Relatório 8- Dilatação térmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ-UFC 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
DISCIPLINA DE FÍSICA EXPERIMENTAL BÁSICA 
 
 
 
PRÁTICA 08 - DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
Aluno: Bárbara Maria Borges da Silva 
Curso: Engenharia de Alimentos 
Matrícula: 498907 
Turma:01 
Professor: Wandeberg Paiva Ferreira 
Data de Realização de Pesquisa: 24/03/2021 
Horário de realização da pesquisa: 08:00-11:00 
 
 
 
FORTALEZA 
2021 
 
1. OBJETIVOS 
- Estudar a dilatação térmica em função da temperatura. 
- Determinar o coeficiente de dilatação linear de sólidos. 
- Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica. 
 
2. MATERIAL 
-Filme sobre o comportamento de uma lâmina bimetálica ao ser aquecida: 
https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE 
-Animação para exercitar a leitura de um relógio comparador: 
https://www.stefanelli.eng.br/relogio-comparador-virtual-simulador-milimetro/ 
-Link para a simulação para a realização dessa prática: 
www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/dilatacao-termica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/dilatacao-termica
3. INTRODUÇÃO 
A dilatação térmica é um processo que acontece quando um determinado corpo sofre um 
aumento em sua temperatura, causando mudanças nas dimensões desse corpo. Esse fenômeno 
pode ocorrer em corpos nos estados líquido, gasoso e também sólidos. A dilatação térmica, 
depende diretamente das dimensões do corpo e consequentemente, por seu coeficiente de 
dilatação, além disso, corpos formados pelas mesmas substâncias, podem sofrer diferentes 
tipos de dilatação, linear; superficial, que equivale ao dobro da linear e volumétrica, que é 
equivalente ao triplo da primeira dilatação citada. Ademais, a dilatação térmica, também pode 
ser entendida como o grau de agitação das moléculas, que podem sofrer rotação, vibração e até 
mesmo transladação, em decorrência. do aumento da energia térmica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. PROCEDIMENTOS 
Para a realização do experimento, revi alguns conceitos que já conhecia sobre dilatação 
para me auxiliarem na execução do relatório. A seguir, processei as medidas como foi instruído 
e anotei nas tabelas. Após os procedimentos, pude responder com tranquilidade o questionário. 
Para a realização do experimento virtual sobre DILATAÇÃO TÉRMICA acesse à 
simulação: www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/dilatacao-termica . 
Na Figura 2 temos a tela principal da simulação. À esquerda temos um BANHO TÉRMICO 
que nada mais é do que um aparelho que pode aquecer um líquido, representado em azul, e 
fazê-lo circular no interior de um tubo oco. O BANHO TÉRMICO indica sempre a temperatura 
do líquido em um dado instante (consideraremos que a temperatura do tubo oco do material 
em estudo é sempre igual à temperatura indicada no BANHO TÉRMICO). A temperatura pode 
variar de 25 oC (temperatura ambiente) até uma temperatura máxima de 150 oC. Um tubo oco 
pode ser escolhido dentre as 5 amostras indicadas. Cada amostra é fixa no dilatômetro no ponto 
indicado pela seta vermelha e tem sua extremidade direita tocando um RELÓGIO 
COMPARADOR. Assim, o comprimento inicial (Lo) do tubo oco que se dilatará de modo a 
influenciar o RELÓGIO COMPARADOR, corresponde à medida do ponto indicado pela seta 
vermelha à extremidade direita onde o TUBO OCO toca o RELÓGIO COMPARADOR. 
Figura 2. Tela inicial da simulação: Dilatação Térmica. 
 
 
http://www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/dilatacao-termica
O RELÓGIO COMPARADOR aparece inicialmente com sua face voltada para cima. Para visualizar a 
face do RELÓGIO COMPARADOR de modo a fazer as leituras, clique em MOSTRAR RELÓGIO; 
assim a simulação mostrará o RELÓGIO COMPARADOR, Figura 3. 
 
Figura 3. Visão do RELÓGIO COMPARADOR. 
 
