RELATORIO DILATOMETRO - LABORATORIO VIRTUAL

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FACULDADE ESTÁCIO BELÉM
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DA PRODUÇÃO - 3º SEMESTRE
	
FÍSICA TEÓRICA, EXPER - FLUÍDOS, CALOR, OSCILAÇÕES 
TRABALHO DE FÍSICA TEÓRICA EXPER - FLUÍDOS, CALOR, OSCILAÇÕES PARA ENGENHARIA
DILATÔMETRO
PROFESSOR: RUY GUILHERME CASTRO DE ALMEIDA
ALUNO: MESAQUE MARTINS DE SOUSA MATRÍCULA: 202003216811 TURMA: 3001
Belém –PA
12 de Junho de 2021
	
SUMÁRIO
1. OBJETIVO...............................................................................................................................3
2. MATERIAIS UTILIZADOS.................................................................................................... ...5
3.	RESUMO TEÓRICO	6
4.	PRÉ-TESTE	10
5.	EXPERIMENTO/ PROCEDIMENTOS ....................................................................................12
6. PÓS-TESTE...........................................................................................................................19
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................................20
1. OBJETIVO
Este experimento trata do fenômeno da dilatação linear de corpos cilíndricos. Inicialmente, você irá observar o aumento do comprimento de um tubo metálico em função de um aumento de sua temperatura. Em seguida, você determinará o coeficiente de dilatação linear de um material metálico. Como parte das atividades você terá que fazer a montagem e ajustes dos equipamentos e instrumentos necessários para a realização do experimento.
 1.1. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
De forma geral, todas as substâncias, sejam sólidas, líquidas ou gasosas, dilatam-se com o aumento da temperatura e contraem-se quando sua temperatura é diminuída. Assim, quando corpos sólidos são submetidos a uma variação de temperatura eles sofrem aumento ou diminuição nas suas dimensões. Via de regra, essa variação dimensional é bem pequena, e nem sempre perceptível a olho nu. Contudo, o conhecimento dos fenômenos envolvendo a dilatação e contração de corpos é fundamental em diversos ramos da engenharia.
Na engenharia civil, por exemplo, pontes, viadutos e grandes construções se utilizam das chamadas juntas de dilatação, ou expansão. Estas juntas caracterizam-se por pequenos espaçamentos entre os blocos de concreto que visam amenizar os efeitos da dilatação do concreto sobre a estrutura. A presença destes espaçamentos permite que os blocos de concreto possam se dilatar sem causar danos à estrutura.
Apenas como ilustração deste tipo de fenômeno, uma ponte metálica de 300 metros de comprimento pode aumentar em até 20 cm seu comprimento, como resultado do aumento da temperatura.
Ferrovias também podem ser fortemente danificadas pela dilatação térmica, caso não sejam planejadas adequadamente. Os trilhos são feitos de metais que usualmente têm coeficiente de dilatação elevado. Isso significa que uma pequena variação de temperatura pode resultar numa variação considerável de seu volume. Ou seja, a oscilação de temperatura durante o dia pode entortar os trilhos.

