RELATÓRIO AULA 08 DILATAÇÃO TÉRMICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - CAMPUS RUSSAS 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
LABORATÓRIO DE FÍSICA 
FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 07: DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: ANTÔNIO MÁRCIO FERNANDES ALMEIDA MATRÍCULA: 384905 
CURSO: ENGENHARIA CIVIL TURMA: 03 
PROFESSOR: DR. ANDERSON MAGNO 
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
 
 
NOVEMBRO DE 2016 
RUSSAS – CE 
 
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SUMÁRIO 
 
 
 
1 OBJETIVOS………………………………………………………………………………3 
2 MATERIAIS…………………………………………………………...………………….3 
3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS…………………………………………………………...3 
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL…………………………………………………...5 
5 QUESTIONÁRIO………………………………………………………………………....6 
RESULTADOS E DISCUSSÕES……………………………………...…………………...8 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………………....8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOVEMBRO DE 2016 
RUSSAS – CE 
 
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1 - OBJETIVO 
- Determinar o coeficiente de dilatação linear de sólidos. 
 
2 - MATERIAIS 
- Dilatômetro; 
- Tubos ocos de: aço, latão e alumínio; 
- Relógio comparador; 
- Kitasato; 
- Termômetro; 
- Fita métrica; 
- Fogareiro elétrico. 
 
3 - FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 Para tratarmos do conceito de dilatação térmica nas suas formas, vamos entender 
conceito de temperatura, calor e equilíbrio químico. Dessa forma, temperatura é definida 
como uma grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, 
caracterizando o seu estado térmico. 
Com isso, quando temos um sistema de com dois corpos e ambos possuem a mesma 
temperatura, dizemos que estão em equilíbrio térmico. A situação descrita acima de estende 
para três corpos, que está resguardado pela lei zero de termodinâmica, que afirma “se um 
corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e B está em equilíbrio com um corpo 
C, então A está em equilíbrio com C.” 
Da mesma forma, o último conceito a definir é o calor, que é a energia térmica em 
trânsito de um corpo de maior temperatura a outro, de menor temperatura, quando postos 
em contato, até que ambos atinjam o equilíbrio térmico. Como resultado da transferência de 
energia, a temperatura do corpo mais quente pode diminuir e a do corpo mais frio pode 
aumentar. 
Todos os corpos existentes na natureza, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em 
processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica. 
O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou 
diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Ao aquecer um 
corpo, por exemplo, devido ao aumento do grau de agitação, as moléculas mais agitadas 
tendem a se afastar levando a um aumento na distância entre elas. Esse espaçamento maior 
entre elas se manifesta através do aumento das dimensões do corpo. O contrário ocorre 
 
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quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso as distâncias entre as moléculas são 
diminuídas e em consequência disso há diminuição nas dimensões do corpo. 
Tendo em vista que a maioria dos materiais sofre expansão ou dilatação térmica 
quando aquecidos. Temperaturas em elevação fazem o líquido se expandir em um 
termômetro formado por um líquido dentro do tubo e curvam lâminas bi metálicas. As 
estruturas de pontes devem ser projetadas com suportes e juntas especiais para permitir a 
dilatação dos materiais (Figura 1). Uma garrafa cheia água e tampada muito firmemente 
pode quebrar quando for aquecida; entretanto, você pode aflouxar a tampa metálica de um 
recipiente jogando água quente sobre ela. Todas essas situações exemplificam dilatação 
térmica. 
 
Figura 1 – 5 tipos de juntas em pontes. 
 Suponhamos que uma barra possua comprimento L0 e uma dada temperatura T0. 
Quando a temperatura varia ΔT, o comprimento varia de ΔL. Experimentalmente é 
demonstrado que quando ΔT não é muito grande (<100 °C) ΔL é diretamente proporcional 
a ΔT (Figura 3a). Quando duas barras feitas com o mesmo material sofrem a mesma 
variação de temperatura, mas uma possui o dobro de comprimento da outra, então a 
variação do comprimento também é duas vezes maior. Portanto ΔL também deve ser 
proporcional a L0 (Figura 3b). Introduzindo uma constante de proporcionalidade (que difere 
com o material), podemos expressar essas dependentes mediante a equação: 
𝛥𝐿 = 𝛼𝐿0𝛥𝑇 (Dilatação térmica linear) 
 Se o comprimento de um corpo a uma temperatura T0 é L0, então seu comprimento 
L a temperatura T = T0 + ΔT é 
𝐿 = 𝐿0 + ∆𝐿 = 𝐿0 + α𝐿0∆𝑇 = 𝐿0(1 + α∆𝑇) 
 A constante α, que descreve as propriedades de expansão térmica de um dado 
material, denomina-se coeficiente de dilatação linear. As unidades de α são K-1 ou (°C-1). O 
 
