Relatório Rendimento de um processo de

Escola Secundária da Ramada
Disciplina: Física e Química (Química)
Profª: Maria da Conceição Vilela
10ºD
Relatório
Rendimento de um processo de Aquecimento
- Trabalho realizado por:
- Márcia Alves
nº18
- Rita Ferraz
nº25
- Sandra Santos
nº26
- Sara Amorim
nº27
10ºD
- Índice:
Pág.
Objectivos
1
Fundamentação Teórica
2
Procedimento Experimental
4
Material/Regras de Segurança
5
Resultados Experimentais
6
Conclusão
8
Bibliografia
9
- Objectivos:
Determinar o rendimento num processo de aquecimento e identificar alguns
factores de que o rendimento pode depender.
- Fundamentação Teórica:
Para a realização desta actividade experimental é necessário dominar
alguns conceitos relacionados com a transferência de energia.
Quando se aquece uma massa de água utilizando uma resistência eléctrica de
aquecimento, ocorre uma transferência de energia, como calor, da resistência
para a água. Essa transferência de energia traduz-se num aumento da
temperatura da água, e consequentemente, num aumento da energia interna
desse sistema.
Energia interna: À energia associada a um sistema de muitas partículas chamase energia interna, simbolizada por Eint. A energia interna de um sistema resulta:
da energia cinética de todas as partículas do sistema; da energia potencial
associada às interacções entre as partículas. A energia interna depende também
da quantidade de matéria que o constitui.
Calor (Q): é a energia em trânsito entre sistemas a diferentes temperaturas.
Permite medir a energia transferida, espontaneamente, do sistema a temperatura
mais alta (resistência eléctrica) para o sistema a temperatura mais baixa (água).
Quando termina a transferência de energia os blocos ficam à mesma temperatura
e dizem-se em equilíbrio térmico.
A quantidade de energia transferida, como calor, que é necessária para aumentar
a temperatura dessa massa de água depende dos seguintes factores:
- massa de água (kg)
- diferença entre a temperatura final e a temperatura inicial da água (ΔT= Tf –Ti)
- capacidade térmica mássica da água (c= 4,1990 x10 elevado a 3 J/ (Kg ºC))
A expressão matemática que permite calcular essa quantidade de calor é:
Q= m x c x Δ T
Esta quantidade de calor corresponde à energia útil, ou seja, à energia absorvida
pela água e que provocou a sua elevação de temperatura.
No entanto, nem toda a energia que se fornece ao sistema é efectivamente,
utilizada. Uma parte dessa energia dissipa-se, transferindo-se para as vizinhanças
desse sistema. O balanço energético desse sistema permite:
Efornecida = Eútil+ Edissipada
É possível determinar o valor da energia fornecida ao sistema a partir da potência
da resistência eléctrica utilizada. Para isso, determina-se a diferença de potencial
nos terminais da resistência e a intensidade da corrente que atravessa o circuito
eléctrico.
As expressões matemáticas seguintes permitem determinar a energia fornecida ao
sistema:
P = E/ Δt
e
Efornecida = P x Δt
Em que:
P – potencia eléctrica (w)
E- energia fornecida (J)
Δt- intervalo de tempo durante o qual se processa o aquecimento (s)
Para se saber se a energia que se aproveita é muita ou pouca em relação á energia
disponível, define-se o rendimento. O rendimento, que se designa pela grega ŋ, é
o quociente entre a energia útil e a energia fornecida:
ŋ = Eútil / Eforn
O rendimento é um número sem unidades pois é o quociente de duas energias.
Qualquer rendimento é inferior a um, pois a energia útil é sempre menos do que
a energia fornecida. É também habitual exprimir o rendimento em percentagem:
ŋ = Eútil / Eforn x 100
- Procedimento Experimental:
1º Colocar água num gobelé de 250 mL e efectuar a medição da sua massa;
2º Colocar a resistência dentro do gobelé com água e ligar à resistência;
3º Registar a temperatura inicial e o seu aumento ao longo do aquecimento em
função do tempo;
4º Quando a água começar a atingir o seu ponto de ebulição (ou seja evaporar)
deve-se desligar a resistência e deixar arrefecer dentro do gobelé com a água.
