Cálculo da potência útil de um forno micro-ondas

Nesta semana realizei uma experiência de Física com meus alunos, para determinarmos a potência útil de um forno de micro-ondas. Inicialmente, aproveitei para diferenciar os conceitos de Potência Útil, que é aquela efetivamente usada pelo forno para aquecer os alimentos, e a Potência Total Consumida da rede elétrica, que pode ser vista indicada na maioria dos aparelhos. Uma parcela desta Potência Total Consumida é usada para fazer o aparelho funcionar, por exemplo para ligar as lâmpadas e mostradores digitais, girar a base de vidro no interior, e também para produzir as ondas no magnetron. A outra parcela (a maior porcentagem) é usada para agitar as moléculas de água, gordura, ou açúcares, contidos nos alimentos, e esta é a que chamaremos de Potência Útil, a qual queremos determinar.
A Experiência
Inicialmente medimos com uma balança a massa (m) de água contida em um becker, e com um termômetro, a temperatura inicial (ti). Ligamos o forno durante um tempo (T), e depois medimos a temperatura final (tf). A quantidade de calor recebida pela água (Q) foi então calculada pela fórmula deduzida na teoria da Termologia:

Q = m . c . Δt  =  m . c . (tf - ti)

onde c é o calor específico da água, que vale 1 cal/gºC.

No nosso experimento ficou:

Q = 227 . 1 . (43 - 25) = 4086 calorias

Para encontrarmos a potência útil (Pot út) dividimos Q por T:

Pot út = Q/T

Como o tempo de aquecimento, indicado no cronômetro do micro-ondas, foi de 30 segundos, obtivemos:

Pot út = 4086/30 136,2 cal/s

Atrás do forno, que eu empresto da sala dos professores para realizar o experimento,  estava indicada uma potência de 700 W, que corresponde ao valor da Potência Total Consumida  (Pot tot)  da rede elétrica.

Para compararmos Pot út     e   Pot tot     convertemos o valor da Pot út  em watts (W). Para isso, basta multiplicar por 4,2. Obtivemos, então:

Pot út = 136,2 . 4,2 572 W

Finalmente concluímos que dos 700 W fornecidos ao forno pela rede elétrica, somente 572 W foram utilizados para aquecer a água, o que dá uma eficiência de aproximadamente 82%. Vejam as contas que eu anotei na lousa do laboratório:








Para aqueles que quiserem realizar a experiência, caso não tenham balança, lembrem-se que cada 1 mL de água contém 1 g. Então basta um recipiente com graduação de volume para sabermos a massa de água.
Precaução 
Um alerta é para que tomem cuidado e não aqueçam a água por muito tempo, evitando que ela chegue próxima à temperatura de ebulição (em Piracicaba, 97ºC). O que pode acontecer é que ela pode não ferver durante o aquecimento, mas sim ao ser manipulada (balançada) no momento de retirá-la do forno. Veja neste vídeo curtinho, o perigo envolvido:

Fontes:
http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_06.asp
http://www.tecmundo.com.br/eletrodomesticos/10978-mitos-e-verdades-sobre-o-micro-ondas.htm
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Calculando velocidades: uma simples e interessante prática de ensino de Física

Esta semana realizei com os alunos das primeiras séries do ensino médio da escola em que dou aulas de Física, uma atividade prática para determinarmos a velocidade dos veículos passando por uma avenida ao lado da escola, onde a máxima permitida é de 60 km/h (foto).

Momentos antes do início da aula, preparei as condições necessárias para a realização da prática. Tracei inicialmente três linhas no asfalto, separadas por uma distância de 5 metros cada uma. Dessa maneira, os alunos poderiam optar por duas medidas de deslocamento, de 0 a 5 m (foto), ou de 0 a 10 m.
Antes de levar os alunos para o local, conversei com eles na sala sobre as condições de segurança que deveríamos seguir para que ninguém corresse nenhum risco, afinal de contas, a responsabilidade nestes casos recorre sobre a minha pessoa. Feito isso, entreguei a eles alguns cronômetros e fomos a campo recolher as medidas. Cada aluno escolheu uma distância (5 m ou 10 m) e mediram o tempo que quatro veículos gastaram para percorrê-la. Vejam algumas fotos do experimento:

Depois, voltamos para a sala de aula, e pedi a eles que usassem o conceito de velocidade, que eu já havia trabalhado anteriormente nas teorias, para determinarmos os valores com as medidas obtidas na avenida. Como esta é uma atividade sugerida por uma Situação de Aprendizagem que consta do Caderno do Aluno, fornecido pelo Governo do Estado de São Paulo, aproveitei a tabela dada e começamos os cálculos. Depois de algum tempo, todos os alunos já haviam aplicado a fórmula de velocidade (V) que eu passo simplificadamente para eles dessa maneira:
$$\begin{equation*}\large V = \frac{D}{T}\end{equation*}$$ onde D simboliza uma distância percorrida, e T simboliza o intervalo de tempo gasto para percorrê-la. Vejam exemplos de valores de tempos anotados, correspondentes à distância de 10 m:
Os valores aproximados de velocidades da terceira coluna são dados em m/s, pois correspondem à divisão da distância (D)(no caso, 10 m) pelo tempo medido (T), em s (segundos). Os valores de velocidades da última coluna, dados em km/h, correspondem aos valores da terceira coluna multiplicados por 3,6 (fator de conversão de m/s para km/h). Ao explicar para os alunos a origem deste fator de conversão, eu mostro que são feitas duas conversões simultâneas: de metros (m) para quilômetros (km), e também de segundos (s) para horas (h). Como uma hora tem 60 minutos, e cada minuto tem 60 segundos, uma hora tem 60 vezes 60 segundos, que correspondem a 3600 segundos. Como um quilômetro (km) tem 1000 metros (m), se dividirmos 3600 por 1000, obtemos o fator 3,6.
Com esta atividade, os alunos fixaram melhor o conceito de velocidade, essencial para o posterior entendimento dos conceitos de aceleração e força, envolvidos nas Leis de Newton. Ao mesmo tempo, puderam constatar que alguns veículos ultrapassaram a velocidade permitida no local da avenida, como foi o caso do carro 2 e da moto, mostrados na tabela exemplificada acima.
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