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Quadro 1 enumera o valor da constante para alguns materiais. Alguns materiais, como 
madeira ou o cristal, dilatam-se de modo diferente em diferentes direções. Não vamos levar 
em conta isso. 
 
 Figura 3 – Como o comprimento de uma barra se composta com uma variação na 
temperatura. a) para variações moderadas na temperatura, ΔL é diretamente proporcional 
a ΔT. b) ΔL é diretamente proporcional a L0. 
Material α (ºC-1) 
Alumínio 2,4 x 10-5 
Latão 2,0 x 10-5 
Prata 1,9 x 10-5 
Ouro 1,4 x 10-5 
Cobre 1,4 x 10-5 
Ferro 1,2 x 10-5 
Aço 1,2 x 10-5 
Platina 0,9 x 10-5 
Vidro 0,9 x 10-5 
Vidro Pirex 0,3 x 10-5 
 Quadro 1 – Constante de dilatação linear. 
 
4 – PROCEDIMENTO 
PASSO 1: Monte a experiência conforme indica a Figura 1. Tomando as seguintes 
precauções: 
i. Suspenda o tubo escolhido nas hastes de sustentação do dilatômetro; 
ii. Fixe o tubo na haste próxima à entrada de vapor de água e deixe a outra extremidade 
livre. 
iii. Fixe o relógio comparador na terceira haste de modo que o mesmo toque a extremidade 
fechada do tubo oco. Lembre-se de zerar o relógio comparador antes de iniciar o 
aquecimento. 
 
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iv. Posicione a saída lateral do tubo inclinada para baixo. Isso facilitará a saída de agua que 
eventualmente venha a se condensar dentro do tubo. 
PASSO 2: Meça o comprimento L0, à temperatura inicial, da porção do tubo considerada 
na dilatação (comprimento do tubo entre o ponto de apoio fixo e a extremidade fechada que 
toca o relógio comparador). Anote na Tabela 1. 
PASSO 3: Anote a temperatura inicial, t (temperatura ambiente). 
PASSO 4: Quando o ponteiro estacionar e estiver saindo vapor pela saída lateral do tubo 
oco, anote a temperatura final, t’ (temperatura do vapor d’agua) e a medida da dilatação, 
DL (medida do relógio comparador). 
PASSO 5: Repita o procedimento para os outros tubos. Tenha cuidado ao tocar as amostras, 
pois a temperatura pode estar elevada e provocar queimaduras. 
PASSO 6: Indique na Tabela 1 as unidades de medidas utilizadas. 
Tabela 1. Resultados experimentais para R1. 
Material L0 (mm) T0 (°C) T(°C) α (ºC-1) 𝛥𝐿(𝑚𝑚) 
Alumínio 519 24,0 98,5 4,39 x 10-5 1,7 
Latão 519 26,0 98,6 2,55 x 10-5 0,96 
Zinco 519 26,0 98,4 2,40 x 10-5 0,90 
PASSO 7: Determine o coeficiente de dilatação linear, de cada material fornecido. 
PASSO 8: Observe o comportamento de uma lâmina bimetálica de modo a responder a 
questão 2. O professor deverá demonstrar seu funcionamento. 
 
