relatorio dilatação linear

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Relatório de Física Experimental II
5ª Experiência:
Dilatação Linear dos Sólidos
TURMA 3017
Introdução
Para compreender a dilatação linear observe a gravura abaixo que demonstra a expansão de uma barra metálica de comprimento Li após a mesma ser aquecida.
Se essa barra metálica for homogênea é fácil compreender que cada unidade de comprimento da barra, após ser aquecida, sofre a mesma dilatação por unidade de variação de temperatura, ou seja, todos os centímetros da barra devem sofrer a mesma dilatação se for aquecida igualmente.
Objetivo
Verificar como ocorre a dilatação térmica dos sólidos em três materiais distintos, sendo submetidos a mesma variação de temperatura.
Teoria
Para compreender a dilatação linear observe a gravura abaixo que demonstra a expansão de uma barra metálica de comprimento Li após a mesma ser aquecida.
Se essa barra metálica for homogênea é fácil compreender que cada unidade de comprimento da barra, após ser aquecida, sofre a mesma dilatação por unidade de variação de temperatura, ou seja, todos os centímetros da barra devem sofrer a mesma dilatação se for aquecida igualmente.
Realizando esse experimento de aquecimento da barra verifica-se que a variação do comprimento da mesma é proporcional à variação da temperatura sofrida por ela.
Por exemplo, os fios de telefone ou luz. Expostos ao Sol nos dias quentes do verão, variam suas temperaturas consideravelmente, fazendo com que o fio se estenda causando um envergamento maior, pois aumenta seu comprimento que passa de um comprimento inicial (Li) a um comprimento final (Lf). 
A dilatação do fio depende de três fatores:
- da substância de que é feito o fio;
- da variação de temperatura sofrida pelo fio;
- e do comprimento inicial do fio.
O comportamento aqui descrito para um fio é geral para qualquer corpo que tenha uma de suas dimensões muito maior do que as outras duas e, nesse caso, podemos nos concentrar na dilatação linear e calcular a variação no comprimento do corpo pela expressão:
onde:
 é variação de comprimento do fio, ou seja, é a dilatação linear;
 é o coeficiente de dilatação linear, que é uma característica da substância;
Li é o comprimento inicial;
 é a variação de temperatura, ou seja,  onde Ti representa a temperatura inicial do fio e Tf a temperatura final. 
Na tabela podemos verificar o valor do coeficiente de dilatação linear de algumas substâncias. 
	Substância
	Coeficiente de dilatação linear (oC-1)
	Aço
	11x10-6
	Água
	69x10-6
	Álcool
	333,67x10-6
	Alumínio
	22x10-6
	Chumbo
	27x10-6
	Cobre
	17x10-6
	Ferro
	12x10-6
	Madeira
	30x10-6
	Mercúrio
	60,67x10-6
	Ouro
	15x10-6
	Platina
	9x10-6
	Prata
	19x10-6
	Tungstênio
	4,3x10-6
	Vidro (comum)
	8x10-6
	Vidro (pyrex)
	3x10-6
	Zinco
	26x10-6
O álcool tem um coeficiente de dilatação muito maior do que o mercúrio e ambos são utilizados na fabricação de termômetros.
Cobre
O cobre é um elemento metálico com o número atômico 29 e com a designação científica de Cu. É um mineral não ferroso e tem sido utilizados a milhares de anos pelas mais diversificadas culturas espalhadas pelo mundo. Este metal possui relação direta com a prata e o ouro, haja visto que, o cobre faz parte da liga destes dois metais. Atualmente a utilização do cobre é vista em muitos objetos de decoração, canalizações, cabos elétricos, utensílios diversos como bijuterias e peças de joalheria.
As propriedades do cobre tornam este metal altamente dúctil e condutor para ambos os atributos, seja térmico ou elétrico. Também é maleável e macio, mantendo ao mesmo tempo uma coloração alaranjada e brilhante e devido a sua popularidade utiliza-se seu nome para denominar uma cor. As utilizações comuns para este metal incluem, principalmente, a sua adição em ligas de materiais de construção e também são muito utilizados para a confecção de fiação elétrica.
As propriedades físicas do cobre são capazes de torná-los reativos com o ar, e mais notavelmente com o oxigênio. Isto cria uma fina camada de manchas sobre a porção visível do metal, dando ao cobre a sua coloração única. O cobre puro sem exposição ao ar mantém uma cor rosada. Eles fazem parte de uma pequena família metálica, com o césio e o ouro, pois não são coloridos. O cobre tem a tendência de refletir a luz, sem o espectro azul e violeta, fazendo-a cair no âmbito vermelho de cores.
Além seu estado sólido, o cobre pode também exibir-se em um estado líquido ou gasoso. As propriedades do cobre em seu estado liquefeito faz com que se apresente na cor verde, sem luz ambiente, enquanto a luz brilhante o torna rosa. Quando queimado em estado gasoso, o cobre emite uma fumaça negra, causada pela interação com o oxigênio.
