11_Dois metodos de medida de Potencia - helder-fisica

Coltec/UFMG – Física – 1º Ano – 2015
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Lab 11_ Uma comparação entre métodos diferentes para fazer uma medida
1. Introdução
É muito comum a existência de dois ou mais métodos diferentes para realizar uma mesma medida. Nos casos em
que vários métodos alternativos são conhecidos e confiáveis, a utilização de mais de um deles em uma mesma
medida aumenta a credibilidade dos resultados. No caso em que um novo método é proposto e precisa ser validado,
existe a necessidade de confrontar seus resultados com aqueles obtidos por métodos já consagrados1. Nesta atividade
de laboratório, nós vivenciaremos um processo de comparação entre métodos diferentes de medida da potência de
um ebulidor elétrico: um aquecedor usado para esquentar água.
Por estar diretamente associada ao conceito de energia, a potência é uma medida utilizada no estudo dos mais
diferentes fenômenos e contextos. Em outras palavras, a medida da potência elétrica de um ebulidor, ou a medida
da potência elétrica de qualquer outro dispositivo ligado a um circuito, é apenas um caso especial da medida da
grandeza potência. A potência nos informa quanta energia ∆E, medida em joules, é transferida ou transformada
durante um determinado intervalo de tempo ∆t, medido em segundos. A unidade de medida da potência é o watt
que equivale a 1 joule/segundo. Em termos algébricos essa definição é expressa como: P = ∆E/∆t (equação 1)
O próximo item deste roteiro apresenta um método para a determinação da potência do ebulidor que utiliza medidas
de variação da temperatura da água aquecida pelo aparelho. Em seguida, o roteiro expõe um método no qual a
potência é obtida a partir de medidas de tensão e corrente. As medidas necessárias ao uso dos dois métodos serão
realizadas, simultaneamente, em acordo com as instruções que compõem o item 4 deste roteiro. Os itens 2 e 3 deste
roteiro foram escritos para que você entenda a função de cada medida a ser realizada.
2. Primeiro método: Potência por meio de medidas do aquecimento de água pelo ebulidor
No caso de um ebulidor, podemos obter uma medida da potência ao definir um intervalo de tempo e, então, medir
a quantidade de energia elétrica que, após se manifestar na forma de calor, é transferida a certa quantidade de água.
Sabemos que transferir energia para a água pode elevar a temperatura desse material. Em condições normais, durante
a fase líquida, sabemos que cada grama de água absorve ou libera, aproximadamente, 4,2 joules de energia para que
sua temperatura varie em 1 oC (um grau Celsius). Na Física, essa informação aparece na seguinte forma: o calor
específico da água líquida é, aproximadamente, igual a 4,2 Joules/grama.oC.
Partindo dessa informação podemos calcular a energia (∆E) a partir da multiplicação dos seguintes fatores: o calor
específico da água; a massa (m) de água; a variação de temperatura (ΔT) sofrida pela água. Em termos algébricos
todo esse raciocínio fica resumido na seguinte expressão matemática: ∆E = 4,2.m.∆T (equação 2)
Como estamos interessados na potência, basta juntarmos as equações 1 e 2 para obtemos uma expressão para a
potência que considera o calor transferido para a água e o tempo no qual a transferência ocorreu:
P = 4,2.m.∆T/∆t (equação 3)
3. Segundo método: Potência obtida por meio da tensão e da corrente
Para realizar a atividade proposta no item 4 deste roteiro, você
e seus colegas de grupo irão montar um circuito elétrico com
os elementos expostos na figura ao lado: fonte de tensão
variável, fios de ligação, amperímetro, voltímetro e placa de
circuitos com duas tomadas e dois bornes, isto é, dois orifícios
que serão usados para encaixarmos os terminais dos cabos de
um voltímetro em paralelo com o ebulidor. Em seu caderno,
represente o circuito usando símbolos. Você terá que
reproduzir essa representação no relatório desta atividade. De
posse das medidas de tensão e corrente, que serão realizadas
no item 4 deste roteiro, você poderá determinar a potência
elétrica do ebulidor ao usar a equação P = V . i (equação 4).
1
A título de exemplo, veja em Oliveira e Mendes (2010)* diversas normas e orientações técnicas para validação e comparação
entre métodos de medida que compõem alguns exames clínicos. *Oliveira, Carla Albuquerque; Mendes, Maria Elizabete
(Orgs.). Gestão da Fase Analítica do Laboratório como assegurar a qualidade na prática. 1.ed. - Rio de Janeiro: ControlLab,
2010. Disponível em http://www.controllab.com.br/pdf/gestao_fase_analitica_vol1.pdf, acesso em 20/07/2014.
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4. Procedimentos de medida e questões de interpretação
Monte o circuito descrito na única figura apresentada neste roteiro, mas, aguarde a conferência do circuito antes
de ligar a fonte de tensão em uma das tomadas do laboratório. Lembre-se, também, de que o ebulidor não
pode, em hipótese alguma, ser ligado a uma fonte de tensão elétrica, se não estiver, previamente, inserido na
água. Mergulhe o ebulidor em uma caneca com 200 gramas de água. Insira um termômetro na caneca para monitorar
a temperatura da água e use um cronômetro para realizar medidas de intervalo de tempo.
Os dados a serem gerados deverão ser registrados em uma tabela semelhante àquela apresentada abaixo. As duas
últimas colunas dessa tabela permitem a inserção dos resultados dos cálculos da potência realizados,
respectivamente, por meio das equações 3 e 4. Por questões práticas, a água será aquecida continuamente. Isso
significa que a temperatura da água ao final de uma medida será praticamente igual à temperatura inicial da água
na medida seguinte.
Antes de ligar o circuito, meça a temperatura inicial da água e ajuste a tensão da fonte para um valor inicial igual a
10,0 V. Ligue o circuito e o cronômetro ao mesmo tempo e deixe o circuito ligado por 150 segundos. Desligue o
circuito e mexa o ebulidor dentro da água para homogeneizar a temperatura do líquido. Anote a variação de
temperatura sofrida pela água.
Para realizar as medidas seguintes, aumente a tensão em, aproximadamente, cinco Volts. Com a tensão elevada,
acione, novamente, o circuito e o cronometro. Repita esse procedimento elevando a tensão de 5 em 5 Volts, até
atingir uma tensão próxima a 30,0 V. Registre os dados em seu caderno até obter um conjunto de informações que
permita o cálculo da potência pelas equações 3 e 4. Com isso, você preencherá toda a tabela 1.
Tabela 1- Organização dos dados
Medida
Tinicial
Corrente (A)
Tensão (V)
Tfinal
∆T
∆t
P (eq. 3) P (eq. 4)
1
2
3
4
5
Para interpretar os dados da tabela 1:

