Jun06

Purificação por dissolução ou recristalização

A solubilidade de diversos sais num determinado líquido varia consoante a natureza do sal e do líquido. Por exemplo, a solubilidade do carbonato de sódio (Na2CO3) em água a baixa temperatura (cerca de 48,5 g/100 g de água a 100ºC) é bastante superior à solubilidade do carbonato de cálcio CaCO3, (cerca de 0,002g/100g a 100ºC). Diferentes sais também apresentam diferenças na variação da solubilidade com a temperatura. Por exemplo, a solubilidade do bicarbonato de sódio (NaHCO3) em água aumenta de 6,9 g/100g a a 0ºC para 16,4 g/100g a 60ºC, enquanto que a solubilidade do cloreto de sódio (NaCl) apenas aumenta de 35,7 g/100g a 0ºC para 39,8 g/100g a 100ºC. A solubilidade de determinado sal também varia consoante a natureza do solvente. Por exemplo, a solubilidade em álcool ou num solvente orgânico (p.e. acetona) pode ser bastante diferente da solubilidade em água. Por exemplo, a solubilidade do sulfato de cobre em água é muito mais elevada do que em etanol. Finalmente, o próprio valor do pH pode ser determinante da solubilidade. Por exemplo, o carbonato de cálcio em solúvel em meio ácido e é quase insolúvel em meio neutro ou alcalino. Os tipos de efeitos acima descritos podem ser usados em processos de separação ou purificação baseados em diferenças de solubilidade, variações de solubilidade com a temperatura, evaporação do solvente ou alteração do pH. Métodos semelhantes podem   também ser usados na obtenção controlada de pós de diversos materiais.

Jun05

Medição de entalpia de neutralização

Muitas reacções químicas espontâneas são exotérmicas (ΔHRº<0.0), isto é, libertam calor, provocando subida de temperatura no sistema ou no meio circundante. Estes efeitos permitem a utilização de métodos de calorimetria baseadas na medição do calor libertado ou na detecção de variações de temperatura. Além das reacções de queima de combustíveis, existem outros exemplos de reacções exotérmicas com muita importância científica e tecnológica tais como as reacções de oxidação de metais e as reacções de neutralização de um par base-ácido: H+(aq) + HO-(aq) → H2O                                                                    A entalpia desta neutralização é ΔHRº = - 57,3 kJ/mol                                                                                     O seu valor pode ser medido por uma técnica de calorimetria em condições praticamente adiabáticas, isto é, mantendo desprezáveis as perdas de calor para o exterior. Nestas condições, a entalpia de neutralização será igual em valor absoluto ao calor sensível da solução neutralizada, com sinal contrário, isto é, Qsol+ΔHnº ≈0, ou ΔHnº = - m Cp ΔT = - V ρCp ΔT                                                            sendo m a massa de solução neutralizada, Cp a sua calor específico e ΔT=T2-T1 a variação de temperatura. A Tabelas I e II mostra valores típicos de calor específico e a Tabela II mostra os valores de massa específica necessários para calcular a massa a partir dos volumes utilizados. A precisão destas medidas calorimétricas pode ser determinada por limitações nos instrumentos de medida de temperatura (termómetros, termopares, ou outros tipos de sensores) ou pela perda de calor para o exterior, que depende da qualidade do isolamento e da durante das medições. Deste modo, poderá ser aceitável uma metodologia experimental que permita efectuar o ensaio num curto intervalo de tempo, sem cuidados especiais com o isolamento. Neste caso, é provável que a condutividade térmica do recipiente onde ocorre a reacção possa influenciar os resultados. Comparando recipientes típicos de poliestireno (isolante), vidro e metal (bom condutor térmico) verifica-se que os desvios da condição adiabática são mínimos no caso do recipiente de poliestireno, intermédios no recipiente de vidro e máximos no recipiente de metal. Note-se ainda que a aplicação de melhores condições de isolamento tende a dificultar e atrasar a leitura, com os consequentes desvios da condição adiabática.

