DILATAÇÃO LINEAR DE UM SÓLIDO METÁLICO - ONDAS E TERMODINAMICA EXPERIMENTO 08

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LABORATÓRIO DE ONDAS E TERMODINÂMICA
DILATAÇÃO LINEAR
DISCENTE: JOANNA PAULLA ALVES DE CASTRO
DOCENTE: ZENNER SILVA PEREIRA
CARAÚBAS/RN
2016
RESUMO
Quanto maior for à temperatura sobre um corpo sólido maior será a vibração entre suas moléculas, dessa forma ocasionando o distanciamento entre suas partículas, essa distância que na maioria das vezes só é possível ser vista com ajuda de algum aparelho microscópico é a própria dilatação desse corpo. É possível observar em diversas situações cotidianas a importância do conhecimento dos materiais e a quantidade de dilatação de cada material para prevenir diversos fatores, um exemplo bem evidente é visto em ferrovias, entre extremidades de um trilho e outro é possível observar um pequeno espaço denominado juntas de expansão ou de dilatação (anexo 01). Esse pequeno espaço tem como objetivo permitir a dilatação do material usado nos trilhos, dependendo do clima da região o material pode estar exposto a quantidades elevadas de temperatura, e como essa temperatura gera a dilatação, esse espaçamento contribui para que os trilhos não sofram deformação. Sabendo disso, realizou-se um experimento no dia 26/09/2016 no laboratório de Ondas e termodinâmica do Instituto Federal Rural do Semi Árido, com auxílio do Doutor Zenner Silva Pereira, que tinha como objetivo comprovar experimentalmente que determinado material submetido a altas temperaturas sofreria dilatação. Ao expor uma barra de - a uma temperatura de 100°C observou-se com auxílio de um dilatômetro que o material realmente teve, mesmo que não visível a olho nu, uma alteração em relação ao seu tamanho normal e que se deu realmente por causa da relação entre o material e as condições na qual foi submetido. Antes da barra sofrer um aumento no seu comprimento, ela estava a uma temperatura ambiente, depois de um certo tempo, o comprimento da barra fica maior, ou seja, ela sofre uma dilatação e esta, depende do coeficiente de dilatação linear que está relacionado à natureza do seu material. (Vale acrescentar que na realidade um corpo se deforma em três dimensões, mas por convenção considera-se uma das dimensões do sólido, o comprimento, por isso dilatação linear)
INTRODUÇÃO
O que os pequenos espaços entre trilhos de trem e a construção de um viaduto tem em comum? Ambas, para serem construídas, necessitam de um conhecimento de materiais que nos rodeia em diversas situações e obras da engenharia, a dilatação de um material.
Objetos sólidos ao serem expostos a determinadas condições de temperatura, dependendo do tipo de material, sofrem uma certa alteração no seu comprimento graças a agitação das moléculas, essa agitação varia conforme o aumento da temperatura e na maioria das vezes para ser visto a olho nu o material precisa ter um comprimento muito grande, para casos menores utiliza-se da ajuda de aparelhos microscópicos que comprovam essa mudança no comprimento do corpo de prova.
ABORDAGEM TEÓRICA
Chamaremos de dilatação linear a dilatação de objetos cujo comprimento é muito maior do que as outras dimensões. Nesses casos, a variação do comprimento tende a ser mensurável, enquanto a dilatação das outras dimensões tende a ser desprezível quando comparada ao comprimento. É o caso de uma barra ou fio.
De forma empírica (ou seja, experimental), podemos verificar que a dilatação de uma barra é proporcional a duas coisas:
-Ao seu comprimento inicial;
-À sua variação de temperatura;
Chamando de L0o comprimento inicial da barra, L o seu comprimento final, T0sua temperatura inicial e T sua temperatura final, teremos:
Onde o coeficiente de proporcionalidade α é chamado de coeficiente de dilatação linear e é uma característica do material. Ele não é, a rigor, constante, mas é costume utilizar o valor médio dessa grandeza nas questões. 
Note que:
Assim, em termos de unidades, ao utilizarmos as mesmas unidades para o comprimento inicial e para a dilatação, a unidade do coeficiente de dilatação linear é o inverso da unidade de temperatura. De forma usual, utiliza-se o °C-1.
Ainda podemos observar o seguinte: lembrando que ΔL = L - L0 podemos substituir essa relação na equação da dilatação:
Essa equação nos dá, de forma direta, o valor do comprimento final da barra. Visto que é uma equação de 1º grau, sua representação gráfica será uma reta.
MATERIAIS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
01 corpo de prova;
01 recipiente com água;
02 termômetros;
01 base principal metálica com dilatômetro;
01 gerador elétrico de vapor;
Montou-se o dilatômetro, colocando um termômetro dentro da mangueira de saída e o segundo termômetro no gerador.
Após determinar o comprimento inicial da barra e a temperatura ambiente o gerador foi ligado e após 20 minutos o termômetro associado ao gerador chegou a temperatura de 100°C
 Em equilíbrio, mediu-se as temperaturas nos pontos de entrada e saída do vapor. 
 Tfinal= 98,5 °C
Mediu-se no dilatômetro a variação ∆L sofrido pelo corpo de prova:
 ∆L = 0.6 x 10^-3 m 
 A partir dessas informações pode-se calcular o coeficiente de dilatação linear do nosso material
∆L=Lo.α.∆T
α= 0,6x10^-3/(494x10^-3).(71,5)
α = 1,7 X 10^-5 °C^-1 
CONCLUSÃO
Mesmo que não a olho nu, a dilatação linear realmente acontece nos mais diversos tipos de materiais e seu estudo é de extrema importância para compreensão e análise de corpos sólidos que possam ser utilizados em determinadas regiões de clima quente, dando as medidas cabíveis e soluções para que essas alterações no comprimento não comprometam uma obra como a construção de rodovias e evite deformações que possam comprometer toda uma construção.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Resnick, Halliday, Krane, Física 2, 5ª Edição, LTC, 2007. 
Sears & Zemanski, Young & Freedman, Física II, Ondas e Termodinâmica, 12ª Edição, Person, 2008.
SILVA, Domiciano Correa Marques Da. "Dilatação linear dos sólidos "; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear-dos-solidos.htm>. Acesso em 06 de Outubro de 2016
SANTOS, José Carlos Fernandes dos. "Dilatação linear"; GLOBO. Disponível em <http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/dilatacao-termica.html> Acesso em 06 de Outubro de 2016
GONZAGA, Elísio "Dilatação linear"; Disponível em <http://elisiofisica.blogspot.com.br/2010/12/dilatacao-linear.html> Acesso em 06 de Outubro de 2016
PSCHEIDT, Ana Caroline "Dilatação térmica: o que é, o que causa!"; Parque da ciência. Disponível em <http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/dilatacao-termica-o-que-e-o-que-causa.html> Acesso em 06 de Outubro de 2016
"DILATAÇÃO TÉRMICA" Disponível em <http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/dilata.htm> Acesso em 06 de Outubro de 2016
ANEXO