PRÁTICA 08 Dilatação Térmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
ENGENHARIA DE ENERGIAS 
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
SEMESTRE 2022.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 08 – Dilatação Térmica 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: João Victor da Silva Sabino 
MATRÍCULA: 537367 
CURSO: Engenharia de Energias Renováveis 
TURMA: 04 
 
 
 
1 OBJETIVOS 
 
 
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Determinar o coeficiente linear de dilatação dos sólidos 
2 MATERIAL 
Os materiais usados para a realização da prática são: 
1. Dilatômetro; 
2. Tubos ocos de: 
 2. 1. Aço; 2. 2. Latão; 
 2. 3. Alumínio. 
3. Kitasato (pyrex); 
4. Termômetro; 
5. Lâmina bimetálica; 
6. Fita métrica; 
7. Luvas térmicas; 
8. Fogareiro elétrico 
3 INTRODUÇÃO 
A expansão térmica é um fenômeno físico causado pelo aumento da temperatura de um 
objeto. Quando o corpo é exposto a uma determinada fonte de calor, sua temperatura muda, 
aumentando a agitação das moléculas, que oscilam em torno de um espaço maior. O efeito da 
expansão térmica pode ser é fácil perceber ao analisar os acontecimentos cotidianos: As 
calçadas, quadras poliesportivas e até mesmo as lajes sofrem dilatação quando a temperatura 
aumenta e contração quando a temperatura diminui. Nesse processo de dilatação e contração 
podem acontecer fissuras que, no caso das lajes, acabam deixando a água passar quando 
ocorre chuva. Agora, com todos os membros devidamente apresentados, pode-se introduzir a 
equação da dilatação linear do sólido: 
Lf = Lo + α.Lo.ΔT 
Ou ainda: 
ΔL = α.Lo.ΔT 
Ainda sobre isso, tem-se que o coeficiente de dilatação linear é dado por: 
α = ΔL / (Lo.ΔT) 
 
4 PROCEDIMENTO 
 
1- A experiência foi realizada com as instruções do professor. Foram tomados 
os seguintes cuidados 
5 QUESTIONÁRIO 
 
1. Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada material 
fornecido com os valores respectivos da literatura. Indique o erro percentual em cada caso. 
 
2. Na figura, vemos uma junta de dilatação de uma estrada de ferro. Justifique a necessidade de 
juntas de dilatação em estradas de ferro em função dos resultados da prática realizada. 
 
 
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3. Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas e é utilizafa como elemento 
de controle em um termostato comum. Explique como ela funciona. 
 
4. 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? 
 
5. 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? 
b) O que aconteceria se aquecêssemos igualmente o anel e a esfera? 
 
6. Por que a água não deve ser usada como substância termométrica? 
 
7. Explique por que a superfície de um lago congela-se primeiro quando a temperatura ambiente 
baixa para valores igual ou abaixo de zero grau Celsius. 
 
8. Um orifício circular numa lâmina de alumínio tem diâmetro de 30,8 cm a 100 C. Qual seu 
diâmetro quando a temperatura da lâmina baixar para 0C? 
 
Soluções: 
 
1) Comparação: Aço - No experimento: αAÇO = 1,093*10-5 °C-1 . 
Na Literatura: 1,1.10²- 5 °C-1 e 1,2.10- °C-¹. 
Erro percentual:5,2% 
 
 Latão – No Experimento: αLATÃO = 1,7588*10-5 °C -1 . 
Na Literatura: 1,89.10-5 °C-1 
Erro percentual:7,4% 
 
 Alumínio – Experimento: αALUMINIO =2,3005*10-5 °C-1 . 
Na literatura: 2,29.10-5 °C-1 . 
Erro percentual:0,5% 
 
2) Na prática os materiais se dilatam quando são expostos ao aumento de temperatura, Sendo 
assim é preciso que haja esse espaço para que durante o dia as duas peças não cheguem a 
encostar, evitando danificar a estrada de ferro. 
 
