Laboratório 1

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Laboratório 1 — Dilatação linear dos sólidos 
Objetivos 
 Estudo da dilatação linear de tubos metálicos. 
Conceitos envolvidos 
 Estudo da dilatação linear dos metais, determinação do coeficiente linear de dilatação do material, interpretação da equação fundamental para a dilatação linear para um material metálico. 
Material necessário 
Um kit Dilatômetro linear Azheb. 
Procedimento experimental 
A) Corpo de prova – tubo de ferro 
1)	Fazer a montagem de acordo com a figura. Verificar se as conexões estão corretas e desentupidas. Registre com foto a montagem juntamente aos alunos do grupo. 
1.1	Fixar o tubo metálico rosqueando o engate, porém sem muita pressão, bastando encostar a ponta do engate no tubo. 
1.2	A outra extremidade do tubo deve encostar na ponta do medidor de dilatação (relógio comparador), de tal modo que o ponteiro dê uma volta completa. 
2)	Zerar o relógio comparador. Registre com foto.
 
3)	Colocar 50 cm3 de água no balão. Registre com foto. 
4)	Determinar o comprimento inicial L0 do tubo entre o relógio e a extremidade fixa. L0 = 520mm do metal que será utilizado no experimento.
 Lembre-se de que existem três metais distintos: tubo de ferro, tubo de latão e tubo de alumínio. 
5)	Determinar a temperatura inicial do tubo. q0 = 22ºC. (temperatura ambiente). Registre com foto a temperatura registrada. 
6)	Ligar a fonte térmica (lamparina) e sem tampar o recipiente espere que a água entre em ebulição. Registre com foto. 
7)	Medir a temperatura da água em ebulição. q = 100ºC. 
8)	Tampar o recipiente e aguardar o vapor percorrer o tubo. Registre com foto a montagem juntamente aos alunos do grupo. 
9)	Esperar e anotar a temperatura de equilíbrio térmico do tubo (temperatura de ebulição da água). qf = 60ºC. Registre com foto a temperatura apresentada. 
10)	Calcular a variação de temperatura sofrida pelo tubo. ∆q = qf – q0 =38ºC.
 ∆q = 38__ = ∆= 0,633
 60
 
11)	Anotar a dilatação do corpo de prova (indicado no relógio). ∆= 0,070 
12)	Calcular o coeficiente de dilatação linear do tubo. ∆L= α.L0.∆q
 α = 0,63__ = 1,7
 520.70 
13)	Comparar o resultado com o valor tabelado: 
 Material 	Valor (	 10-5 ºC-1) 
Ferro 		1,2 	 valor encontrado = 1,7
Latão 		2,0 	
Alumínio 	2,2 	
Ao analisar o valor encontrado, comparando com o valor da tabela a cima nota-se que mesmo a massa atômica do ferro sendo 1,25, obtivemos um valor de 0,05 mm a mais, com um E%= 41,6% a mais devido a não estarmos na pressão a nível do mar, verificação não tão precisa na medida da régua, condições fora da CNTP, mas os valores encontrados estão próximos do valor proposto.
B) Corpo de prova – tubo de latão 
1)	Fazer a montagem de acordo com a figura do procedimento A, porém, agora, com o tubo de latão. Verificar se as conexões estão corretas e desentupidas. Registre com foto a montagem juntamente aos alunos do grupo. 
1.1	Fixar o tubo metálico rosqueando o manípulo, porém sem muita pressão, bastando encostar a ponta do manípulo no tubo. 
1.2	A outra extremidade do tubo deve encostar-se à ponta do medidor de dilatação (relógio comparador), de tal modo que o ponteiro dê uma volta completa. 
2)	Zerar o relógio comparador, como no experimento anterior. Registre com foto. 
3)	Colocar 50 cm3 de água no balão. Registre com foto.
 
4)	Determinar o comprimento inicial L0 do tubo entre o relógio e a extremidade fixa. L0 = 520mm. Natureza do material de teste Latão. 
5)	Determinar a temperatura inicial do tubo. q0 = 22ºC. (temperatura ambiente). 
6)	Ligar a fonte térmica (lamparina) e, sem tampar o recipiente, esperar que a água entre em ebulição. Registre com foto. 
7)	Medir a temperatura da água em ebulição. q = 99ºC. Registre com foto a temperatura. 
8)	Tampar o recipiente e aguardar o vapor percorrer o tubo. Registre com foto. 
9)	Esperar o equilíbrio térmico e anotar a temperatura de equilíbrio térmico do tubo (temperatura de ebulição da água). qf = 90ºC
10)	Calcular a variação de temperatura sofrida pelo tubo. ∆q = qf – q0 = 68ºC. 
∆q = 68__ = ∆= 0,755mm
 90
11)	Anotar a dilatação do corpo de prova (indicado no relógio). ∆= 0,070. 
12)	Calcular o coeficiente de dilatação linear do tubo. ∆L= α.L0.∆q
 α = 0,75__ = 2,1
 52.68
13)	Comparar o resultado com o valor tabelado: 
Material 	Valor (	 10-5 ºC-1) 
Ferro 		 1,2 	 
Latão 		 2,0 	 valor encontrado = 2,1
Alumínio 	 2,2 	
Ao analisar o valor encontrado, comparando com o valor da tabela a cima nota-se que as ligas de latão (cobre/zinco). No latão o cobre com raio atômico de 0,1278 mm é substituído pelo átomo de zinco com 0,139 mm, assim nesta liga o zinco pode substituir até 40% do cobre, mantendo a estrutura CFC (Cúbica de Face Centrada), não afetando muito ao valor inicial proposto.
 