Jun05

Índice de refracção e propriedades ópticas

Na interface entre dois meios transparentes podem ocorrer diferentes fenómenos ópticos, designadamente refracção, acompanhada de reflexão parcial da luz ou reflexão total, em determinadas condições. A refracção traduz-se na alteração da direcção de propagação da luz. Quando um material se propaga de um material transparente (p.e. vidro) para o ar ou para outro meio transparente (p.e.água), ocorre desvio da trajectória da luz, representado na Figura 1. A relação entre os ângulos α1 e α2 relaciona-se com os valores do índice de refracção dos dois meios, isto é,  n1 sen(α1) = n2 sen(α2) cuja medição pode ser efectuada com base nesses ângulos.O vácuo é considerado o meio padrão, ao qual se atribui um índice de refracção unitário (nvácuo=1). Contudo, é complicado efectuar medições em vácuo e utiliza-se o ar como um padrão alternativo, cujo índice de refracção é igualmente próximo deste valor, isto é, nar≈1. Quando se efectua uma medida de índice de refracção usando ar como meio envolvente ter-se-á:  n2 = sen(α1)/sen(α2)  A superfície entre dois meios transparentes também provoca reflexão parcial da luz. Ambas as superfícies paralelas de uma placa contribuem para a reflexão parcial. O duplo efeito das duas superfícies pode ser visualizado com um alvo colocado próximo da placa. A fracção da intensidade da luz reflectiva é dependente do índice de refracção do material e do valor do ângulo de incidência. O aumento de fracção reflectida com o índice de refracção tornou possível o desenvolvimento de vidraças capazes de reflectir uma elevada fracção de luz, mediante a deposição de um filme fino de um material de índice de refracção muito mais elevado do que do vidro propriamente dito. Estas vidraças são muito importantes para efeitos de climatização. De igual modo, a orientação dos edifícios em relação ao sol pode ser projectada para minimizar os custos de energia relacionados com as necessidades de aquecimento ou de ar condicionado. Também pode ocorrer reflexão total quando a luz se propaga no meio de mais elevado índice de refracção, isto é, n1>n2, e o ângulo de incidência excede um determinado valor crítico correspondente à condição n1sen(αcrit) = n2sen(90º), ou seja: αcrit = arc sen(n2/n1). A reflexão total pode ser visualizada com um copo contendo água turva e um ponteiro Laser. As partículas sólidas em suspensão na água turva provocam dispersão parcial da luz, mostrando assim a sua trajectória, com reflexão total à superfície. A reflexão total permite que a luz se propague no interior de fibras, varetas e outras amostras de materiais transparentes, com trajectórias “aparentemente” curvas. Este efeito pode ser visualizado fazendo incidir a luz de um ponteiro Laser numa das extremidades de uma vareta de vidro, previamente encurvada com um maçarico. A luz emerge na outra extremidade devido a reflexões totais sucessivas. Este efeito torna possíveis as comunicações ópticas, nas quais a informação é transmitida sob a forma de sinais ópticos, os quais permitem a transmissão de enormes quantidades de informação, sem interferências electromagnéticas.    

Jun05

Diferenciação de materiais baseada em medições de densidade

A importância da densidade dos materiais nas suas aplicações é facilmente compreendida se considerarmos o caso de materiais para os meios de transporte (avião, comboio, automóveis, bicicletas,…), equipamentos de desporto (raquetes de ténis, sapatilhas, …), etc. Por isso, a densidade é um dos principais parâmetros da selecção de materiais

Jun04

"O que é a nanotecnologia?" - Vídeo

Nanotecnologia - a construção e utilização de materiais, dispositivos e máquinas na escala nanométrica (atômica / molecular) (1 e 100 nanômetros(nm)), fazendo uso de propriedades únicas que ocorrem naquelas pequenas dimensões e, onde fenómenos singulares permitem novas aplicações

Jun04

Calibração e utilização de um sensor de temperatura

Objectivos - Verificar o funcionamento de um sensor de temperatura/termopar. - Efectuar uma calibração do sensor com base em temperaturas de fusão e de ebulição conhecidas. - Efectuar medições de temperatura em condições comuns (p.e. fervura de um óleo alimentar).

