Prática 5

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UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO 
FACULDADE DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 
 
 
PRÁTICAS DE LABORATÓRIO DE FÍSICA MOLECULAR E 
TERMODINÂMICA 
 
TRABALHO PRÁTICO N°8 
DILATAÇÃO TÉRMICA NOS SÓLIDOS E NOS LÍQUIDOS 
 
 
ELABORADO POR: 
 Anselmo Gomes Tomás 
 
 
 
LUANDA 
2016 
Laboratório de Física Molecular e Termodinâmica 
 
 
FC-UAN 2019 Página 2 
 
ÍNDICE 
2.Conceitos introdutórios………………………………………………………...............Página 3 
2.1.Objectivos da prática experimental………………………………………...………...Página 3 
3.Fundamentação teórica…………………………………………………………………Página 3 
4.Método experimental………………………………………………………….…..........Página 5 
4.1.Instalação dos equipamentos e funcionamento………………………………………Página 5 
4.2.Procedimentos experimental…………………………..……………………………...Página 6 
5.Conteúdos relacionasdos……………………………………………………………….Página 7 
6.Anexos………………………………………………………………………………….Página 8 
7.Bibliografia………………………………………………………………..…………..Página 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Física Molecular e Termodinâmica 
 
 
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2. Conceitos introdutórios 
A dilatação dos corpos é um fenómeno no qual as dimensões de uma dada 
substância, em certo estado de agregação, variam com a variação da temperatura. Deste 
conceito, percebe-se que a dilatação de uma substância é proporcional a variação da sua 
temperatura. 
 
2.1. Objectivos da prática experimental: 
Determinar o coeficiente de dilatação volumétrica dos líquidos e o coeficiente de 
dilatação linear dos sólidos. 
 
3. Fundamentação teórica 
A temperatura é uma grandeza física que indica a energia interna de um dado 
corpo. Esta energia interna faz com que as partículas do corpo se movam, sendo que 
estas, estão concentradas 
A curva de potencial (Figura 1) das forças de ligação corresponde apenas a uma 
primeira aproximação para a parábola de uma oscilação harmónica (linha tracejada); 
geralmente é mais plana no caso de maiores distâncias inter-atómicas do que no caso de 
menores distâncias. Se a amplitude de vibração for grande, o centro de oscilações move-
se, e assim, aumentam as distâncias inter-atómicas. O espaçamento médio entre os 
átomos aumentam, bem como o volume total (à pressão constante ). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Curva de potencial em função do 
espaçamento inter-planar. 
Figura 2: Relação entre o volume de V e a 
temperatura de: a) acetato de etilo, b) álcool 
metílico, c) azeite, d) glicerol e e) água. 
 
As consequências habituais das variações de temperatura de uma substância, são 
as alterações em suas dimensões e mudanças do seu estado de agregação. Consideremos 
as dilatações que ocorrem sem mudanças de fase. A figura 3 apresenta o modelo 
simples de uma rede cristalina onde os átomos são mantidos juntos, em uma disposição 
regular, por forças intermoleculares em torno de um ponto de equilíbrio e exercem uma 
nas outras forças eléctricas. 
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Figura 3: Modelo simplificado de uma rede cristalina 
 
As forças intermoleculares, são semelhantes as forças que seriam exercidas por 
um conjunto de molas que ligassem os átomos. Estes átomos apresentam vibração, com 
amplitude da ordem de 10
-9
cm e frequência de 10
13
 Hz. Quando a temperatura for 
elevada, a amplitude de vibração aumenta, assim como a distância média entre os 
átomos, o que acarreta uma dilatação do corpo. A variação de qualquer dimensão linear 
do sólido, como o comprimento, a largura ou a espessura, denomina-se dilatação linear. 
Ou seja, com o aumento da energia interna, que as faz se moverem em torno do ponto 
de equilíbrio, as partículas tendem a romper estas ligações que possuem, e se movem 
livremente, ao romperem esta ligação, aumenta as dimensões do corpo, fenómeno este 
que chamamos de dilatação. 
 
