Relatório Física experimental Dilatação Linear

Prévia do material em texto

FACULDADE PITÁGORAS 
CURSO ENGENHARIA QUIMICA
 	
 
CÁLCULO DO COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR DO COBRE
Anizia Furtado Durans
Daniel Muniz
Gessé Ribeiro
Ludmilla Lima
Maxwell Costa Bezerra
Wesley Andrade
Prof. José do N. Linhares
 
 
 
São Luís, 
Maio/2016
1. INTRODUÇÃO
	Quando aquecemos um corpo, aumentando sua energia térmica, aumentamos o estado de agitação das moléculas que o compõem. Estas moléculas precisam de mais espaço e acabam se afastando uma das outras aumentando o volume do corpo. Este fenômeno é conhecido como dilatação térmica. A dilatação térmica ocorre não só quando aquecemos um corpo, mas também quando o resfriamos nos corpos sólidos a dilatação ocorre em todas as direções, mas, esta dilatação pode ser predominante em apenas uma direção e, quando isto acontece temos uma dilatação térmica linear ou, apenas, dilatação linear. 
	Dilatação térmica: Quando a dilatação é predominante em uma direção
2. OBJETIVO
	Encontrar o coeficiente linear do cobre
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
	A maioria dos materiais se expande quando a temperatura aumenta desde que este aumento de temperatura não produza uma mudança de fase. Vejamos se podemos entender porque isto ocorre. Os átomos de um sólido cristalino se mantem coesos num arranjo tridimensional, chamado rede cristalina, sob ação de forças Inter atômicas semelhantes. 
A dilatação linear ocorre quando um corpo sofre aumento em sua temperatura e, consequentemente, há aumento na distância entre dois pontos em seu interior. São exemplos desse fenômeno o aumento do comprimento de uma barra, o aumento do raio de uma esfera e o aumento da diagonal de um quadrado ou de um cubo. Para fazer uma análise da dilatação linear, tomemos como exemplo essa barra. Seu comprimento inicial é L0 para uma temperatura Ti. A temperatura é elevada e atinge um valor T, o que causa um aumento da barra para um tamanho L.
A variação da temperatura é calculada pela diferença entre a temperatura final e a inicial: ΔT = Tf - Ti
Da mesma forma, podemos calcular a variação de comprimento causada por essa variação da temperatura: ΔL = L – L0
Como vimos, a dilatação linear sofrida pela barra é proporcional ao aumento de temperatura, de forma que quanto maior for esse aumento, maior será a dilatação. Ela também depende do comprimento inicial e do material que constitui a barra, uma vez que cada material apresenta um comportamento diferente ao ser submetido a variações de temperatura.
Observando essas relações, obtemos uma relação matemática para calcular a dilatação, que é chamada de Lei da dilatação linear: Δ L = α . L0 . Δ T
A letra grega α representa o coeficiente de dilatação linear do material que constitui a barra e assume um valor específico para cada tipo de material. Sua unidade de medida é o grau Celsius recíproco (ºC-1).
ALGUMAS APLICAÇÕES
Uma das aplicações da dilatação linear mais utilizada no cotidiano é para construções de laminas bi metálicas que consistem em duas placas de materiais diferentes por tanto o coeficiente de dilatação linear diferente, são dadas. Ao serem aquecidas, as placas aumentam seu comprimento de forma desigual, fazendo com que esta lamina soldada entorte. As laminas bi metálicas são encontradas principalmente em dispositivos elétricos e eletrônicos, já que a corrente elétrica causa aquecimento dos condutores, que não podem sofrer aquecimento maior do que foram construídos para suportar. Quando é curvada a lamina tem o objetivo de interromper a corrente elétrica, após um tempo em repouso, a temperatura do condutor diminui, fazendo com que a lamina volte ao seu formato inicial e reabilitando a passagem de eletricidade. 
4. FUNDAMENTAÇÃO EXPERIMENTAL
4.1. MATERIAIS										 	
Os materiais utilizados foram:
01- Conexão de saída com duto flexível e expansão terminal ( Fig. 01)
01- Conjunto para dilatação com: (Fig. 02)
base principal metálica (1)
medidor de dilatação (2)
Escala milimétrica (3)
01- Termômetro -10 a + 110º C (Fig. 03)
01- Corpo de prova tubular de cobre (Fig. 04)
01- Caldeira gerador de vapor com tampa em aço, reservatório de água ( Fig. 05) 
manípulos de fechamento, válvulas de segurança, retenção de segurança com fixação mecânica; (Fig. 07)
01- Trocador de calor com: (Fig. 08)
chapa aquecedora redonda, comando elétrico isolado de calor, plataforma em alumínio, controle eletrônico de temperatura de 50 a 350º com escala de referencia entre os pontos 1 e 10, termostato e interruptor. 
	