3) Duas lâminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes são unidas de uma forma 
unificada. Quando expostas a temperaturas mais elevadas do que a temperatura que foi 
fabricada, os metais sofrerão diferentes variações de comprimento e, desta forma, a lâmina irá 
ficar ligeiramente encurvada. Em um termostato, a lâmina serve para abrir e fechar o circuito 
elétrico, mantendo a temperatura constante. Quando a temperatura aumenta muito, a lâmina 
fica encurvada e desliga o circuito, a temperatura diminui e a lâmina volta ao seu estado inicial 
e liga novamente o circuito e fazendo com que o ciclo recomece. 
 
4) Como o período no pêndulo é dado por T =2π√
𝐿
𝑔
 , quando se aumenta a temperatura, L, que 
é o seu comprimento linear, aumenta e então, o período também aumenta. Com o período maior, 
 
 
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o pêndulo demorará mais para realizar um ciclo e, consequentemente, irá atrasar cada vez mais. 
 
5) Bom, é importante comparar os coeficientes de dilatação linear dos dois materiais. Logo, 
coeficiente de dilatação linear do alumínio é maior do que o coeficiente de dilatação linear do 
aço. Assim, com o aumento de temperatura, a esfera, que é de alumínio, vai dilatar mais do que 
o anel, que é de aço. 
 
6) Há duas principais razões para a água não ser usada como substância termométrica: A 
primeira é que a água possui um alto calor específico o que implica que a água necessita de 
energia e tempo considerável para variar de temperatura. A outra razão é que a água, em certas 
temperaturas, possui uma dilatação anômala, ou seja, ela se contrai em vez de dilatar. 
 
7) Devido ao comportamento anômalo da água, o gelo, que é menos denso que a água líquida, 
flutua e troca calor com o ambiente. Desta forma, o gelo vai se acumulando na superfície do 
lago, enquanto que a água líquida continua no fundo até que, vagarosamente, perde temperatura 
e tornam-se gelo, continuando o processo de cima para baixo. 
 
8) Como a área de um círculo é dada por 𝐴 = 𝜋𝑟2 e a equação de dilatação superficial A = 
Ao.(1+2αΔT), temos: Área = π . (15.4) . (15.4) = 745,060 cm2 Área final = 745,060 . (1 - 2 . 
23.10 . 100) = 741,163 cm -6 2 = π. Rf 2 ∴ Rf = 15.359 cm 
 
 
 
CONCLUSÃO 
Pode-se conferir o coeficiente linear dos matérias utilizados e aprendeu-se a usar o 
dilamomêtro para calcular o coeficiente de qual quer material. Foi concluído que a dilatação 
térmica depende da temperatura e do material utilizado. 
 
 
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REFERÊNCIAS 
1. ALONSO, Marcelo e FINN, Edward, Fısica, um curso universitário - Volume 1 Mecânica. 
Décima reimpressão - 2002. Editora Edgard Blucher Ltda. 
 
2. CALÇADA, S. Caio. SAMPAIO, J. Luiz, Física Clássica, Volume 2 – Termologia, Óptica e 
Ondas. 1 edição, 2012. Saraiva S. A. São Paulo 
 
3. CONRADO, A. Relatório de Física Prática 8 Dilatação Térmica. Disponível em: 
<https://www.passeidireto.com/arquivo/47621776/relatorio-de-fisica-pratica-8-dilatacao-
termica>. Acesso em: 7 out. 2022. 
 
4. Dilatação térmica dos sólidos: resumo, fórmulas e exercícios. Disponível em: 
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-termica-solidos.htm>. Acesso em: 7 out. 
2022. 
 
5. DIRETO, P. Passei Direto. Disponível em: <https://www.passeidireto.com/lista/109631253-
fisica/arquivo/61859962-relatorio-fisica-experimental-pratica-08>. Acesso em: 7 out. 2022. 
 
6. HALLIDAY, David, RESNICK, Robert e KENNETH, Krane S., Física 1. Quinta Edição – 
2003. LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora. S.A. Rio de Janeiro 
 
7. SEARS, W. Francis, ZEMANSKY, W. Mark, YOUNG, D. Hugh e FREEDMAN, A. Roger, 
Física 1. Décima segunda Edição - 2008. Pearson Addison Wesley. São Paulo. 
 
8. TIPLER, Paul A., MOSCA, Gene, Física para cientistas e engenheiros, Volume 1 
Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. Sexta Edição, 2009. LTC – Livros Técnicos e 
Científicos. S. A. Rio de Janeiro.