ACTIVIDADE LABORATORIAL – FÍSICA 10.º ANO – ALF 0.1 RENDIMENTO AQUECIMENTO NUM PROCESSO DE O que se pretende Determinar o rendimento de um processo de aquecimento de uma dada massa de água. O processo de aquecimento vai ser realizado num calorímetro com uma resistência de aquecimento e para a aquisição e tratamento de dados vai ser utilizado um sensor de temperatura associado ao software DataStudio. Verificar significados Num processo de transferência de energia, a potência, é por definição a energia transferida na unidade de tempo: ∆
Num circuito eléctrico, a potência transferida por efeito de Joule num condutor com uma certa resistência é igual ao produto da intensidade da corrente (I), que o atravessa, pela tensão (ou diferença de potencial) (U): Então a energia transferida por efeito de Joule num condutor com uma certa resistência é: ∆ A energia recebida por um corpo sob a forma de calor é directamente proporcional à sua massa (m), à variação da temperatura experimentada pelo corpo ∆
e à capacidade térmica mássica do material que o constitui (c): ∆ O rendimento de um processo de transferência de energia é por definição o quociente entre a energia útil (Eútil) e a energia fornecida (Eforn): 1 ACTIVIDADE LABORATORIAL – FÍSICA 10.º ANO – ALF 0.1 ú
No caso particular do processo de aquecimento de uma massa de água com uma resistência de aquecimento, o rendimento do processo de aquecimento pode‐se calcular através da seguinte expressão: Lista de material e reagentes Descrição Quantidade Fonte de alimentação de tensão variável 1 Voltímetro 1 Amperímetro 1 Sensor de temperatura e cabo de interface 1 Fios de ligação 5 Calorímetro (Recipiente isolado; tampa de acrílico, 1 agitador e resistência de aquecimento Água 1 Computador 1 Procedimento 1. Observar a seguinte figura e montar o circuito eléctrico (amperímetro em série no circuito e voltímetro em paralelo com os extremos da resistência). Fig. 1 Circuito para aquecimento 2. Pesar o recipiente do calorímetro e registar o seu valor. 3. Transferir uma pequena de água para o recipiente do calorímetro e pesar. Registar este valor. 2 ACTIVIDADE LABORATORIAL – FÍSICA 10.º ANO – ALF 0.1 4. Inserir o sensor e o agitador na tampa do calorímetro e fechar o calorímetro. Fig. 2 Calorímetro 5.
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Conectar o sensor ao respectivo cabo de interface conectado ao computador. Ligar a fonte de alimentação. Registar o valor medido no amperímetro e o valor medido no voltímetro. Durante o ensaio movimentar para cima e para baixo o agitador. Prosseguir o ensaio até a que a temperatura da água tenha aumentado cerca de 10 . Registos Massa do recipiente do calorímetro (g) Massa do recipiente do calorímetro com água (g) Intensidade da corrente (A) Tensão (volt) 124,60 567,35 5,37 2,22 Gráfico 1 Temperatura da água em função do tempo ao longo do ensaio 3 ACTIVIDADE LABORATORIAL – FÍSICA 10.º ANO – ALF 0.1 Cálculos 1‐ Cálculo da massa de água: á
567,35
124,60
442,75 g 2‐ Cálculo da energia dissipada por efeito de Joule na resistência de aquecimento, durante o ensaio: 2,22
5,37
1800
2,14
10 J 3‐ Cálculo do calor recebido pela massa de água: Dados: c = 4,186 J g‐1 °C‐1 442,75
4,186
28,7
18,6
1,87
10 J 4‐ Cálculo do rendimento do processo de aquecimento: 1,87
2,14
10
10
0,874 4