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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