dilatação térmica

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NOME: Carlos Henrique Azevedo da Silva Matrícula:20151114000077
DISCIPLINA: Física experimental II Turma: Física
PROFESSOR: Hygor Piaget DATA: 25/07/17
E-MAIL: rikinhoazevedo0@gmail.com
PRÁTICA 03: A ALTERAÇÃO DO COMPRIMENTO DO AÇO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA; A DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR DO COBRE, LATÃO E DO AÇO; A DILATAÇÃO DO LATÃO EM FUNÇÃO DO COMPRIMENTO INICIAL, SOB MESMA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA; DILATAÇÃO CÚICA DE UM CORPO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA.
Acaraú-CE
1.Objetivos
Reconhecer que os corpos metálicos aumentam de volume ao sofrerem um incremento de temperatura.
Relacionar a variação de volume sofrida no corpo de prova com a variação de temperatura.
Relacionar a variação do comprimento do latão em função de t(temperatura) .
Relacionar a variação do comprimento do latão em função do comprimento inicial.
Determinar o coeficiente de dilatação linear do latão, cobre e do aço.
Construir e interpretar tabela de dados coletados.
Construir o gráfico variação do comprimento versus temperatura de um corpo de prova.
2.Material
01 Corpo de prova em latão;
01 Corpo de prova em aço;
01 Corpo de prova em cobre.
01 Conexão rápida de saída;
01 Conexão de entrada;
01 Medidor de temperatura;
01 Batente móvel fim de curso;
01 Pano de limpeza;
01 fontes de calor;
01 garrafa térmica com água quente;
01 funil;
01 balde vazio;
01 recipiente com água fria;
01 Anel de Gravesande;
01 seringa 150 mL.
01 Becker.
3.Introdução 
 O aquecimento e resfriamento de objetos é algo bem comum na vida das pessoas, pois através disso grandes feitos podem ser realizados, como soldar uma barra de ferro em outra ao aquecê-las a uma certa temperatura, congelar água e fazer gelo, entre outras coisas. Esses tipos de atividades, revolucionaram o mundo desde suas primeiras tentativas. E algo bem curioso, porém não tão percebido pelas pessoas é a dilatação térmica, que ocorre devido a agitação dos átomos, fazendo com que variem suas distâncias entre si e consequentemente o corpo varia de tamanho.
Quando queremos abrir a tampa de recipientes de vidro com alimentos em conserva, uma atitude bem comum é molhar tudo com água quente, assim a tampa sai com mais facilidade, pois a tampa dilata-se mais do que o recipiente de vidro a certa temperatura, deixando assim uma maior facilidade para a remoção da mesma. Esse é um exemplo típico de dilatação térmica. Após diversos estudos e testes experimentais, comprovou-se que a dilatação térmica em uma barra homogênea, de espessura não significativa, é proporcional ao tamanho inicial da barra e sua variação de temperatura, e para que isso se torne uma igualdade, foi calculado um coeficiente de dilatação para cada tipo de material. Existem três tipos de dilatação, nas quais estão a Linear, que o corre em corpos onde a variação de tamanho significativa está no seu comprimento; a superficial, onde a variação significativa está no comprimento e na largura do corpo; e a volumétrica, onde a variação significativa está nas três dimensões do objeto. Neste relatório será abordada a dilatação Linear
.
4. Experimento 1 - A alteração do comprimento do aço em função do comprimento inicial, sob mesma variação de temperatura.
4.1 Procedimentos
Executamos a montagem conforme a figura 1.
Verificamos se o batente móvel está toando na ponteira do medidor de dilatações.
Verificamos se a escala do medidor está indicando o zero.
Medimos a temperatura ambiente.
Colocamos água no reservatório da fonte de calor.
Ligamos a fonte de calor a 300ºC. 
Conectamos o recipiente da fonte de calor na haste de latão através de uma conexão de entrada.
Conectamos o termômetro no recipiente da fonte de calor e vimos a variação de temperatura em tempo real.
Figura 1. 
4.2 Questionário 01
 Determine o comprimento inicial do corpo de prova. 
Resposta: Comprimento inicial .
 Determine a temperatura inicial do sistema.
Resposta: 30º C.
 Ligue as fontes de vapor e aguarde para que o corpo atinja a temperatura máxima. Após o equilíbrio térmico, determine as temperaturas nos pontos de entrada e saída dos vapores. Coincidem as temperaturas? Justifique sua resposta.
Resposta: Coincidem, pois como o corpo entrou em equilíbrio térmico com o vapor que estava passando por ele, tanto a entrada, quando a saída tinha a mesma temperatura.