B) Corpo de prova – tubo de Alumínio
1)	Fazer a montagem de acordo com a figura do procedimento A, porém, agora, com o tubo de Alumínio. Verificar se as conexões estão corretas e desentupidas. Registre com foto a montagem juntamente aos alunos do grupo.
 
1.1	Fixar o tubo metálico rosqueando o manípulo, porém sem muita pressão, bastando encostar a ponta do manípulo no tubo. 
1.2	A outra extremidade do tubo deve encostar-se à ponta do medidor de dilatação (relógio comparador), de tal modo que o ponteiro dê uma volta completa. 
2)	Zerar o relógio comparador, como no experimento anterior. Registre com foto. 
3)	Colocar 50 cm3 de água no balão. Registre com foto. 
4)	Determinar o comprimento inicial L0 do tubo entre o relógio e a extremidade fixa. L0 = 520mm natureza do material de teste Alumínio. 
5)	Determinar a temperatura inicial do tubo. q0 = 22ºC. (temperatura ambiente). 
6)	Ligar a fonte térmica (lamparina) e, sem tampar o recipiente, esperar que a água entre em ebulição. Registre com foto. 
7)	Medir a temperatura da água em ebulição. q = 100ºC. Registre com foto a temperatura.
 
8)	Tampar o recipiente e aguardar o vapor percorrer o tubo. Registre com foto. 
9)	Esperar o equilíbrio térmico e anotar a temperatura de equilíbrio térmico do tubo (temperatura de ebulição da água). qf = 80ºC. 
10)	Calcular a variação de temperatura sofrida pelo tubo. ∆q = qf – q0 = 58ºC. 
∆q = 58__ = ∆= 0,725mm
 80
11)	Anotar a dilatação do corpo de prova (indicado no relógio). ∆= 0,045. 
12)	Calcular o coeficiente de dilatação linear do tubo. ∆L= α.L0.∆q 	Comment by Leonardo Rodrigues: 
 α= 0,72 = 2,3mm 
 520.58 
13)	Comparar o resultado com o valor tabelado:
Material 	Valor (	 10-5 ºC-1) 
Ferro 		 1,2 	
Latão 		 2,0 	
Alumínio 	 2,2 	 valor encontrado = 2,3
Ao analisar o valor encontrado, comparando com o valor da tabela a cima nota-se que o alumínio com uma massa atômica de 2,2, obteve-se um valor de 2,3 mesmo com condições semelhantes aos experimentos anteriores a taxa de E% mantendo-se próximo do valor proposto. Com suas propriedades moleculares pois é um excelente condutor de calor e eletricidade, assim não alterando sua massa ou volume quando exposto ao calor ou frio. 
 
	 TABELA
	 A
	 B
	Material
	 Valor (10-5 ºC-1)
	Valor obtido com experimento em laboratório
	FERRO
	 1,2
	 1,7
	LATÃO
	 2,0
	 2,1
	ALUMÍNIO
	 2,2
	 2,3
.
CONCLUSÃO
A expansão térmica deve-se a mudança na separação média entre seus átomos ou moléculas do material ao qual for submetido a uma variação térmica. Esses átomos que são localizados em posiçõesfixas de equilíbrio podem seguir um movimento harmônico simples, se o átomo for afastado de sua posição, uma força de restauração ou seja o puxa de volta. Se por acaso a temperatura de equilíbrio encontrada no experimento aumentasse em excesso o corpo de prova entraria em fusão.
Portanto, verifica-se que o ferro teve menor dilatação em relação ao alumínio e o latão, pelo fato de suas características físico-químicas serem diferentes como, por exemplo, o raio atômico do ferro que é 1,25 e o do alumínio é 1,30. Ou seja, a dilatação e diretamente proporcional ao coeficiente de expansão linear.
REFERÊNCIAS
Apostila Universidade Santo Amaro, módulo IV
JEWETT, John W. Princípios de Física: Movimento ondulatório e termodinâmica, Vol. 2.