DILATAÇÃO TÉRMICA - relatorio - Joecir

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DILATAÇÃO TÉRMICA
Willian Grecillo dos Santos
OBJETIVO
O objetivo dessa experiência é determinar o coeficiente de dilatação linear de três amostras de metais, uma de alumínio, uma de cobre e uma de um metal desconhecido.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Quando ocorrem variações de temperaturas nos objetos são observadas mudanças no tamanho dos mesmos. Se durante a variação de temperatura não ocorrer mudança de fase, chamamos este fenômeno de dilatação térmica.
Os átomos de um corpo sólido são mantidos juntos, de forma regular, por forças de origem elétrica. Porém em qualquer temperatura os átomos do sólido estão em constante vibração. Quando a temperatura do sólido é elevada, a distância média entre os átomos aumenta, ou seja, a amplitude da vibração dos átomos aumenta. Como consequência disso ocorre um aumento das dimensões do sólido.
Para corpos homogêneos, podemos definir a variação de comprimento de um corpo por:
Onde é o comprimento inicial do objeto e é o coeficiente de dilatação linear do material de que o objeto é feito.
DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
Um recipiente com água é aquecido, controlando a temperatura com um termômetro em seu interior, até o ponto de ebulição da água, gerando vapor que é direcionado para o interior de uma haste cilíndrica por meio de uma mangueira. A haste fica apoiada com uma das extremidades fixas e a outra sobre o eixo do ponteiro de um goniômetro. O giro do ponteiro indica a variação de comprimento da haste.
O vapor de água passa por dentro da haste até que os dois entrem em equilíbrio térmico, ou seja, até que pare de sair água liquida de dentro da haste. Após a haste e o vapor de água estarem em equilíbrio térmico foi aguardado até que o ponteiro do goniômetro parasse de variar para realizar a leitura.
Foi medida a temperatura ambiente () do laboratório no momento em que o experimento foi realizado. Também foi medido o comprimento inicial () da haste, que é representada pela distância entre o suporte onde uma das extremidades da haste fica fixa e o eixo do ponteiro do goniômetro onde a outra extremidade fica apoiada, isso porque o aparelho mede somente a variação de comprimento dentro deste espaço.
RESULTADOS
Os dados coletados no inicio do experimento foram .
O produto entre o ângulo medido no goniômetro e o raio do eixo do ponteiro resulta na variação de comprimento da haste em radianos, porém na equação que descreve o coeficiente de dilatação linear, essa variação é em metros. Para converter radianos em metros devemos usar a relação:
Com isso temos que:
Para a primeira haste foi medido e .
Para a segunda haste foi medido e .
Para a terceira haste foi medido e .
Obtendo assim, três coeficientes de dilatação. Comparando estes resultados com os coeficientes encontrados na literatura podemos identificar de que material são feitos as hastes.
CONCLUSÃO
Com base no experimento realizado, observamos que conforme o aumento da temperatura o material utilizado dilata-se, porém essa dilatação é muito pequena e praticamente imperceptível a olho nu.
O determinado no experimento ficou muito próximo do do cobre encontrado na literatura (), com um erro relativo de 5,62%. Esse erro pode ter se originado da demora em montar a haste no equipamento, pois a mão do analista acaba transferindo energia térmica para o material da haste. Uma maneira de reduzir este erro é aumentando a variação de temperatura da haste, porém com o equipamento disponível no laboratório não foi possível. 
Os outros dois coeficientes determinados ficaram com um erro muito grande, o () sabemos que é do alumínio, devido seu aspecto visual, porém ficou muito distante do encontrado na literatura (), este erro provavelmente se deve ao fato de que a haste estava escorregando em cima do eixo do ponteiro do goniômetro que após identificado foi ajustando, aumentando o atrito entre a haste e o eixo com um pedaço de borracha.