Uma das propriedades físicas que prevalecem no cobre é o fato de que ele se encaixa com a prata e o ouro para compor o grupo 11 da tabela periódica dos elementos. Cada um destes elementos formam ligações metálicas que apresentam um único elétron orbitando na última camada sobre o núcleo. Isto faz com que o grupo 11 de metais, sejam todos maleáveis e condutores.
As propriedades químicas do cobre incluem a tendência de causar um tipo de corrosão galvânica. Quando o cobre é colocado em contato direto com certos metais, tais como o ferro, e se junta a isso a água, a corrosão pode ocorrer nesta composição. A junção entre os metais atua como uma bateria e produz correntes elétricas. Isto é extremamente importante na indústria de canalização, onde ambos os tubos de cobre e ferro são utilizados para transferir água. Para evitar este problema, os tubos são geralmente separados por um plástico ou borracha na parte de transição.
Propriedades físicas do cobre:
Maleabilidade e Ductilidade;
Excelente condutor elétrico;
Excelentes características de liga;
Não Magnético;
Nutriente essencial para a vida;
Resistente à Corrosão;
Boa Usabilidade, quando ligado a outros elementos;
Conformabilidade a frio e a quente;
Soldabilidade;
Excelentes propriedades de troca de calor;
Durabilidade;
Reciclável.
Propriedades específicas do cobre:
Símbolo químico: Cu;
Número atômico: 29;
Peso atômico: 63.54;
Densidade: 8,89 g/cm³;
Ponto de Fusão: 1.083 ºC;
Temperatura de Recozimento: 475-750 ºC;
Ponto de Ebulição: 2.595 ºC;
Estrutura Cristalina: CFC (cúbica de face centrada);
Calor específico a 20 °C: 380 J / kg * K.
Formatos do cobre
O cobre é enviado aos fabricantes, na maioria dos casos, como cátodo, billet, cake ou lingote.
Por meio de processos mecânicos de extrusão, trefilação, laminação, fusão ou então por eletrólise ou atomização, os fabricantes podem produzir fios, vergalhões, tubos, laminados, buchas, granalhas e diversos outros formatos. Esses materiais semielaborados de cobre ou de ligas de cobre são enviados para fabricantes de manufaturados, onde serão utilizados na confecção de produtos designados a atender às necessidades da sociedade.
Ligas de Cobre
Atualmente, mais de 400 ligas de cobre são utilizadas no mundo todo.
O Latão é basicamente uma liga de cobre e zinco;
O Bronze é basicamente uma liga de cobre e estanho;
Cuproníquel é basicamente uma liga de cobre e níquel, muito importante para a manufatura moderna.
A importância do cobre no século 20 cresceu devido à facilidade com que se liga aos outros metais. Estanho e zinco sempre foram os principais elementos de liga, mas hoje existem muitos outros, como o alumínio, manganês, chumbo, níquel, etc., que formam ligas com propriedades físicas e mecânicas especiais.
Chumbo
O chumbo é um metal venenoso para os seres humanos. No entanto, é utilizado desde a Antiguidade e ainda tem muitas utilidades. Os cientistas usam símbolos para representar os elementos químicos. O correspondente ao chumbo é Pb, que deriva da palavra “chumbo” em latim, que é plumbum.
O chumbo tem cor prateada, esbranquiçada ou cinzenta. É muito macio e pode ser moldado com facilidade. Também é muito denso e altamente durável — ou seja,tem longa durabilidade. Resiste ao desgaste produzido pelo ar e pela água, além de ser resistente a muitos produtos químicos fortes. A eletricidade não flui bem através do chumbo, e os raios X tampouco o atravessam.
O chumbo é venenoso para os seres humanos, se forem diretamente expostos a ele. Mesmo pequenas dosagens se acumulam no corpo e podem provocar doenças no fígado, danos cerebrais e outros problemas. Se o volume de chumbo em um corpo for suficientemente grande, pode matar a pessoa.
O chumbo é razoavelmente escasso, o que significa que não existe em muita quantidade na crosta terrestre. Nos locais onde está presente, porém, é encontrado em grandes quantidades. Os Estados Unidos, a China, a Austrália e algumas áreas da América do Sul são os maiores produtores de chumbo. Raramente ele é encontrado na forma pura. O mineral mais comum que contém chumbo chama-se galena. Como esse mineral muitas vezes também contém prata, os dois elementos costumam ser explorados em conjunto. Quase a metade do chumbo utilizado nos dias atuais vem da reciclagem de produtos onde ele está presente.
Propriedades físicas do cobre:
Maleabilidade;
Denso;
Durabilidade;
Resistente a ar, agua e diversos produtos químicos;
Baixa condutividade.
Propriedades específicas do cobre:
Símbolo químico: Pb;
Número atômico: 82;
Densidade: 11340 kg/m3, 1,5;
Ponto de Fusão: 327,5 °C;
Temperatura de Recozimento: ºC;
Ponto de Ebulição: 1.750 °C;
Calor específico: 129 J/ kg*K
O chumbo é um metal pesado (densidade relativa de 11,4 a 16ºC), de coloração branca-azulada, tornando-se acinzentado quando exposto ao ar. Muito macio , altamente maleável, baixa condutividade elétrica e altamente resistente à corrosão. O chumbo se funde com facilidade (327,4ºC), com temperatura de vaporização a 1725ºC. Os estados de oxidação que pode apresentar são 2 e 4. É relativamente resistente ao ataque dos ácidos sulfúrico e clorídrico, porém se dissolve lentamente em ácido nítrico. O chumbo é um anfótero, já que forma sais de chumbo dos ácidos, assim como sais metálicos do ácido plúmbico. O chumbo forma muitos sais, óxidos e compostos organolépticos.