Por isso as ferrovias são construídas com juntas de dilatação (ou expansão) que são folgas projetadas para acomodar tais variações.
1.2. O EXPERIMENTO
Neste experimento você irá investigar como diferentes corpos de prova, feitos de diferentes materiais e dimensões, irão se dilatar em razão do aumento da temperatura deles. Os diferentes corpos de prova serão montados em uma base de experimentação e submetidos ao aumento de temperatura. Um medidor de deslocamento acoplado ao sistema irá medir a dilatação, enquanto um termômetro digital permitirá a medição de temperatura nos corpos.
1.3. SEGURANÇA
O experimento foi concebido para não trazer riscos físicos ao aluno. Mas, como temos componentes envolvidos no ensaio que estarão em temperaturas elevadas, recomenda-se extrema cautela em não encostar em equipamentos e instrumentos que não tenham sido indicados no roteiro, a fim de minimizar os riscos de queimadura. Neste experimento recomenda-se o uso de jaleco e luvas térmicas quando necessário.
2. MATERIAIS UTILIZADOS
Você irá encontrar sobre a bancada a base de ensaio, os corpos de prova cilíndricos, o sistema de medida com relógio comparador, um termômetro e o sistema de aquecimento como pode ser visto na imagem abaixo:
Termômetro: É utilizado para medir a temperatura do corpo sujeito ao aquecimento.
Calço de silicone: Auxilia na fixação do corpo de prova na base de ensaio.
Sistema de aquecimento: Sistema composto por uma vidraria Erlenmeyer e um bico de Bunsen que quando acionado aquece a água a 100° C gerando um fluxo do vapor que é direcionado para dentro do corpo de prova posicionado na base.
Receptor de água condensada: Durante a troca térmica entre o vapor de água e o corpo de prova a água pode condensar e este receptor armazena a água oriunda desta troca térmica.
Sistema de medição: É utilizado para medir a dilatação térmica do material quando submetido ao aquecimento proporcionado pelo vapor de água.
Base de ensaio: Base onde será fixado o corpo de prova para a realização do ensaio.
Corpos de prova: Corpos cilíndricos com um orifício para que o vapor gerado no sistema de aquecimento percorra-o.
3. RESUMO TEÓRICO
DILATÔMETRO
3.1.UM POUCO DE HISTÓRIA
Galileu Galilei (1564 –1642) foi o primeiro cientista a elaborar um cenário real compreendendo a deformação de corpos (objetos), inspirado nas escoras de madeira que apoiavam as telhas pelos telhados de sua cidade e que, com o passar do tempo, deformavam-se com facilidade. Entretanto, apenas em1676, por meio dos trabalhos de Robert Hooke(1635-1703), surgiu a primeira relação descrevendo a deformação dos corpos em geral. A lei de Hooke constitui-se na base da teoria matemática moderna da elasticidade dos corpos. 
Em trabalhos independentes, Jean Marie Duhamel (1797-1872) e Franz Ernest Neuman (1798-1895) constataram que a variação de comprimento sofrida por uma barra metálica homogênea não ocorria apenas devido à ação da tensão mecânica exercida sobre ela, como sugerido inicialmente por Thomas Young (1773-1829). Duhamele Neuman estabeleceram uma fórmula matemática incluindo a variação da temperatura como outro fator também responsável pela deformação de uma barra sólida e homogênea. Pitervan Musschenbroek(1692-1761), mais reconhecido por ter inventado a garrafa de Leyden (capacitor), foi o primeiro cientista a desenvolver um dilatômetro. A função do dilatômetro é constatar a dilatação de uma barra metálica quando aquecida, permitindo medições precisas da variação de comprimento de barras de materiais diferentes. Ao longo dos anos, a partir desses trabalhos pioneiros, o estudo dos vários efeitos da dilatação térmica dos corpos tem fomentado grandes avanços científicos e tecnológicos. Um exemplo disso, presente em nosso cotidiano, é o aumento da confiabilidade das estruturas dos diversos tipos de construções existentes nas grandes cidades. As indústrias cerâmica e metalúrgica também utilizam em larga escala a medição exata das alterações de dimensão de corpos.
Quando um material é exposto a um aumento de temperatura, suas moléculas tendem a se agitar, fazendo com que elas se afastem uma das outras, aumentando a distância entre dois pontos em seu interior. Isso resulta na dilatação linear do material. A figura 1, a seguir, ilustra a dilatação linear de uma barra. Seu comprimento inicial é L0 para uma temperatura Ti. Quando a temperatura é elevada e atinge um valor T, a barra sofre uma dilatação, alterando seu comprimento para L. 