 Calcule a temperatura média final do corpo de prova.
Resposta: 96ºC.
Calcule a variação de temperatura sofrida pelo corpo de prova.
Resposta:
Onde é a variação de temperatura, é a temperatura final e é a temperatura inicial.
Meça a variação de comprimento sofrida pelo corpo de prova. 
Resposta: A variação de comprimento é igual a 0,42 mm.
 Refaça a atividade anterior e medindo o novo sofrido pelo corpo de prova , agora com mm. 
Resposta: 
Repita o procedimento com mm e complete a tabela 1. 
Resposta: 
	Comprimento inicial da haste (mm).
	Temperatura inicial (média).
	Temperatura final (média).
	Variação de temperatura.
	Variação do comprimento (mm).
	500
	30°C
	96°C
	66°C
	0,42
	400
	30°C
	97°C
	67°C
	0,40
	300
	30°C
	97°C
	67°C
	0,24
Tabela 1.
Com os dados obtidos faça um gráfico versus deste corpo de prova.
 Represente matematicamente a relação entre e identificando cada termo da mesma.
Resposta: , onde é a variação de comprimento, é o comprimento inicial da haste, é o coeficiente de dilatação do material, e é a variação de temperatura sofrida pela haste.
Verifique a validade da afirmação: “ A variação de comprimento sofrida por um material é diretamente proporcional ao seu comprimento inicial”.
Resposta: De acordo com os resultados obtidos, viu-se que essa afirmação é verdadeira, pois quando menor o comprimento inicial da haste, menos o corpo variava seu comprimento.
5. Experimento 2 – Alteração do comprimento do latão em função da temperatura.
5.1 Procedimentos
Execute a montagem conforme a figura 2.
 
 Figura 2.
 5.2 Questionário 02
Determine o comprimento inicial do corpo de prova.
Resposta: 500 mm.
 Anote a temperatura inicial do sistema.
Resposta: 30°C.
 Fazendo a água circular em 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 ”. 
Resposta: Quanto mais fria ou mais quente é a água em relação a temperatura do material, maior vai ser a variação no seu tamanho. Então quando maior for a diferença de temperatura entre a água e o corpo de prova, mais esse corpo irá variar de tamanho.
6. Experimento 3 – Determinação do coeficiente de dilatação linear do cobre.
6.1 Procedimentos
Execute a montagem conforme a figura 3.
 
 
 Figura 3
 Questionário 03
 Determine o comprimento inicial do corpo de prova.
Resposta: Comprimento inicial .
 
 Determine a temperatura inicial do sistema.
Resposta: Temperatura inicial .
 Ligue a fonte de calor e aguarde para que o corpo de prova atinja a temperatura máxima. Após o equilíbrio térmico, meça as temperaturas nos pontos de saída e entrada de vapor.
Resposta: 97°C.
 Determine o sofrido pelo corpo de prova.
Resposta: 
 Determine o coeficiente de dilatação linear do corpo de prova. 
 Resposta: Dada a equação matemática que relaciona e : . Então . 
7. Experimento 4 – Determinação do coeficiente de dilatação linear do latão.
7.1 Procedimentos 
Execute a montagem conforme a figura 4.
 Figura
7.2 Questionário 04.
 Determine o comprimento inicial do corpo de prova.
Resposta:Comprimento inicial .
 Determine a temperatura inicial do sistema.
Resposta: Temperatura inicial .
Ligue a fonte de calor e aguarde para que o corpo de prova atinja a temperatura máxima. Após o equilíbrio térmico, meça as temperaturas nos pontos de saída e entrada de vapor.
Resposta: 96°C.
 Determine o sofrido pelo corpo de prova.
Resposta: 
 Determine o coeficiente de dilatação linear do corpo de prova. 
 Resposta: 
Dada a equação matemática que relaciona e : . Então . 
8. Experimento 5 – Determinação do coeficiente de dilatação linear do aço.
8.1 Procedimentos
Execute a montagem conforme a figura 5.
 Figura 5
8.2 Questionário 05.
 Determine o comprimento inicial do corpo de prova.
Resposta: Comprimento inicial .
 Determine a temperatura inicial do sistema.
Resposta: Temperatura inicial .
Ligue a fonte de calor e aguarde para que o corpo de prova atinja a temperatura máxima. Após o equilíbrio térmico, meça as temperaturas nos pontos de saída e entrada de vapor.
Resposta: 97°C.
 Determine o sofrido pelo corpo de prova.