Ao escolher uma nova amostra, a mesma será aquecida da temperatura ambiente (25 oC) até a 
temperatura máxima de 150 oC. Observe que ao escolher uma amostra, a mesma é posicionada 
no dilatômetro e ao observar o mostrador do RELÓGIO COMPARADOR, o mesmo pode não 
está zerado. Para zerá-lo, clique no ponto vermelho na borda do relógio comparador e gire a 
escala até que o zero da escala coincida com a posição do ponteiro maior. 
Para fazer as leituras de ΔL, tenha sempre em mente que a menor divisão da escala no 
RELÓGIO COMPARADOR representa 0,01 mm e que cada volta completa corresponde a 
1,00 mm. O número de voltas que correspondente ao número de mm, é indicado pelo ponteiro 
menor do RELÓGIO COMPARADOR. Observe que o ponteiro menor gira no sentido anti-
horário seguindo a numeração em sequência. 
Procedimento 1: Determinação do coeficiente de dilatação térmica do AÇO. 
1.1 Escolha a mostra de AÇO. 
1.2 Clique em MOSTRAR RELÓGIO e verifique se o mesmo está zerado. Lembre-se de zerar 
o relógio comparador antes de iniciar o aquecimento. Para isto clique no ponto vermelho 
na borda do relógio comparador e gire o mostrador do relógio até que o “zero” da escala 
externa coincida com a posição do ponteiro maior 
1.3 Meça com a RÉGUA da simulação o comprimento L0, à temperatura inicial, da porção do 
tubo considerada na dilatação (comprimento do tubo entre o ponto de fixação indicado pela 
seta vermelha e a extremidade fechada do tubo que toca o relógio comparador). Anote na 
Tabela 1. 
OBS: Para facilitar a leitura da régua da simulação, amplie a imagem girando o botão de 
rolagem do mouse. 
1.4 Anote os valores de ΔL (leitura do RELÓGIO COMPARADOR) para os valores de 
temperatura indicadas na Tabela 1. 
1.5 Calcule os valores de Δt (oC) sempre em relação à temperatura inicial 25oC. Anote na 
Tabela 9.1. 
Tabela 1. Resultados “experimentais” para o tubo de AÇO. 
t (oC) 25 50 75 100 125 150 
ΔL (mm) 0 0,20 0,35 0,55 0,73 1 
Δt (oC) 0,00 25 50 75 
 
100 
 
125 
 
 
1.6 Repita os procedimentos anteriores para o LATÃO e anote na Tabela 2. 
Tabela 2. Resultados “experimentais” para o tubo de LATÃO. 
t (oC) 25 50 75 100 125 150 
ΔL (mm) 0,00 0,32 0,60 0,90 1,18 1,49 
Δt (oC) 0,0 25 50 75 100 150 
 
1.7 Repita os procedimentos anteriores para o CHUMBO e anote na Tabela 3. 
Tabela 3. Resultados “experimentais” para o tubo de CHUMBO. 
t (oC) 25 50 75 100 125 150 
ΔL (mm) 0,00 0,41 0,82 1,2 1,6 2,3 
Δt (oC) 0,0 25 50 75 100 150 
 
Procedimento 2: Comportamento de uma lâmina bimetálica com a variação da temperatura. 
Lâminas bimetálicas são dispositivos formados por duas lâminas de metais com diferentes 
coeficientes de dilatação unidas fortemente, Figura 4. 
Figura 4. Lâmina bimetálica formada por latão e invar (invar é uma liga de níquel e ferro com 
baixo coeficiente de dilatação térmica). 
 
Fonte da figura: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lamina-bimetalica.htm. Acesso em 23 de setembro de 2020. 
Na Figura 4 temos representada uma lâmina bimetálica formada por latão e invar. A lâmina se 
mantém retilínea na temperatura em que foi fabricada. Se a temperatura aumenta, o latão que 
tem coeficiente de dilatação térmica maior do que o do invar tende a se curvar como mostra a 
Figura 9.4. Se a temperatura diminuir, o latão teria uma contração maior do que a do invar e a 
curvatura da lâmina bimetálica seria ao contrário do que mostra a Figura 4, com o invar se 
curvando por sobre o latão. Essa propriedade é muito usada para fabricar dispositivos 
chamados de termostatos, capazes de fechar e abrir circuitos elétricos, regulando assim a 
temperatura. 
Observe o comportamento de uma lâmina bimetálica ao ser aquecida: 
https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE 
No filme: https://www.youtube.com/watch?v=-L87D5HfXhc é possível ver em primeiro 
plano uma lâmina bimetálica sendo aquecida por uma vela. Ao ser aquecida a lâmina se curva 
fechando o circuito elétrico que alimenta um ventilador. O ventilador provoca um fluxo de ar 
que esfria a lâmina bimetálica, assim a mesma resfria e diminui a curvatura abrindo o circuito. 
O processo se repete indefinidamente. Os termostatosdos aparelhos eletrodomésticos que 
trabalham com temperatura (ferro elétrico, geladeira, ar-condicionado, grill, etc) usam essa 
propriedade das lâminas bimetálicas para regular a temperatura desejada. 
 
 
 
https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE
5. QUESTIONÁRIO 
1- Faça o gráfico da dilatação térmica (ΔL) em função da variação da temperatura (Δt) para os 
resultados encontrados para o Aço e para o Chumbo. 
 
