exp de termodinamica dilatacao linear

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CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E FISICA
DIREÇÃO DO CURSO DE FÍSICA LICENCIATURA
PROFESSOR: CARLOS HENRIQUE
DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR
DISCIPLINA: EXPERIMENTO DE TERMODINÂMICA
FELIPE ROBLEDO CARVALHO TORRES
JUN/2024
CAXIAS – MA
RESUMO
Este experimento investigou a dilatação térmica linear de tubos de cobre, alumínio e bronze, determinando seus coeficientes de dilatação linear ao serem aquecidos pelo vapor de água. A análise dos dados coletados permitiu verificar a precisão dos resultados ao compará-los com valores teóricos, proporcionando um entendimento prático da dilatação térmica nos materiais estudados.
Palavra-chave: dilatação, térmica, coeficiente.
1 INTRODUÇÃO
As leis da termodinâmica, conhecidas por sua validade universal, governam as transformações da matéria. Por essa razão, a termodinâmica é hoje um dos principais pilares da engenharia. Em nível macroscópico, suas aplicações incluem a realização de trabalho útil em diversas formas, conversões de energia e processos químicos industriais, entre muitas outras possibilidades.
Nesse contexto, o estudo da transferência de energia na forma de calor e a influência de diferentes materiais nesse processo são fundamentais para a compreensão e aplicação prática da termodinâmica.
No estudo da transferência de calor, a condução térmica, é o processo pelo qual a energia térmica é transmitida através de um material, geralmente sólido, devido à interação entre átomos ou moléculas adjacentes provocada por um gradiente de temperatura. Em outras palavras, trata-se de um mecanismo pelo qual o calor é transferido entre duas áreas de um mesmo material ou entre dois materiais em contato, sem que haja movimento visível da matéria em nível macroscópico. O calor sempre flui de uma região com maior temperatura para outra com menor temperatura, buscando o equilíbrio térmico conforme a lei zero da termodinâmica. A condução térmica pode ser vista como a transferência gradual de energia térmica: um átomo ou molécula transfere parte de sua energia cinética ao seu vizinho, tornando-se, assim, um fenômeno termodinamicamente irreversível.
A condução pode ocorrer em todas as formas de matéria: sólidos, líquidos, gases e plasmas. No entanto, não requer movimento macroscópico da massa do material condutor, apenas o movimento de seus componentes subatômicos ou suas vibrações em escala microscópica. A condução é o meio predominante de transferência de calor em sólidos ou entre objetos sólidos em contato térmico. Isso se deve à estrutura fixa das posições dos átomos em um sólido. Dessa forma, em materiais sólidos, a transferência de calor resulta da combinação das vibrações das partículas que compõem a matéria em um retículo cristalino e do transporte de energia por elétrons livres. Esses elétrons, que podem se mover livremente, são chamados de elétrons de condução.
 (EQ.01)
Essa equação descreve como o fluxo de calor Φ é proporcional à condutividade térmica do material e à área da seção transversal , e inversamente proporcional à variação de temperatura ΔT ao longo do comprimento do material. 
2 OBJETIVOS
2.1 Geral
· Investigar a condução de calor em objetos sólidos 
2.2 Específicos
· Determinar o coeficiente de dilatação linear de diferentes materiais.
· Compreender o processo de dilatação térmica linear e sua relação com a temperatura e as propriedades dos materiais.
3 MATERIAIS E METODOS
Materiais: 
01 fonte de alimentação programável DC; 
01 matriz de sensores de temperatura;
01 placa de circuito de aparelho de condução de calor;
01 paquímetro;
01 computador com software PASCO Capstone 
Métodos:
No aparelho de condução de calor, há quatro barras metálicas feitas de alumínio, aço e latão, cada uma equipada com um par de sensores de temperatura. Esses sensores estão separados por uma distância de 3,0 cm ao longo de cada barra. Na junção das barras, há uma placa que pode fornecer ou remover energia térmica do sistema, dependendo da configuração da chave e da tensão aplicada à fonte programável.
Dando início ao experimento, a fonte de alimentação é ajustada para 5V após isolar termicamente as barras. Durante este procedimento, os sensores inicialmente exibem valores de temperatura iguais, indicando que as barras estão em equilíbrio térmico. Após alguns segundos, os valores começam a divergir à medida que o calor é transferido através das barras. A coleta de dados é automática, registrando como as temperaturas variam ao longo do tempo nas diferentes barras metálicas. 
Figura 01 - Paquímetro
Fonte: A pesquisa
Figura 02 - 01 fonte de alimentação programável DC;
Figura 5 – Barra de cobre
Fonte: A pesquisa
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tabela 01 – Dados e cálculos	
	Material
	L (m)
	(m)
	
	Cobre
	0,000265
	0,0074
	68,53
	Bronze
	0,149
	4,125
	67,77
	Alumínio
	0,000138
	0,0040
	70,72
Fonte: A pesquisa	
Tabela 02 – Coeficiente de expansão térmica		
	Material
	 coeficiente (x )
	 (experimental)
	Diferença percentual (%)
	Cobre
	17
	26,56. 
	1498%
	Bronze
	19
	1,495. 
	20%
	Alumínio
	23
	13,89. 
	501%
Fonte: A pesquisa	
Gráfico 01 – Barra de cobre
Fonte: A pesquisa
Gráfico 02 – Barra de bronze
Fonte: A pesquisa
Gráfico 03 – Barra de alumínio
Fonte: A pesquisa
5 CONCLUSÃO
O experimento realizado permitiu uma investigação prática e eficaz da dilatação térmica linear em materiais metálicos, especificamente cobre, alumínio e bronze. A partir da análise dos dados coletados durante o aquecimento dos tubos pelo vapor de água, foi possível determinar os coeficientes de dilatação linear de cada material.
Os resultados obtidos não foram consistentes com os valores teóricos esperados, indicando algum erro em algum momento do experimento. Observou-se que o coeficiente de dilatação linear do bronze estava mais de acordo com o coeficiente de dilatação da literatura, em quanto os outros materiais tiveram uma diferença significativa.
REFERENCIAS
HALLIDAY D.; RESNICK R. e WALKER J. Fundamentos de Física: Gravitação, ondas e termodinâmica. Volume 2. 8ª edição. Editora LTC, 1916.
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