	
(03)
(02)
(01)
	Figura 01- Conexão de saída com duto flexível e expansão terminal.
	Figura 02- Conjunto para dilatação.
	
	
	Figura 03- Termômetro -10 a + 110º C 
	Figura 04- Corpo de prova tubular de cobre
	
	
	Figura 05- Reservatório da caldeira de vapor com 50 ml de água
	Figura 06- Acoplamento do anel no reservatório de água
	
	
	Figura 07- Caldeira gerador de vapor com tampa em aço manípulos de fechamento.
	Figura 08- Trocador de calor e controle eletrônico de temperatura.
4.2 MÉTODOS 
Para a execução do experimento foram observados os procedimentos sugeridos no roteiro com as seguintes observações: Preparou-se a conexão de saída do vapor (Fig.01), adicionou-se 50ml de água no reservatório da caldeira de vapor, posteriormente inseriu-se o corpo de prova (Fig. 04) 10mm dentro da mangueira de conexão de saída (Fig. 01) na sequencia passou-se o corpo de prova pelo guia de saída, encaixando-se o conjunto de conexão rápida ao corpo de prova tubular de cobre. Para iniciar o experimento constatou-se que o reservatório continha o volume de água recomendado, zerou-se o medidor de dilatação (Fig.02) pressionando-o levemente com o dedo, na sequencia colocou-se o segundo termômetro químico (Fig. 03) no orifício do reservatório de água, deixando o bulbo afastado de 1 a 2 cm do fundo do reservatório não tocando no mesmo de modo algum. Com a caldeira montada, ligou-se o trocador de calor com chapa aquecedora, ajustando o controle de temperatura de 50 a 150 C na plataforma com escola de referencia entre os pontos 1 e 10, já da temperatura que o experimento foi realizado. 
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 RESULTADOS
Embora tenhamos nos concentrado na analise de uma única dimensão de um corpo sólido (Fig. 04), a equação é valida para outras dimensões também, de modo que a expansão térmica de um sólido é semelhante a uma ampliação fotográfica tridimensional.
	
Tabela 1: Resultado do coeficiente linear do cobre
	
Δ L = L0. α . Δ T
Δ L = 90.17.10-6 . (98- 25)
Δ L = 90.17.10-6 . 73
Δ L = 0, 11169 cm
	
Lf= L0 + Δ L
Lf= 90 + 0, 11169
Lf= 90,11169
5.2 DISCUSSÕES
Com o valor final do experimento, constatou-se que podem ocorrer pequenas diferenças entres os valores encontrados no experimento e os tabelados do coeficiente de dilatação dos materiais, uma das causas é a variação nas ligas e misturas obtidas em escala industrial. 
6. CONCLUSÃO
Com base no experimento realizado, observamos que conforme o aumento da temperatura o material utilizado, corpo de prova tubular de cobre ( Fig. 04) dilata-se, mas não se representa 100% como esperado teoricamente. Mas como os valores obtidos possuem uma discrepância muito baixa, o experimento considera-se como sendo de êxito razoável. Com isso é possível que a dilatação linear ocorra de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial. Mas ao serem analisadas barras de dimensões iguais, mas feita de material diferente, isto porque a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear (α).
REFÊRENCIAS
Física. Coeficiente de dilatação. Disponível em: www.fisica.net/coeficiente-de-dilatacao-linear-(alfa).php.Acesso em: 25/05/2016.
Mundo Educação. Dilatação linear. Disponível em: www.ucb.br/sites/100/118/laboratorios/calor/dilata caolinear. Acesso em: 28/03/2016.
6