Alumínio
O alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre e o metal não ferroso mais utilizado pelo homem.
Esse metal é conhecido desde a Antiguidade, pois os seus compostos eram usados para as mais diversas finalidades. Por exemplo, o sulfato de alumínio era usado como mordente, isto é, como fixador de corantes em objetos feitos de couro, papel e tecidos.
O sulfato de alumínio é chamado de alumen, uma palavra latina que deu origem ao nome “alumínio”. O primeiro a conseguir isolar o alumínio foi o dinamarquês Hans Christian Ørsted, em 1825. Ele pegou a alumina (óxido de alumínio – Al2O3) e, a partir dela, preparou o cloreto de alumínio (AℓCℓ3(aq)), que, por sua vez, foi tratado com uma liga de potássio e mercúrio, chamada de amálgama de potássio. Desse modo, ele obteve uma liga de alumínio, que foi aquecida sob destilação, evaporando o mercúrio e ficando o alumínio.
No entanto, na época, essa descoberta não obteve tanta repercussão. Foi apenas em 1827 que o alumínio foi isolado novamente com um método parecido por Friedrich Whöler (1800-1882) e recebeu então uma descrição adequada.
No entanto, esses métodos de obtenção do alumínio eram muito caros e ineficientes. Por isso, hoje se utiliza o Processo de Hall-Héroult, desenvolvido em 1886, em que se obtém o alumínio por meio da eletrólise ígnea de uma mistura de alumina e criolita (Aℓ2O3 + Na3AℓF6).
A alumina é extraída do principal minério do alumínio: a bauxita, formada por uma mistura de óxidos de alumínio, sendo o principal o óxido de alumínio di-hidratado (Aℓ2O3 . 2 H2O) e diversas impurezas.
Propriedades específicas do cobre:
Símbolo químico: Al;
Número atômico: 13;
Densidade (g/cm³): 2,7
Ponto de Fusão: 660 °C;
Ponto de Ebulição: 2467 °C;
Condutividade térmica a 25ºC : 0,53 Cal/cm/ºC (4,5 vezes maior que a do aço);
Condutividade elétrica: 61% IACS. ( O Al é um bom condutor elétrico ( ≈ 2/3 da condutividade do cobre) e , visto que também é menos denso que o cobre, é usado em linhas de transmissão de eletricidade).
Resistência a corrosão: elevada, porque ele possui uma fina e invisível camada de oxido que protege o metal de oxidações posteriores;
Propriedades antimagnéticas: não é magnético e não produz faíscas, podendo ser usado como proteção em equipamentos eletrônicos e para estocar substancias inflamáveis ou explosivas, como em caminhões que carregam combustíveis.
Refletividade: acima de 80% ( por isso é usado amplamente em luminárias).
Fácil de reciclar: A refusão do alumínio exige pouca energia e sua perda total durante o processo de refusão é de menos de três por cento.O processo de reciclagem utiliza apenas 5 % da energia originalmente necessária para a produção do alumínio primário. Por volta de 75 % de todo o alumínio produzido até hoje ainda está em uso.
Material utilizado
1 conjunto para dilatação linear;
2 termômetros;
1 gerador de vapor;
1 fonte de calor;
Recipiente com água fria. 
Procedimento pratico
Primeiramente verificamos a temperatura inicial (T0 ) e o comprimento do corpo de prova, após anotar os dados, ligamos o gerador de vapor para que este atinja a temperatura máxima.
Gerador de vapor.
Quando ele atingir a temperatura máxima o vapor será conduzido pela borracha para o conjunto de dilatação linear onde se encontra o corpo de prova, o termômetro que registrara o aumento da temperatura e o Dilatômetro que irá registra o coeficiente de dilatação.
O momento para execução dessa leitura deve ser, no mínimo, 60 segundos após a estabilização dos medidores.
Conjunto para dilatação linear.
Dilatômetro onde verificamos o coeficiente de dilatação.
 
Após anotados dos os dados práticos vamos aos cálculos.
Dados
Onde:
Cálculos
Onde:
α: Coeficiente de dilatação linear;
 
Conclusão 
Com o experimento foi possível observar e comprovar a ação da variação de temperatura no que diz respeito à dilatação térmica de um material específico, junto a equação física ΔL = L0α ΔC.
Com o aumento da temperatura da água na fonte de calor, o painel de leitura do dilatômetro nos deu a variação de comprimento (∆L) sofrido pelo corpo de prova após a temperatura estabilizar.
Como isto foi possível constatar que o corpo de prova utilizado durante a pratica do experimento foi o elemento cobre, sendo seu coeficiente de dilatação linear (ºC-1) 17x10-6.