- Material/Regras de Segurança:
- Material:
- Resistência;
- Termómetro (menor divisão da escala +- 5);
- Recipiente com água;
- Fonte de alimentação (interruptor);
- Balança (margem de erro +- 0,01).
- Regras de segurança:
- Ter cuidado com manuseamento da resistência: não tocar com as mãos na
resistência pois se encontra muito quente, e não colocar a resistência ligada no
recipiente com água pois pode existir a saída de água a ferver;
- Usar sempre material de protecção e não provar, ingerir, cheirar ou tocar com as
mãos sem protecção;
- Respeitar as instruções dadas pelo professor;
- Cuidado na utilização do termómetro, para o arrefecer deve-se colocar por baixo
de água fria e não agitar.
- Durante e após a actividade experimental deve-se manter a bancada limpa e
organizada, arrumando sempre todo o material;
- Durante a utilização da balança, deve-se ter em atenção se esta se encontra a
zero no inicio da medição para que possamos ter resultamos mais precisos, bem
como o cuidado de não lhe tocar durante a realização de uma medição devido a
sua sensibilidade ao toque, pois poderá alterar os valores obtidos. Deve-se ter
cuidado no seu transporte.
- Resultados Experimentais:
- Fórmulas:
ŋ = Eútil / Eforn x 100
Efornecida = Eútil+ Edissipada
P = E/ Δt
Q= m x c x Δ T
Efornecida = P x Δt
- Cálculos:
- Energia útil:
• Massa da água em 250 mL:
- Gobelé vazio: 124,96 g +- 0,01 =
- Gobelé com água: 355, 4 g +- 0,01
Massa da água = gobelé com água – gobelé vazio
m = 355,4g – 124, 96g = 230,44 g = 0,23044 kg
•
C= 4,18 x 10elevado a 3
Tempo (minutos)
Temperatura (ºC)
1
35
2
57
3
71
4
80
Temperatura inicial da
água= 20ºC
- Intervalo de Temperatura:
ΔT= Tf- Ti
ΔT= 80ºC-20ºC = 60ºC
Eutil ou Q = 0,23044 kg x 4,18x10elevado a 3 x 60ºC = 57794,352 J
- Energia Fornecida:
•
Potência: 300W
• Intervalo de tempo:
Δt= tf-ti
Δt= 4min -0min = 4 min
Δt= 1min------60s
4min------ x
X= 240 s
Efornecida = 300w x 240 s = 72000 J
- Rendimento:
ŋ = Eútil / Eforn x 100
ŋ= 57794,352 J/ 72000 J x 100= 80 %
- Conclusão:
1. Este processo de aquecimento teve um rendimento de 80%, ou seja, de
toda a energia fornecida, apenas 80% vai ser utilizada para o aquecimento
da água (energia útil).
2. –
3. «Como aumentar o rendimento num processo de aquecimento?»
O aquecimento faz-se do exterior para o interior do recipiente, é
conveniente que este tenha uma boa condutividade térmica; deverá contudo
estar tapado para evitar perdas de calor devido à evaporação da água. A base
do recipiente onde a água estava contida deve ser boa condutora, e as suas
paredes devem conferir uma boa capacidade isoladora, para o calor não se
dissipar com facilidade, e assim a água aquece mais rapidamente.
4. Alguns factores importantes no aumento do rendimento no aquecimento
quando cozinhamos os alimentos:
 Boa condutividade térmica do recipiente;
 Este deverá estar tapado para evitar perdas de calor devido à evaporação
da água;
 A chama ou placa eléctrica deve ter um diâmetro igual ou inferior ao do
fundo do recipiente.
- Bibliografia:
Para a realização deste relatório, consultámos as seguintes fontes:
- Margarida, M. ; Rodrigues, R. D. ; Dias,F. (2003) Física Na Nossa Vida 10º ano,
Porto, Porto Editora;
- Ventura, G.; Fiolhais, M.; Fiolhais, C.; Paiva, J.; Ferreira, J. A. (2007) Física e
Química A – Física 10º e 11º ano, Texto, Texto Editora.