ŋ=18.24%

Energia fornecida-Energia útil= Energia dissipada

480000-87571=Edissipada

Edissipada= 392427J

Energia útil ¿ Energia dissipada

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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 3401012141618202224262830323436384042444648505254565860

f(x) = 0.0710171568627451 x + 15.578431372549

f(x) = 0.108676470588235 x + 16.1529411764706

A.1)Linear (A.1))A.2)Parte BLinear (Parte B)

Como se pode observar, a recta A1, a resistência de imersão com isolamento, é a que tem um maior declive, ou seja, a que atinge a temperatura mais elevada no mesmo intervalo de tempo da recta A2, resistência de imersão sem isolamento, que tem um declive menor e por isso também alcança uma menor temperatura, nesse mesmo período de tempo.

Verificamos então que a resistência de imersão com isolamento tem maior rendimento que a resistência de imersão sem isolamento, pois as bases de cortiça permitiram que a energia térmica não se perdesse com tanta facilidade para o meio exterior, tendo assim pouca energia dissipada e um grande rendimento, enquanto que na resistência de imersão sem isolamento a energia térmica perdeu-se mais facilmente para o exterior, devido à entrada em equilíbrio térmico da água com o exterior, tendo assim uma elevada energia dissipada e um baixo rendimento.

Em B verifica-se um baixo rendimento devido ao recipiente não ter o mesmo diâmetro que o disco de aquecimento, e uma elevada energia dissipada.

Interpretação de dados/conclusãoPara a realização desta experiencia foi necessário repetir o primeiro passo, o de montar um circuito elétrico com uma resistência e uma fonte de tensão, trocando esta resistência por outra com uma maior potência para assim se conseguir aquecer a água e poderem ser tiradas conclusões. Para além disso, penso que não houve qualquer outro problema e os alunos cooperaram no que foi necessário. A experiência não envolveu muitos cálculos e os que houve não houveram muitas dificuldades na sua realização.

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t/s

T/ºC

Pudemos observar que o disco de aquecimento tem um rendimento muito baixo (18%), porque o recipiente utilizado na experiência tinha um diâmetro menor do que o diâmetro do disco de aquecimento, fazendo com que a energia do disco não tenha sido totalmente aproveitada pelo recipiente, ou seja, parte da energia motora do disco de aquecimento é dissipada.

Observamos também que a temperatura da resistência de imersão sem isolamento aumentou menos do que a temperatura da resistência de imersão com isolamento, podendo concluir-se que a energia dissipada na primeira situação foi maior do que a energia dissipada na segunda situação.

O rendimento da resistência de imersão com isolamento é maior do que o rendimento da resistência de imersão sem isolamento. A energia dissipada da resistência de imersão sem isolamento é maior do que a energia útil, e no caso da resistência de imersão com isolamento a energia útil é maior do que a energia dissipada.

Sabemos assim que dos três, quem teve o maior rendimento no aquecimento foi a resistência de imersão com isolamento, que obteve um rendimento de 91%, e o menor rendimento o disco de aquecimento.

Com a experiência pude concluir que:

O rendimento no aquecimento é maior quanto mais isolado estiver um certo sistema, devido à pequena quantidade de energia dissipada.

Para se obter uma menor quantidade de energia dissipada num disco de aquecimento, é necessário que o diâmetro de um certo recipiente seja igual ao diâmetro desse disco.

Um sistema sem isolamento tem um menor rendimento devido à grande quantidade de energia que é dissipada.

Bibliografiahttp://thinkingphysicsten.wikispaces.com/file/view/rendimento_+exemplopg024.pdf

Caderno de físico-química.

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