May08

VR Pulley System

This application intends to present elementary pulley systems as mechanical devices able to transmit force and reduce the effort required to lift loads. Three different pulley systems illustrate these characteristics and allow feeling the force required by each one when a load is lifted.

May08

VR Spring Constant

This application permits to interact with a simple spring element by using a haptic device of 1 DOF and to feel the spring reaction force to displacement imposed by the haptic device. It is possible to demonstrate how the spring constant depends both on the geometric parameters and on the spring material.

May08

Lamp Temperature Control

The application allows the user to switch on/off the lamp and the fan and to check the evolution of the lamp and room temperatures in a graphic. It also allows to perform a basic on/off control to stabilize the temperature at a reference point set by the user in the remote experiment application.

Apr27

BioActions, BioWorld

The New Frontiers of Engineering Award is an initiative promoted by the Portuguese Association of Engineers (Central Region) which aims to stimulate the interest of students in elementary and secondary education about STEM themes and in the engineering profession.BioActions, BioWorld, was a work developed by students of the 11th year of Colégio da Imaculada Conceição, school and candidate for the prize in 2017.Consisting of Production and environmental behavior characterization of a biodegradable biopolymer.

Jun06

Polimerização de uma resina de ureia-formaldeído

Os polímeros são constituídos por macromoléculas cuja massa molecular média depende do grau de polimerização. As macromoléculas de muitos polímeros são lineares, como sucede no polietileno ou policloreto de vinilo (PVC). Nestes casos, apenas existem ligações fracas (de van der Waals) entre as macromoléculas. Noutros polímeros formam-se cadeias reticuladas, como sucede na borracha vulcanizada. As propriedades dos polímeros dependem simultaneamente da massa molecular e da existência dessas ligações laterais. As macromoléculas são produzidas por reacções de polimerização, a partir de moléculas simples (monómeros). Nos polímeros lineares cada molécula de monómero reage passo a passo com uma das extremidades de uma macromolécula de modo a aumentar gradualmente a sua massa molecular

Jun05

Medição de massa específica com base no método de Arquimedes

Um líquido exerce sempre impulsão em qualquer amostra de material sólido imerso, sendo a impulsão (Iliq) correspondente ao peso do volume de líquido deslocado, isto é: Iliq = Vρliq,                                                                                           sendo V o volume do corpo sólido (= volume de líquido deslocado) e ρliq a massa específica do líquido. A impulsão pode ser avaliada a partir da diferença entre o peso de corpo sólido em ar (Par) e a correspondente pesagem efectuada com impulsão no líquido pretendido: Pliq = Par - Vρliq,                                                                   A pesagem com impulsão pode ser efectuada com uma montagem experimental do tipo representado na Figura 1. (Note-se que a impulsão exercida pelo ar é desprezável porque o ar é muito menos denso do que qualquer líquido.) Não é necessário determinar o volume do corpo sólido com base nas suas dimensões. Isso implicaria a necessidade de usar um corpo com geometria simples e muito bem rectificado para evitar erros grosseiros. Em alternativa, pode efectuar-se uma terceira pesagem efectuada com impulsão em água, Págua = Par–Vρágua. Da combinação das três pesagens obtém-se: ρliq = ρágua (Par – Pliq)/(Par – Págua) sendo a massa específica da ρágua cerca de 1,000 g/cm3 a 5ºC e 0,9971 g/cm3 a 25ºC. Este método pode ser usado para medir a massa específica de soluções e determinar a sua variação com a concentração. Note-se que a variação da massa específica das soluções com a composição pode desviar-se da linearidade, como se observa no caso de aquosas de etanol (Figura 2).