Existem três tipos de dilatação, dilatação linear, superficial e a volumétrica. O tipo 
de dilatação que a substância sofre depende de factores como o estado de agregação e a 
distribuição maciça da substância. 
A dilatação linear expressa a variação de uma dimensão do corpo, somente se a 
distribuição maciça do corpo for, em maior parte numa dimensão, considerando-se a 
dilatação das outras dimensões do corpo desprezáveis. Este tipo de dilatação é 
característico em corpos cuja densidade expressa a quantidade de matéria em cada 
unidade cumprimento. Desta forma, a dilação deste corpo é expressa pela variação do 
seu cumprimento em função da variação da temperatura. 
A dilatação superficial expressa a variação da superfície de um dado corpo, 
causando assim a variação das duas dimensões que definem a superfície. Neste tipo de 
dilatação, a densidade do corpo representa a quantidade de matéria que há em cada 
unidade de área. Sendo assim, a dilatação superficial expressa a variação da área de um 
corpo em função da variação da temperatura. 
A dilatação volumétrica expressa a variação do volume em função da variação da 
temperatura. O volume é definido por três dimensões, logo a dilatação volumétrica 
implica a variação destas três dimensões. A densidade do corpo expressa, neste caso a 
quantidade de matéria em cada unidade de volume. A variação do volume em função da 
temperatura é denominada dilatação volumétrica. 
O estado de agregação da substância influência no tipo de dilatação que esta pode 
sofrer. Os corpos no estado sólido são os únicos que podem sofrer os três tipos de 
dilatação, dependendo de como a massa do corpo estará distribuída. Os líquidos e os 
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gases sofrem apenas a dilatação volumétrica, dado que não se pode analisar a dilatação 
linear e a superficial dos líquidos pois só se pode distribuir a massa dos líquidos e dos 
gases em unidades de volume. Esta é uma característica peculiar dos líquidos e dos 
gases. 
Por outro lado, a dilatação de uma substância depende também da sua natureza, 
logo, as substâncias de mesma natureza que forem submetidas as mesmas condições, 
dilatam de mesmo modo e as de natureza diferente dilatam de modo diferente. Então, 
cada substância tem uma propriedade específica que dita o quanto ela dilata com a 
variação de uma unidade de temperatura. Essa propriedade física chama-se “coeficiente 
de dilatação ”, que corresponde ao tipo de dilatação que o corpo sofre. Essa 
grandeza física é expressa em . 
Portanto, a dilatação de uma substância é directamente proporcional ao coeficiente 
de dilatação e a variação de temperatura. Matematicamente expressa-se por: 
 
a) Para a dilatação linear: 
 
b) Para a dilatação superficial: 
 
c) Para a dilatação volumétrica: 
 
Se considerarmos a dilatação do corpo em apenas uma dimensão, o coeficiente 
de expansão será dado pela seguinte expressão: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Método experimental 
4.1. Instalação dos equipamentos e funcionamento: 
 Materiais utilizados: 
 Dilatómetro com relógio comparador; 
 Tubo de cobre, de alumínio, de ferro e de quartzo; 
 Termostato de imersão e reservatório; 
 Termômetro de laboratório, -10 à +100 ° C; 
 Seringa de 1 ml; 
 Tubo de medição, ; 
 Recipiente de lavagem, de plástico, de 250 ; 
 Frasco, fundo plano, 50 ; 
 Copo de vidro, alto, 100 ; 
 Acetato de etilo, 250 ; 
 Glicerol, 250 ; 
 Azeite de oliva, puro, 100 ; 
 
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 Montagem: 
 A experiência A é montada como na figura 1 dos anexos, e a experiência B 
como na figura 2 dos anexos. 
 
