Determinação da potência de um forno de microondas

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Reconhecimento
Os aparelhos de microondas já não constituem novidade no comércio e residências. Muitos são os alunos que já se utilizam dele em suas casas. Esse fato pode ser aproveitado para mais uma atividade experimental, visto que, nada impede que um desses aparelhos participe de uma Feira de Ciências.

Nesse projeto apresentaremos, como exemplo, a determinação da potência desenvolvida por um forno de microondas (experimento de fácil realização).

Conhecimento básico
O aluno que se aventura nesse projeto precisa de ter alguns conhecimentos de Termologia, em especial que, a quantidade de calor Q (energia) trocada por uma substância de massa m, quando a sua temperatura varia de (q _f - q _i), pode ser calculada pela expressão:

Q = m.c.(q _f - q _i)

Onde:

m é a massa da substância (medida em quilogramas - kg)

c é o calor específico da substância [medido em J/(kg.K)]

q _f - q _i é a diferença entre a temperatura final, q _f, e a inicial q _i, da substância.

Nota: o calor específico traduz o fato de que as substâncias têm diferentes capacidades de receber ou ceder energia térmica, sob a forma de calor.

Admitindo-se que toda a energia elétrica, E, (em joules, J) consumida pelo forno é convertida em microondas e transferida para a substância sob a forma de calor, Q, (em joules, J) teremos: E = Q

Se o tempo de funcionamento do forno durante o experimento é D t (em segundos, s --- obtido pelo relógio digital do aparelho ou por um cronômetro comum), a potência elétrica, P (em watts, W), desenvolvida pelo aparelho é calculada por:

P = E/D t

Material necessário

• um forno de microondas;

• um termômetro de cozinha;

• um relógio com cronômetro (se o microondas não tiver relógio digital);

• um recipiente especial para ir ao microondas, com graduação em volume;

• água [c_água = 1 cal/(g.ºC) = 4180 J/(kg.K)--> valor médio de seu calor específico no intervalo de 0 a 100 graus célsius].

Nota: se o recipiente especial para microondas não tiver graduação para medidas de volume, deve ser providenciado uma balança comum para cozinha.

Procedimento
a) Coloque uma certa quantidade de água dentro do recipiente próprio para microondas; registre a sua massa, usando a balança, ou o seu volume, lendo diretamente na escala do recipiente especial utilizado. Se optar pela medida de volume é bom saber que, sendo a densidade da água de 1 g/cm³, o volume de 1000cm³ (1 litro) corresponderá a uma massa de 1 kg; 500 cm³ à 0,5 kg; 750 cm³ à 0,75 kg etc.
Nessa etapa obtemos o valor de m (massa de água que participa do experimento).

b) Deixe essa água repousar cerca de 5 minutos dentro do recipiente para que seja atingido o equilíbrio térmico e, após esse intervalo de tempo, registre a temperatura da água obtida mediante o termômetro de cozinha.

c) Coloque o microondas na potência máxima; essa é a potência que obteremos através do experimento e poderá ser comparada com aquela que vem anotada na etiqueta presa na parte posterior do aparelho (alguns aparelhos exibem essa potência na face frontal).

d) Coloque o recipiente com água dentro do microondas e marque no relógio, ou cronômetro, o tempo de aquecimento. Ligue o aparelho.

e) Decorrido esse intervalo de tempo o aparelho desliga automaticamente. Retire o recipiente com água e obtenha a nova temperatura desta. Registre.

Cálculos
Com os dados colhidos, faça os seguintes cálculos:

1) Cálculo da quantidade de calor recebida pela água (que é, por hipótese, igual à energia elétrica consumida no processo)

Q = m.c.(q _f - q _i) = ........... kg x 4180 J/(kg.K) x ( ....... K - ....... K) = .......... J = E

2) Cálculo da potência elétrica desenvolvida pela aparelho

P = E/D t = ............... J / .............. s = ............... W

Ensaios reais
Alterando-se, em cada experimento, a quantidade de água e o intervalo de tempo de aquecimento, foi possível construir uma tabela como a que segue:

As divisões da escala de temperaturas são iguais nas escalas Célsius e Kelvin. Assim, se q _f - q _i = 17^oC, também será T_f - T_i = 17 K etc.

Comentários
Os valores obtidos experimentalmente ficaram aquém do esperado uma vez que o forno de microondas utilizado tinha indicação de 750W e não uma média de 596W que foi o que obtivemos.

Essa discrepância pode ser devida a diversos fatores, um dos quais (e bem provável) é a "falsa" indicação do fabricante. Os 750W indicados pelo fabricante refere-se à potência total dissipada no aparelho (incluindo todas as perdas internas) e não a potência útil que é a que interessa ao consumidor. Esse tipo de "falcatrua" é típica de certos fabricantes que querem colocar no painel do aparelho "um número grande", mas que não representa nada da parcela útil (energia elétrica aproveitada pelo processo em questão). 
Essa prática é a das mais corriqueiras nos aparelhos de áudio. Os "watts" de potência sonora que chegam aos tímpanos dos ouvintes nada, absolutamente nada, tem a ver com as "centenas ou milhares" de watts-PMPO indicados pelo fabricante!

Outra possibilidade pode ser a perda de energia quando o recipiente é retirado do microondas, no entanto, julgamos que isso não justifica a perda de mais de 20% de energia. Outros fatores, como o aquecimento do próprio aparelho e do vapor de água existente no ar de seu interior, podem ser pensados.

O fato de termos utilizado, nos experimentos que resultou numa tabela, diferentes massas de água, serviu somente para testar se havia alguma relação entre tais massas e as perdas de energia. Como era esperado, não verificamos qualquer relação.