Relatório 7 - Fisica 2

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
“Júlio de Mesquita Filho”
Engenharia Ambiental
Laboratório de Física 2 – Relatório 7
DILATAÇÃO
Acadêmicos:	
Engenharia Ambiental
 Professor Doutor Celso Xavier Cardoso
Presidente Prudente – 23/10/2013
RESUMO
	Este relatório refere-se ao experimento com dilatômetro, onde primeiramente medimos em dois locais (um no início e outro no fim) do aparelho as temperaturas iniciais. Assim obtivemos uma variação inicial da temperatura e também sua dilatação (esta estava na marca de 500 mm, e obtivemos através da marcação do próprio dilatômetro). Depois de feitas as primeiras medições, engatamos por uma mangueira de borracha, um recipiente contendo a água fria. Começamos fornecer calor a esta água, que conforme foi aquecendo seu vapor foi se espalhando por todo o aparelho, fazendo que ocorrece uma dilatação. No momento em que o sistema atingiu um equilíbrio térmico fizemos as medições da temperatura, novamente em dois locais ao longo do aparelho, para encontrarmos a variação da temperatura do dilatômetro após o equilíbrio e a dilatação. 
OBJETIVOS
Relacionar a variação de comprimento de um corpo de prova em função do comprimento inicial e da variação de temperatura ∆t e em função da variação de temperatura experimentada pelo corpo de prova de latão. Determinar também o coeficiente de dilatação linear do latão.
INTRODUÇÃO
Verificar-se-á através de experimentos realizados em laboratório os efeitos da variação da temperatura sob corpos sólidos. Baseando-se na teoria da Dilatação Térmica, sabe-se que essa variação causará alteração nas dimensões dos mesmos. 
Quando a variação Δt= tf – ti é positiva, ou seja, a temperatura aumenta durante o processo, os átomos que constituem o corpo se agitam mais, com isso a distância média entre eles aumenta. Assim sendo, o corpo se dilata. De uma forma geral, todos os corpos se dilatam após serem aquecidos e se contraem após terem sua temperatura reduzida.
Tendo-se como corpo a ser analisado uma barra de metal, pode-se esperar que a dilatação ocorra mais consideravelmente em apenas uma dimensão, o comprimento. A este tipo de dilatação dá-se o nome de Dilatação Linear.
Dilatação Linear
Estudar-se-á uma barra homogênea de comprimento  a uma temperatura inicial . Quando esta temperatura é aumentada até uma   (>), observar-se-á que esta barra passa a ter um comprimento  (>).
	 
	 
 
Onde ΔL = –   é a variação do comprimento, ou seja, a dilatação linear da barra. E Δt =  –  é a variação da temperatura da barra. Assim, pode-se salientar que a dilatação linear depende:
- do comprimento inicial () do corpo;
- da variação da temperatura durante o processo (Δt);
- do material que constitui a barra.
Ao fim das atividades propostas no desenvolvimento do roteiro, e mediante tais constatações, compreender-se-á essas relações que culminaram na seguinte equação para dilatação linear dos corpos: 
Sendo α uma constante denominada de coeficiente de dilatação linear característica do material que constitui o corpo. A unidade usada para α é o inverso da unidade de temperatura, como: .
MATERIAL NECESSÁRIO
Um dinamômetro composto por base de sustentação horizontal única, esperas posicionadoras, painel de leitura direta com precisão de 0,01 mm, haste suporte, pinça com mufa fixa, reservatório volumétrico de 250 ml e um corpo de prova de latão;
Medidor de temperatura;
Um conjunto com conexão rápida de saída lateral ( inclusive entrada para termopar);
Um conjunto com conexão rápida longitudinal. Com entrada termopar;
Uma fonte térmica;
Um pano de limpeza;
Um recipiente qualquer com água fria.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
1. Variação do comprimento em função do comprimento inicial, de um metal, devido a sua variação de temperatura
1.1. Determine o comprimento inicial do corpo de prova, distância Lo entre o centro do alinhador até o medidor (este é o único trecho do corpo de prova que terá influência sobre a leitura indicada pelo medidor).
Resposta: Lo= 500 mm
1.2. Determine a temperatura inicial Ɵ0 do sistema.
Resposta: Ɵ0 = 28,5ºC
1.3. Ative a fonte de calor e aguarde para que o sistema entre em equilíbrio térmico. O momento para a execução da leitura da temperatura deve ser (no mínimo) 60 segundos após a estabilização da variação do comprimento.
Após o equilíbrio térmico, determine as temperaturas nos pontos de entrada e saída dos vapores.
Resposta: Entrada = 64,8ºC ; Saída = 57ºC
Coincidem estas temperaturas? Justifique sua resposta.
Resposta: Não, pois há troca de calor do corpo de prova com o ambiente, diminuindo a temperatura na saída.
1.4. Calcule a temperatura média final Ɵ do corpo de prova.
Resposta: 
1.5. Calcule a variação de temperatura ∆Ɵ sofrida pelo corpo de prova.
Resposta: ∆Ɵ = 60,9 - 28,5 = 32,4ºC
1.6 .Verifique a variação de comprimento ∆L sofrida pelo corpo de prova.
Resposta: 46 mm
1.7. Represente matematicamente a relação existente entre ∆L e L0 (para uma mesma variação de temperatura) identificando cada termo da mesma.
Resposta: ∆L = L0.α.∆T, onde:
∆L: Variação de comprimento
L0: Comprimento inicial
α: Coeficiente de dilatação linear
∆T: Variação de temperatura
2.Variação do comprimento numa barra de latão em função da temperatura mantendo constante o comprimento inicial
2.1.Determine o comprimento inicial do corpo de prova, distância L0 entre o centro do alinhador até o medidor (este é o único trecho do corpo de prova que terá influência sobre a leitura indicada pelo medidor).
Resposta: L0 = 500 mm
2.2. Anote a temperatura inicial Ө0 do sistema.
Resposta: 28,5 ºC
2.3.Fazendo circular água a diferentes temperaturas pelo interior do corpo de prova verifique a validade da seguinte afirmação:
“A variação de comprimento sofrida por um material é diretamente proporcional a sua variação de temperatura, isto é: ∆Lα∆C”.
Resposta: Verificamos que conforme houve um aumento na temperatura da água a variação do comprimento foi maior.
CONCLUSÃO
Após a realização do experimento foi possível observar e comprovar a ação da variação de temperatura no que diz respeito à dilatação de um específico material, no caso, um corpo de prova de latão.
Conforme a lamparina acesa esquentava o recipiente com a água, o vapor d’água transportava calor ao longo do corpo, porém, não uniformemente, devido a troca de calor do corpo de prova com o ambiente, comprovando isso de maneira em que nas entradas e saídas de vapor as temperaturas medidas foram diferentes. Ainda nesse processo, o painel de leitura do dilatômetro nos deu a variação de comprimento (ΔL) sofrida pelo corpo de prova após a temperatura não aumentar mais e definirmos uma temperatura média ao sistema (considerando que a temperatura não era a mesma em todo o corpo).
Realizado todos os passos do processo, podemos concluir e comprovar o estudo da dilatação térmica na termodinâmica, junto à equação física:
ΔL = L0α ΔC
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
HALLYDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER J. Fundamentos de Física, Vol. 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 8° Edição. Rio de Janeiro, LTC, 2011
Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Dilatacao/linear.php>
Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-linear.htm>