[Fisica]Ensaio Calorimetria

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UNESA – Universidade Estácio de Sá 
FISÍCA TEÓRICAEXPERIMENTAL II 
 
 
CALORIMETRIA 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
2016 
 
 
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Sumário 
1. Introdução .................................................................................................... 3 
2. Fundamentação Teórica .............................................................................. 3 
3. Objetivo ........................................................................................................ 6 
4. Descrição Experimental ............................................................................... 6 
4.1 Material Utilizado ................................................................................... 6 
4.2 Procedimento ........................................................................................ 6 
4 Resultado ..................................................................................................... 7 
5 Conclusão .................................................................................................... 7 
6 Referência Bibliográfica ............................................................................... 8 
 
 
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1. Introdução 
Um dos principais ramos dentro da física é a termodinâmica. Trata-se da 
área de estudo da temperatura, pressão e volume com suas causas e efeitos. O 
estudo da Termodinâmica é fundamental, pois está contida em inúmeros 
sistemas como motores, processos bioquímicos, refrigeradores, ar 
condicionado, estrutura de uma estrela (BARROS, 2016). 
Ainda na termodinâmica é possível distinguir várias áreas de estudos 
como: trabalho em uma transformação isobárica, energia interna dos gases, 
transformações isotérmicas, isocóricas e adibática entre outras. No presente 
trabalho é descrito especificamente a respeito da dilatação térmica , ou seja, o 
aumento das dimensões do corpo com o aumento da temperatura (BARROS, 
2016). 
2. Fundamentação Teórica 
A dilatação térmica ocorre com quase todos os corpos no estado sólido, 
líquido ou gasoso. Ou seja, quase todos os corpos se dilatam ou se contraem 
com o aumento ou a redução da temperatura. 
Já é sabido que todos os corpos são compostos de átomos (Figura 1) e 
com a variação de temperatura esses átomos vibram, menos ou mais. 
 
Figura 1: Exemplo de átomo 
Existem cinco tipos de dilatações: dilatação linear, dilatação do vazio, 
dilatação superficial, dilatação volumétrica e dilatação anômala da água. No 
presente documento será estudada especificamente a dilatação linear. Trata-se 
de uma área fundamental visto os diversos usos como em trilhos ferroviários 
(Figura 2), viadutos e até restauração dentárias. 
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Figura 2: Exemplo da aplicação do estudo da dilatação linear em trilhos ferroviários. 
 
A dilatação linear consiste no aumento linear de um corpo sólido cujo o 
comprimento é muito maior que as outras dimensões. Logo, a variação do 
comprimento é mensurável, enquanto a dilatação das outras dimensões tende a 
ser desprezível quando comparada ao comprimento (Figura 3). 
 
Figura 3: Exemplo de dilatação linear provocado pelo aumento de temperatura. 
 
A partir da Figura 1Figura 3 é possível estabelecer que L0 é o comprimento 
inicial a uma temperatura inicial T0. A medida que a vela aquece e o corpo atinge 
uma temperatura T, tem-se então uma variação de comprimento denominada 
ΔL. O aumento ΔL é diretamente proporcional ao comprimento inicial da barra 
(L0), a variação da temperatura ΔT e a expansibilidade da barra que é uma 
característica do material da barra que chamaremos de “E”. Logo: 
ΔL. µ. E. 𝐿0 . ΔT (1) 
Para retirarmos o sinal de proporcionalidade e introduzir um sinal de igual 
temos que incluir na equação uma constante, essa constante: 
ΔL =∝ L0 ΔT (2) 
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α:coeficiente de dilatação linear da barra sendo sua unidade de medida de o 
grau Celsius recíproco ( ºC-1) 
A variação de comprimento causada por essa variação da temperatura: 
ΔL = L – L0 substituindo em (2) , temos: 
𝐿 = L0 (1+ ∝ ΔT) (3) 
 Conforme descrito anteriormente, o coeficiente de dilatação linear de um 
sólido varia de acordo com a substancia que a compõe (Tabela 1). 
Tabela 1: Coeficientes de dilatação linear. 
COEFICIENTES DE DILATAÇÃO LINEAR 
SUBSTÂNCIA α (10-5 ºC-1) 
Chumbo 29 
Alumínio 24 
Latão 19 
Prata 18 
Cobre 17 
Ouro 14 
Ferro 12 
Concreto 12 
Vidro Comum 9,0 
Platina 9,0 
Tungstênio 4,3 
Vidro Pirex 1,2 
Invar 0,70 
Concreto 12 
Vidro Comum 9,0 
 No geral, a dilatação linear pode ser representada graficamente como: 
 
Figura 4: Exemplo gráfico da dilatação térmica linear. 
 O ângulo θ pode ser relacionado com a equação (2) supracitada formando 
assim: 
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ΔL =∝. L0. ΔT 
tgθ =∝ L0 
3. Objetivo 
 O experimento tem como objetivo identificar de que material é feito 3 
corpos. 
4. Descrição Experimental 
 Para saber o material utilizado em cada corpo através da termodinâmica 
foi realizado o aquecimento dos mesmos e então através da medição (ΔL) antes 
e após o aquecimento (ΔT) foi possível saber o coeficiente de dilatação. E então 
através do coeficiente é possível saber o material em questão visto que é um 
valor tabelado e sabido na literatura conforme descrito na Tabela 1. 
4.1 Material Utilizado 
• Kit de dilação térmica (sistema de vaporização elétrica); 
• Tubos de diferentes materiais (latão, cobre e alumínio); 
• Relógio comparador (medidor da dilatação); 
• Multímetro 
• Termopar 
• Termômetro 
• Conectores diversos; 
4.2 Procedimento 
Conforme descrito anteriormente cada objeto foi classificado e medido. 
Assim tivemos B1, B2 e B3. Após a medição e categorização, cada objeto foi 
aquecido através do sistema de vaporização elétrica (Figura 5). 
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Figura 5: Sistema de vaporização elétrica 
 
O sistema consiste em um recipiente com água ligado na energia elétrica 
aquece a água até aproximadamente 95 ºC (ΔT) gerando assim vapor 
responsável pelo aquecimento das barras (objetos). Vale destacar que a 
temperatura foi medida pelo multímetro auxiliado a um termopar. 
O contato do vapor d’água com a barra de ferro ocorreu o fenômeno da 
dilatação linear. Através do relógio comparador foi obtido o comprimento final, 
ou seja, Lf e assim calculado ΔL. 
4 Resultado 
Através da fórmula 2 foi possível identificar com coeficiente de dilatação de 
cada material: 
ΔL =∝ L0 ΔT 
Objeto T1 (ºC) TF (ºC) L0 (mm) LF (mm) α (ºC-1) 
B1 21 94,5 489 489,7 1,95E-05 
B2 25 95 500 500,85 2,43E-05 
B3 25 97,5 495 495,6 1,67E-05 
5 Conclusão 
 Sabido o coeficiente de dilatação de cada material através da tabela de 
coeficiente de dilatação dos materiais é possível inferir que os corpos B1, B2 e 
B3 são constituídos respectivamente de latão, alumínio e cobre visto que os 
elementos têm coeficiente de dilatação igual a 19 x10-5, 24 x10-5 e 17x10-5 ºC-1, 
respectivamente. 
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6 Referência Bibliográfica 
BARROS, L. M. DE. Física Teórica Experimental II. 1a. ed. Rio de Janeiro: 
Seses, 2016.