Resposta: 
 Determine o coeficiente de dilatação linear do corpo de prova. 
 Resposta: 
Dada a equação matemática que relaciona e : . Então . 
9. Experimento 6 – A dilatação cúbica de um corpo em função da temperatura.
9.1 Anel de Gravesande
O anel de Gravesande é um aparato que nos mostra que uma esfera na temperatura ambiente consegue atravessar um anel, porém quando a esfera é aquecida, ela não consegue mais executar essa ação, devido ao fato dela se dilatar e aumentar seu tamanho, impedindo-a de atravessar o anel. Então é um instrumento que permite o estudo da variação de comprimento dos corpos em função da temperatura. Foi utilizado este aparato para o presente experimento.
9.2 Procedimentos
Colocamos 250 mL de água dentro de um Becker.
Ligamos a fonte de calor a 300°C.
Colocamos o Becker com a água na fonte de calor até a água ferver.
Após a água entrar em ebulição, colocamos a esfera de dentro d’agua, onde permaneceu por 2 minutos.
Colocamos a esfera para passar pelo anel após todos os procedimentos.
9.3 Questionário 06
Meça a temperatura inicial do sistema (temperatura ambiente).
Resposta: 30°C.
Comprove a passagem da esfera, à temperatura ambiente, pelo anel metálico.
Resposta: Passagem comprovada.
 Introduza a esfera no interior do copo e anote a temperatura atingida pela esfera após 2 a 3 min. 
Resposta: 100°C.
Calcule a variação de temperatura sofrida pela esfera. 
Resposta: 
 A variação de temperatura sofrida pela esfera foi de 70°C.
 Retire a esfera da água quente e teste sua passagem pelo anel.
Resposta: A esfera não conseguiu passar pelo anel.
 Esfrie a esfera na água fria e torne a testar sua passagem pelo anel. Tire suas conclusões. 
Resposta: Após resfriar a esfera ela voltou a passar pelo anel, o que comprovou que a temperatura de um modo geral é diretamente proporcional a variação do tamanho do objeto, ou seja, se a temperatura aumentar, o objeto dilata, se a temperatura diminuir o objeto contrai, assim como aconteceu com a esfera, que quando aquecida aumentou seu tamanho, impossibilitando-a de passar pelo anel, mas quando resfriada ela conseguiu passar normalmente.
9. Conclusão 
Após toda experimentação feita, pôde-se comprovar que os corpos variam de tamanho quando sua temperatura muda, e que dependendo do material ele varia mais ou menos em comparação com outros. E isso vem da definição de temperatura, que é o nível de agitação molecular e quanto maior a temperatura, mais agitadas estão as moléculas de um material, e quando essas moléculas vibram elas se distanciam umas das outras, e consequentemente o corpo aumenta. No geral, com exceção de poucos casos, quando um corpo é aquecido ele aumenta seu tamanho, e quando resfriado diminui, e isso foi bem visto no experimento quando as barras aumentavam seu comprimento quando suas temperaturas aumentavam. Então a dilatação térmica é um fator crucial nas construções de casas e edifícios, e os engenheiros tem que se atentar bastante a ela.
8. Referências
[1] DILATAÇÃO Térmica: Dilatação Linear . Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/dilatacao-termica/>. Acesso em: 25 jul. 2017.
[2] DILATAÇÃO Térmica. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/~leila/dilata.htm>. Acesso em: 25 jul. 2017.
[3] CAETANO, Mário. Coeficientes de Dilatação Térmica. Disponível em: <http://ctborracha.com/?page_id=1640>. Acesso em: 25 jul. 2017. 
[4] CALCULANDO Dilatações e Contrações: Dilatação térmica linear. Disponível em: <https://www.colegioweb.com.br/dilatacao-termica/calculando-dilatacoes-e-contracoes.html>. Acesso em: 25 jul. 2017. 
[5] MARTINS , Luciano Camargo . O anel de Gravesande . Disponível em: <http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idSecao=2&idSubSecao=&idTexto=86>. Acesso em: 25 jul. 2017.
[6] DILATAÇÃO Térmica . In: HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl . Fundamentos de Física Graviração, ondas e termodinâmica . 10.ed.. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. cap. 18, p. 194-195. v. 2.
[7] BISQUOLO, Paulo Augusto. Dilatação térmica: Calor faz corpos físicos aumentarem de tamanho.. Atualizado em 30/09/2011, às 8h22.. Disponível em: <https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/dilatacao-termica-calor-faz-corpos-fisicos-aumentarem-de-tamanho.htm>. Acesso em: 25 jul. 2017.