Jun05

Efeitos da composição em temperaturas de fusão e de ebulição

Uma substância pura funde a determinada temperatura que permanece constante enquanto co-existirem o sólido e o líquido. Por exemplo, a temperatura num recipiente contendo água e gelo permanecerá constante enquanto coexistirem o gelo e a água. De igual modo, um termómetro indicará uma temperatura constante (100ºC) na água em ebulição, independentemente da quantidade de água restante. Contudo, as temperaturas de fusão e de vaporização variam de substância para substância. As soluções contendo dois ou mais componentes apresentam um comportamento mais complexo do que o comportamento de substâncias puras. Por exemplo, a temperatura de vaporização de soluções aquosas de álcool etílico baixa relativamente à vaporização da água pura e depende da % de etanol na solução (Fig.1). Além disso, o etanol é mais volátil do que a água, originando um vapor mais rico em álcool. Este efeito é o princípio da destilação, com larga utilização na indústria química. A adição de solutos não voláteis tais como a sacarose (açúcar de cozinha) ou o cloreto de sódio (sal de cozinha) provoca efeitos bastante diferentes, isto é, i) aumento de temperatura de ebulição, ii) vaporização selectiva da água, e iii) aumento de concentração do soluto. Quando a solubilidade do soluto é limitada, a vaporização do solvente origina precipitação do excesso de soluto. Neste caso, a temperatura de ebulição deixa de variar a partir do instante em que se inicia a precipitação de soluto. O ponto de fusão também se altera com a composição. Por exemplo, a adição de sal de cozinha sobre um cubo de gelo provoca fusão na zona onde se adiciona o sal. Quanto mais elevada for a concentração de sal, mais baixo o ponto de fusão. A adição de etanol exerce um efeito oposto sobre a temperatura de fusão. Por isso, uma bebida com baixo teor alcoólico (p.e. cerveja) congela mais facilmente numa arca frigorífica do que bebidas com elevado teor alcoólico (p.e. aguardentes).

Jun04

Condutividade térmica e calor específico

Objectivos   - Verificar diferenças de condutividade térmica de materiais e a sua relação com aplicações em que são necessários isolantes ou bons condutores de calor. - Avaliar o calor específico de sólidos com base num método calorimétrico simples. - Identificar os efeitos da condutividade térmica, calor específico e outros factores que influenciam a transferência de calor.   - Identificar e aplicar um método de calibração para medidas calorimétricas.

Jun04

Conjunto de Experiências - Vídeos

Conjunto de experiências realizadas pela Eng Ana Ribeiro, Universidade de Aveiro, aos alunos do Ensino Básico e Secundário

May10

The science and engineering of materials and ceramics - Sustainable approaches. A game as a stimulus.

The importance of materials science and engineering is not always well understood by the general public. The classification of materials in metals, alloys, ceramics, glass, polymers and composites based on their composition and chemical bonding does not allow the importance of materials in technological development to be recognized. Functional classification is much more appealing, but it refers to the role of science and engineering of materials in the background.

May08

VR Friction Force

The application demonstrates the variation of the friction force between a body on a moving surface as a result of the body weight, the surface smoothness and the degree of lubrication.

May08

Augmented Reality Nsensor

This application uses augmented reality in order to display dynamic information from NSensor monitoring devices.

Apr27

Let the Wave Take You Away

The New Frontiers of Engineering Award is an initiative promoted by the Portuguese Association of Engineers (Central Region) which aims to stimulate the interest of students in elementary and secondary education about STEM themes and in the engineering profession.Let the Wave Take You Away, was a work developed by students of the 7th year of Agrupamento de Escolas Martim de Freitas school and candidate for the prize in 2017.Consisting of showing the operation of various designs of wave hydroelectric power plants.

Apr27

Influence of the Magnetic Field on Germination and Seed Development

The New Frontiers of Engineering Award is an initiative promoted by the Portuguese Association of Engineers (Central Region) which aims to stimulate the interest of students in elementary and secondary education about STEM themes and in the engineering profession. Influence of the Magnetic Field on Germination and Seed Development, was a work developed by students of the 12th year of Colégio da Imaculada Conceição, school and candidate for the prize in 2017. Consisting of analyzing the influence of a magnetic field on seed germination and its development.

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