Suponha que um automóvel com motor de combustão se encontra estacionado e que, num dado momento, o seu sistema de ignição é acionado.
Questão:
No sistema de refrigeração dos motores de combustão, são, geralmente, usados líquidos de elevada capacidade térmica mássica.
Um professor desafiou os alunos a identificarem, de entre dois líquidos desconhecidos, qual seria o mais adequado para um sistema de refrigeração. Deveriam realizar apenas um ensaio para cada líquido e retirar uma conclusão sem recorrer a cálculos. Disponibilizou amostras de cada um dos líquidos, com massas iguais e à mesma temperatura, uma resistência de imersão, de potência $P$ desconhecida e constante, um cronómetro e um termómetro.
Descreva o modo como os alunos podem dar resposta ao desafio.
Na sua resposta:
– deduza a relação matemática que suporta a atividade experimental;
– apresente o procedimento experimental, identificando as grandezas a medir;
– refira a conclusão a retirar a partir da análise dos resultados.
Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
A energia fornecida ao líquido pela resistência de imersão pode ser calculada da seguinte forma:
$$P=\frac{E}{\Delta t} \Leftrightarrow E=P \Delta t$$
Esta energia é absorvida pelo líquido resultando na variação da sua temperatura, uma relação que está expressa na fórmula do calor específico:
$$E=m c \Delta \theta$$
Relacionando estas duas fórmulas temos:
$$P \Delta t=m c \Delta \theta \Leftrightarrow c=\frac{P \Delta t}{m \Delta \theta}$$
A capacidade térmica mássica, $c$, de um líquido trata-se da quantidade de energia que um kg deste líquido requer para a sua temperatura aumentar 1ºC. Sendo que um líquido de maior capacidade térmica mássica é mais adequado para o propósito em estudo, o procedimento experimental deve visar a comparação entre as capacidades térmicas mássicas de ambos os líquidos. Para tal os alunos podem recorrer aos seguintes passos:
1) Preparar duas amostras, consistindo cada uma delas em um dos dois líquidos em estudo, sendo que ambas devem ter a mesma temperatura inicial e massa;
2) Colocar o termómetro e a resistência de imersão num dos líquidos, ligando de seguida a resistência para induzir o seu aquecimento;
3) Após um dado intervalo de tempo, deve registar-se a temperatura do líquido;
4) Repetir o mesmo procedimento para o outro líquido.
O líquido que atingiu a maior temperatura após este período de tempo terá sofrido a maior variação de temperatura. Como a capacidade térmica mássica de um líquido é inversamente proporcional à sua variação de temperatura num dado intervalo de tempo, o líquido que atingiu a menor temperatura final terá a maior capacidade térmica mássica, sendo o mais indicado para ser utilizado como fluido de refrigeração.
Fonte: Mestre Panda