RELATORIO 5 - Temperatura e Calor - Dilatação Linear de um Sólido Metálico

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Temperatura e calor – Dilatação Linear de Uma Barra Metálica 
Artur Vinicius de Mesquita
Bacharelado em Ciência e Tecnologia – Laboratório de Ondas e Termodinâmica – Turma 02
Universidade Federal Rural do Semi-Árido – Campus Caraúbas
Rio Grande do Norte – Brasil
Experimento realizado em 06 de maio de 2022
Partindo do conceito de dilatação térmica, apresento nesse relatório um estudo prático da dilatação linear de uma barra metálica. Mostro, com todos os detalhes, como uma barra metálica varia de tamanho quando submetida há uma certa temperatura.
Palavras chave: Estudo, dilatação, temperatura.
I. Introdução
A dilatação térmica é o fenômeno que acontece quando um determinado corpo sofre um aumento na sua temperatura, resultando no aumento do seu volume. Isso acontece porque no momento em que a temperatura é aumentada, as moléculas presentes nesse corpo, se agitam e geram o aumento da distância entre elas. O processo de dilatação térmica pode acontecer quando um corpo está em estado gasoso, líquido ou sólido. Esse fenômeno é mais intenso nos gases, em seguida nos líquidos e, de forma mais simples, nos sólidos.
Dilatação térmica linear é um fenômeno em que um corpo de formato alongado sofre um aumento em seu comprimento por conta de um aumento de temperatura. A dilatação sofrida por um corpo depende de fatores como a variação de temperatura sofrida e o coeficiente de dilatação característico de cada substância. Se a haste de um determinado material tem um comprimento e a temperatura varia por uma quantidade ∆T, então a variação ∆L no comprimento da haste pode ser calculada pela seguinte fórmula:
onde α é o coeficiente de dilatação linear, que varia para cada tipo de material.
II. Material Utilizado
· 1 corpo de prova;
· 1 base principal metálica com dilatômetro;
· 1 pano de limpeza;
· 2 termômetros;
· 1 gerador de vapor elétrico.
Figura 1
III. Procedimento e resultados
Para começar o experimento, fizemos a montagem dos materiais. Colocando o corpo de prova na base principal metálica com dilanômetro, em seguida ligamos o corpo de prova por uma mangueira para o gerador de vapor elétrico. É necessário colocar um termômetro na saída e um no gerador estando afastado de 1 a 2 cm do fundo do copo, não podendo toca-lo de forma alguma. 
Após montar o experimento fizemos a medida inicial do corpo de prova e também a temperatura inicial do corpo de prova sendo essa a temperatura ambiente .
Em seguida ativamos a fonte de calor e observamos que quando o corpo de prova começa a aquecer o dilanômetro começa a variar. No momento em que a água ferve o corpo de prova metálico atinge a temperatura máxima e também a dilatação máxima. Com o equilíbrio térmico temos a temperatura final e também a variação sofrida pelo corpo de prova .
	Substância
	Coeficiente de Dilatação Linear
	Aço
	1,1.10–5 °C–1
	Alumínio
	2,3.10–5 °C–1
	Cobre
	1,7.10–5 °C–1
	Chumbo
	2,9.10–5 °C–1
	Ferro
	1,2.10–5 °C–1
	Latão
	1,9.10–5 °C–1
	Ouro
	1,4.10–5 °C–1
	Porcelana
	0,3.10–5 °C–1
	Vidro Comum
	0,9.10–5 °C–1
	Zinco
	2,5.10–5 °C–1
	Tabela 1
Usando a equação de dilatação linear calculamos o coeficiente de dilatação linear e através da tabela 1 descobrimos de qual material é feito o corpo de prova.
De acordo com a tabela 1 o corpo de prova utilizado é feito de alumínio.
IV. Questões e Problemas
1. O que aconteceria se o corpo de prova utilizado fosse resfriado a 0 °C no lugar de ter sido aquecido?
O corpo sofreria contração térmica. A ocorrência da dilatação e da contração térmicas nos permite afirmar que o comprimento do corpo de prova depende da temperatura.
2. O que ocorre se duas barras uniformes e lineares feitas de cobre e ferro forem aquecidas? E se a mesma for resfriada?
Ao aquecer as barras ambas sofrerão dilatação, o cobre ira sofrer maior dilatação que o ferro por conta do coeficiente de dilatação ser maior. Ao serem resfriadas sofrerão contração térmica.
3. Um termômetro comum consiste de uma coluna de mercúrio em um tubo de vidro. Com base em seu funcionamento, qual material deve ter o maior coeficiente de dilatação linear, o vidro ou o mercúrio? Explique.
O mercúrio tem maior coeficiente de dilatação linear, pois o mesmo ao ser aquecido rapidamente sofre a dilatação, diferente do vidro que tem que ser submetido a um temperatura maior para ser dilatado. 
4. Uma chapa de concreto usada em construção de estradas é colocada no lugar quando a temperatura ambiente é de 20 °C. Se o seu tamanho é de 20,478 m, calcule o mínimo espaçamento entre as chapas para que não haja curvaturas. Assume que a temperatura máxima que pode ser atingida seja 55 °C. ( = 12.10–5 °C–1)
5. Explique porque os fios que passam energia elétrica conectados aos postes não são esticados totalmente.
O comprimento extra nos cabos de transmissão de eletricidade existe em razão da dilatação e contração térmica: em dias muito frios, esses cabos podem encurtar-se, passando a exercer uma tração maior sobre as torres de eletricidade.
6. As linhas de trem são feitas por trilhos paralelos que não são conectados entre si, apesar de serem próximos. Explique o motivo desta separação entre os trilhos paralelos e o que aconteceria caso fossem montados sem esta separação.
 O espaço existe de forma a fazer que quando ocorra a dilatação térmica, os trilhos não fiquem contorcidos, gerando a mobilidade do trem.
V. Conclusão
Apresento aqui um estudo prático sobre dilatação linear de uma barra metálica, apresentando todos os conceitos e dados retirados no laboratório. Podemos ver que a partir do aquecimento de um corpo metálico que podemos definir seu coeficiente de dilatação que caracteriza o tipo de material. 
VI. Referencias 
· Sears & Semanski, Young & Freedman, Física II, Ondas e Termodinâmica, 12ª Edição, Pearson 2008.
· Resinck, Halliday, Krane, Física 2, 5ª Edição, LTC, 2007
· << https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-termica-solidos.htm >>