2- O que representa o coeficiente angular do gráfico da questão anterior? Justifique. 
Como os valores do chumbo e do aço são representados por retas, logo, o coeficiente angular 
é representado por uma variação do comprimento em relação com a temperatura. 
3- Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada material 
estudado nesta prática com os valores respectivos da literatura. Indique o erro percentual em 
cada caso. 
α = ΔL/ L0AT 
•determinando os coeficientes de dilatação linear: 
• aço: 
(dados presentes nas tabelas) α= 0,89/ 600x125 
L0 =60 cm = 600 mm α= 1,2 x 10-5 °C-1 
ΔL= 0,89 – 0,0 = 0,89 mm 
ΔT = 125°C – 0,0 = 125°C 
• chumbo 
L0 = 60 cm = 600 mm α= 2,10/600x125 
ΔL= 2,10 – 0,0 = 2,10 mm α = 2,9 x 10-5 °C-1 
ΔT = 150°C – 25°C = 125°C 
 
•latão: 
L0 = 60 cm = 600 mm α=1,49/600x125 
ΔL= 1,49 – 0,0 = 1,49 mm α= 2 x 10-5 °C-1 
ΔT = 150°C – 25°C = 125°C 
 
•Agora, calculando os erros percentuais: 
•Aço: 
Erro Percentual = valor teórico – valor experimental x 100/ valor teórico 
Erro Percentual = 1,2 x 10-5 - 1, 2 x10-5 x 100/1,2 x 10-5 
Erro Percentual = 0% 
•Chumbo: 
Erro Percentual = valor teórico – valor experimental x 100/ valor teórico 
Erro Percentual = 2,9 x 10-5 - 2,9 x 10-5 x 100/2,9 x 10-5 
Erro Percentual= 0% 
•Latão: 
Erro Percentual = valor teórico – valor experimental x 100/ valor teórico 
Erro Percentual = 2 x 10-5 – 2 x10-5 x 100/2 x 10-5 
Erro Percentual= 0% 
Assim, percebe-se que não há erro percentual em nenhum dos experimentos. 
 
4- Na figura abaixo vemos uma junta de dilatação em uma ponte. Justifique a necessidade de 
juntas de dilatação em pontes e outras estruturas em função dos resultados da prática realizada. 
 
 
Disponível em: https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/juntas-de-dilatacao-ajudam-a-evitar-fadiga-estrutural de-pontes-e-
viadutos_14462_10_0. Acesso em 09 jan. 2019. 
Na construção de pontes, é necessário atentar-se às variações de temperatura as quais a pomte 
irá sofrer, haja vista que com uma maior energia térmica, há uma maior agitação entre as 
moléculas, resultando em uma dilatação do corpo; já com uma menor liberação de energia 
térmica, as moléculas não sofrem tanta agitação, logo há pouco espaço entre as moléculas do 
corpo. Assim, as juntas de dilatação garantem uma segurança na presença de movimentos, 
realizando uma vedação na ponte. 
5- Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas. A tira superior é de aço e 
a tira inferior é de latão. O que aconteceria com a lâmina bimetálica em um dia muito frio? 
Justifique. 
Nada, pois para sofrer qualquer tipo de mudança, seria necessário ser submetida uma incidência 
direta de calor, já que se apresenta em estado linear. 
6- Explique o que ocorre ao período de um relógio de pêndulo com o aumento da temperatura. 
Com o aumento da temperatura, o relógio de pêndulo passa a adiantar, atrasar ou permanece 
marcando as horas corretamente? 
O relógio iria se atrasar, pois como o período do pêndulo é diretamente proporcional ao seu 
comprimento, com o aumento da temperatura e por conseguinte, há a dilatação do pêndulo, ele 
demoraria mais para completar o ciclo, ocasionando o atraso. 
 
7- Uma pequena esfera de alumínio pode atravessar um anel de aço. Entretanto, aquecendo a 
esfera, ela não conseguirá mais atravessar o anel. 
 (a) O que aconteceria se aquecêssemos o anel e não a esfera? 
O anel sofreria dilatação, por consequência, o diâmetro seria aumentado e a esfera passaria sem 
dificuldade. 
 (b) O que aconteceria se aquecêssemos igualmente o anel e a esfera? 
A esfera não atravessaria o anel, pois o mesmo apresenta coeficiente de dilatação menor do 
que a esfera, logo não ao sofrer dilatação, ainda assim, seria insuficiente para que coubesse a 
circunferência da esfera. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. CONCLUSÃO 
Com a realização desta prática, pude rever conceitos que já conhecia, além de estudar mais 
afundo sobre o tema. Além disso, pode-se perceber claramente que cada material apresenta seu 
próprio coeficiente de dilatação, dependendo desse, pode sofrer maiores ou menores mudanças 
em sua estrutura física. Com o auxílio do simulador citado na lista de materiais, é possível obter 
resultados agregadores para a pesquisa e também para o próprio conhecimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. REFERÊNCIAS 
DILATAÇÃO, Térmica. 
Disponível em: https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/dilatacao-termica. 
Acesso em: 24 mar. 2021.