 Funcionamento: 
 O termostato aquecerá a água no seu banho; 
 A temperatura da água é medida com o termómetro imerso no banho do 
termostato; 
 A água circulará pela barra em estudo por intermédio dos tubosde ligação 
entre o termostato e a barra. 
 Durante um certo itervalo de tempo, a barra será aquecida pela água que 
nela percorre; 
 Devido a variação da sua temperatura a barra vai dilatar, e a leitura da 
variação do seu comprimento é lida no relógio do dilatómetro. 
 
4.2. Procedimento experimental: 
Prática A: Dilatação volumétrica dos líquidos. 
 
1. Determinar o volume do picnómetro; 
2. Encher o picnómetro com o líquido a ser estudado; 
3. Colocar o picnómetro cheio com o líquido a ser medido no banho de água do 
termostato; 
4. Ligar o termóstato para aquecer a água no banho; 
5. Medir o volume do líquido em estudo para quatro temperaturas distintas, 
efectuando a leitura a partir da escala do tubo construído na tampa do 
picnómetro; 
6. Anotar os valores medidos na tabela 2 dos anexos; 
7. Fazer o gráfico do volume em função da temperatura e encontrar o 
coeficiente de dilatação volumétrica através do gráfico. 
 
Prática B: Dilatação linear dos sólidos. 
 
1. Despejar uma certa quantidade de água no banho do termóstato; 
2. Ligar o dilatómetro com relógio comparador ao circuito de água e mantê-lo 
mais longe possível das linhas de alimentação e descarga para não aquece-lo; 
3. Fixar a barra a ser estudada e mantê-la em contacto com o relógio 
comparador e definir a escala do relógio comparador para zero. 
4. Ligar o termóstato de imersão que aquecerá a água e a conduzirá para a barra; 
5. Colocar um termómetro no banho do termóstato para medir a temperatura; 
6. Para valores distintos da temperatura, medir a variação do cumprimento da 
barra; 
7. Anotar os valores medidos na tabela 3 dos anexos; 
8. Fazer o gráfico da variação do comprimento em função da temperatura e 
encontrar o coeficiente de dilatação linear a partir do gráfico; 
9. Efectuar o mesmo procedimento para as outras barras. 
 
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5. Conteúdos relacionados 
 
Leia sobre... 
 Dilatação linear 
 Dilatação volumétrica 
 Capacidade térmica 
 
 
Questões de controlo… 
 Apresente o modelo da constituição do sólido e partir dele explique a 
dilatação térmica. 
 O que é o coeficiente de dilatação linear? Deduza a fórmula e 
explique o sentido físico. 
 Qual é a diferença entre dilatação linear, superficial e volumétrica? 
 Porque que nos gases e nos líquidos não se estuda a dilatação linear? 
 Explique como determinar o coeficiente linear na experiencia? 
 Que substâncias e em que condições violam a lei geral de dilatação 
térmica e porquê? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXOS 
 RESULTADOS TEÓRICOS: 
Tabela 1- Valores teóricos do coeficiente de dilatação linear. 
 
 
 
 TABELAS: 
Tabela 2- Valores medidos para prática A. 
 25 30 35 40 45 
 
 
Tabela 3- Valores medidos para prática B. 
 25 35 45 55 65 
 
 
 FIGURAS: 
 
Figura 1- Montagem do experimento para a prática A. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Material 
Alumínio 
Latão 
Cobre 
Aço 
Quartzo 
Glicerol 
Água 
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Montagem do experimento para a prática B. 
 Figura 2- Sistema completo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3- Sistema do circuito de água. 
 
 
 
 
 
 
 
 GRANDEZAS E CONSTANTES: 
 
1. : Comprimento da barra a ser estudada; 
2. : Área ou superfície do corpo; 
3. : Volume do corpo; 
4. : Coeficiente de dilatação linear. 
 
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BIBLIOGRAFIA 
 Manual de laboratório de física experimental. II-Hat sumi Makai e Paulo R.G; 
 HALLIDAY, D. Resnick. Fundamentos de Física 2, Termodinâmica. 
 RAMALHO, NICOLAU, TOLEDO, Fundamentos de Física, Vol. 2, 10ª Edição.