A dilatação linear sofrida pela barra é diretamente proporcional ao aumento de temperatura. Isso significa que, quanto maior for a variação (aumento) da temperatura, maior será a dilatação sofrida pelo corpo. A dilatação depende não só da variação da temperatura, mas também das dimensões (comprimento inicial) e do material de composição da barra, vistoque os materiais apresentam diferentes comportamentos quando submetidos a mesma variação de temperatura.
A partir dessas considerações, podemos escrever a relação matemática que nos permite calcular a dilatação sofrida por um corpo sólido, conhecida como Lei da Dilatação Linear: 
ΔL = α . L0. ΔT
O coeficiente de dilatação linear do material da barra é representado por α, que assume valores característicos para cada tipo de material. A unidade de medida de α é chamada de grau Celsius recíproco (oC-1). A tabela abaixo mostra alguns valores para os coeficientes de dilatação linear de algumas substâncias: 
OBS: Ao utilizar a fórmula da dilatação térmica apresentada acima, é preciso utilizar unidades de medida coerentes.
3.2 GRÁFICO DA DILATAÇÃO LINEAR
Pelo que estabelece a equação da dilatação linear, o gráfico do comprimento do corpo de prova em função da temperatura de sua temperatura é uma reta, conforme mostrado na figura 2, a seguir.
Repare que a reta que representa a dilatação linear não passa pelo ponto zero, uma vez que o comprimento inicial nunca é nulo. O ângulo φ da reta está relacionado com a lei da dilatação linear, como mostrado a seguir.
Δ L = α.L0.Δ T
e
∆𝐋 ∆𝐓 = 𝛂. 𝐋𝐨
Assim, o coeficiente angular da reta pode ser calculado como:
𝒕𝒈𝝋=∆𝑳 /∆𝑻
E, levando em conta a expressão anterior, temos que:
𝒕𝒈𝝋=𝜶𝑳𝒐
Finalmente, podemos determinar o coeficiente de dilatação linear(α) do material como sendo:
𝛼 = 𝒕𝒈𝝋 /𝐿𝑜
4. PRÉ – TESTE
1 º Questão
2º Questão
3º Questão
4º Questão
5º Questão
5. EXPERIMENTO / PROCEDIMENTOS
MATERIAIS NECESSÁRIOS
•Corpos de prova com diferentes comprimentos e materiais;
•Termômetro;
•Bico de Bunsen;
•Relógio comparador;
•Batente móvel.
PROCEDIMENTOS PARTE I: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR
1.PREPARANDO O ENSAIO
Selecione o corpo de prova de cobre com 500 mm de comprimento e meça sua temperatura inicial T0.Mova o corpo de prova para a base, trave o batente na posição zero da escala e zere o relógio comparador
Relógio comparador
MEDINDO A DILATAÇÃO
Ligue o sistema de aquecimento e use o relógio comparador para acompanhara dilatação ∆L do corpo de prova até a estabilização da temperatura T. Desligue o sistema de aquecimento e retorne o corpo de prova para a bancada.
Resultados com o corpo de prova de cobre.
REPETINDO COM OUTROS MATERIAIS
Repita os passos 1 e 2 para ensaiar os corpos de prova de latão e aço, ambos com 500 mm de comprimento.
Resultado com os corpos de prova de latão.
Resultado com os corpos de prova de aço.
REPETINDO COM DIFERENTES COMPRIMENTOS
Repita os passos 1 e 2 para ensaiar os quatro corpos de prova de cobre.
Resultados com o corpo de prova de 300 mm.
 
Resultados com o corpo de prova de 350 mm.
Resultados com o corpo de prova de 400 mm.
Resultados com o corpo de prova de 500 mm.
6. PÓS – TESTE
1 º Questão
2º Questão
3º Questão
4º Questão
5º Questão
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Variação no comprimento final de um tubo metálico em função do seu comprimento inicial. Enquanto a variação no comprimento de um material, para uma mesma variação de temperatura, é diretamente proporcional ao seu comprimento inicial.
Em barras feitas com o mesmo material e sujeitas a mesma taxa de aquecimento, quanto maior o comprimento, maior será sua dilatação final. Pois A variação no comprimento da barra é diretamente proporcional ao seu comprimento, tendo em vista que o material de composição das barras é o mesmo.
Os corpos se dilatam ao serem submetidos a um aumento de temperatura, indicando uma relação direta de proporcionalidade.
Assim é importante ressaltarmos que Cada Material possui o próprio Coeficiente de Dilatação Térmica Linear.
8. FACILIDADES E DIFICULDADES ENCONTRADA
Laboratório muito acessível e de certa praticidade, nenhuma dificuldade ao executar o experimento no laboratório virtual.
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