Você deve produzir um gráfico no qual os valores de potência obtidos por meio da equação 3 serão colocados
no eixo horizontal, enquanto os valores obtidos por meio da equação 4 serão colocados no eixo vertical. Antes
de produzir o gráfico, responda à seguinte questão: se não houvesse diferença entre os resultados dos cálculos
da potência realizados com as equações 3 e 4, como deveria ser a aparência do gráfico?

Produza o gráfico e observe sua aparência. O que essa aparência indica acerca das diferenças entre as medidas?
Uma das medidas é sempre maior que a outra? Há uma oscilação em termos de qual dos dois métodos fornece
o maior valor de potência? Gráficos desse tipo são úteis para compararmos métodos alternativos para realização
de uma determinada medida?

Na Tabela 1, note que a diferença entre as medidas realizadas pelos dois métodos é maior quando a diferença
de temperatura entre a água aquecida e o ambiente também é maior. Baseando-se nessa observação, um
estudante sugeriu que, ao usar o primeiro método, nós deveríamos ter colocado a água em um recipiente
termicamente isolado, que fosse capaz de impedir transferências de energia por meio do calor entre a água
aquecida e o ambiente mais frio a sua volta. Avalie a sugestão desse estudante.

Nas condições em que as medidas foram realizadas, qual dos dois métodos é mais confiável? Justifique sua
resposta.

Conceba uma situação em que, por razões práticas, o primeiro método de medida exposto neste roteiro não
possa ser utilizado. Faça o mesmo em relação ao segundo método de medida da potência que nós descrevemos
aqui.