5 – QUESTIONÁRIO 
1- Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada 
material fornecido com os respectivos valores da literatura. 
Material α (ºC-1) (literatura) α (ºC-1) (experimental) 
Alumínio 2,4 x 10-5 4,39x 10-5 
Latão 2,0 x 10-5 2,55 x 10-5 
Zinco 1,7 x 10-5 2,40 x 10-5 
 
2- Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas e é utilizada como 
elemento de controle em um termostato comum. Explique como ela funciona. 
- A lâmina bimetálica é formada por dois metais de diferentes coeficientes 
de dilatação colados fortemente. Na temperatura em que foi feita a colagem, a 
 
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lâmina se mantém retilínea, mas, quando a temperatura varia, a lâmina encurva, por 
conta que um metal se dilata mais que o outro e, para que eles se mantenham 
unidos, eles se encurvam. Em um termostato, a lâmina bimetálica serve para abrir e 
fechar o circuito elétrico, mantendo a temperatura constante. Quando a temperatura 
aumenta, a lâmina se curva, abrindo (desligando) o circuito. A temperatura então 
diminui e a lâmina volta ao seu estado inicial, fechando (ligando) o circuito. 
3- Uma pequena esfera metálica pode atravessar um anel metálico. Entretanto, aquecendo a 
esfera, ela não conseguirá mais atravessar o anel. O que aconteceria se aquecêssemos o anel 
e não a esfera? 
- Ao aquecermos o anel, ele se dilataria, aumentando o seu diâmetro, assim, a esfera 
atravessaria o anel metálico com uma maior facilidade do que na temperatura inicial. 
4- Explique o que ocorre ao período de um relógio de pêndulo com o aumento da 
temperatura. Ele passa a adiantar, atrasar ou permanece marcando as horas corretamente? 
- Sabendo que o período no pêndulo é: T = 2π √(L/g). Quando se aumenta a 
temperatura, o comprimento (L) do pêndulo aumenta, assim o período também aumenta. 
Com o período maior, o pêndulo demorará mais para realizar 1 oscilação completa e, 
consequentemente, irá se atrasar cada vez mais. 
5- A figura mostra duas barras metálicas presas por uma das extremidades a uma mesma 
parede. A temperatura inicial das barras é t, e seus comprimentos iniciais obedecem à 
relação, L1 = L2. Qual a relação entre os coeficientes de dilatação linear, a1 e a2, para que 
não varie com a temperatura? 
 
 
 
 
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6- Por que a água não deve ser usada como substância termométrica? 
 - Devido ao seu calor específico muito alto, que dificulta a leitura da temperatura, 
visto que ela tem baixa sensibilidade a mudanças térmicas. 
7- Explique porque a superfície de um lago congela-se primeiro. 
 - Devido à dilatação anômala da água, o gelo tem maior volume e, 
consequentemente, é menos denso que a água líquida, assim, ele flutua nela. Desse modo, o 
gelo vai se acumulando na superfície do lago, enquanto a água líquida continua no fundo 
até que, lentamente, sofre abaixamento da sua temperatura e torna-se gelo. 
8- Um orifício circular numa lâmina de alumínio tem diâmetro de 28,7 cm a 0°C. Qual o 
seu diâmetro quando a temperatura da lâmina alcançar 100°C?(a = 23 x 10-6 °C-1) 
ΔL = 23 x 10-6 x 28,7 x 100 = 0,066 cm 
Df = 28,7 + 0,066 = 28,766 cm. 
 
RESULTADOS E DISCURSSÕES 
 Com a realização da prática experimental, teve-se a oportunidade de entender o 
fenômeno da dilatação térmica que a maioria dos sólidos sofrem ao sofrerem uma variação 
de temperatura. Pode ser determinado o coeficiente linear do material utilizado, e, 
conseguiu-se a habilidade de determinar o coeficiente de qualquer material utilizando o 
dilatômetro. 
Concluiu-se que a dilatação térmica, além de depender da variação de temperatura 
sofrida, depende também do material utilizado, porque cada substância tem seu coeficiente 
de dilatação. Percebeu-se ainda a existência de algumas substâncias com dilatação anômala 
como a água. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
MAGNO, Anderson. Manual de práticas – Física experimental. Russas - CE: UFC, 
2016. 
HALLIDAY, David, Resnik Robert, Krane, Denneth S. “Física 2”, volume 2, 5 Ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2004. 
RIBEIRO, Lélio F Martins Ribeiro. Termologia: Temperatura e dilatação, calorimetria, 
gases, termodinâmica. Juiz de Fora/MG: UFJF, 2016.