DILATAÇÃO TÉRMICA

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA DEPARTAMENTO DE FÍSICA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
Grupo: Mª Bárbara T. de Macêdo - 11410546 Mª Isabel de Oliveira Franco - 11500334
Vitória Reginna Cavalcante Ferreira - 11511749 
DILATAÇÃO TÉRMICA
18/11/2016
João Pessoa
OBJETIVOS
Determinar o coeficiente de dilatação α, de uma barra de alumínio (Al) e uma barra de Cobre (Cu), comparando os valores obtidos com valores tabelados, através de um procedimento especial que será demonstrado mais adiante.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Quando a temperatura aumenta, os átomos vibram com amplitudes maiores e sua distância média aumenta. Isto leva a uma dilatação de todo o corpo sólido. A variação de qualquer dimensão linear do sólido, como o comprimento, largura ou espessura, é chamada de dilatação linear.
Uma mudança de temperatura ΔT causa variação ΔLno comprimento L da dimensão linear. O experimento mostra que se ΔT for suficientemente pequeno, a variação ΔL será proporcional à variação de temperatura ΔT e ao comprimento original L. Então, pode-se escrever
ΔL =
L0 αΔT	(1)
onde α é uma constante chamada de coeficiente de dilatação linear. O valor de α depende do material e da faixa de temperatura. Podemos reescrever a equação 1 como
α =1 ΔL L0 ΔT
(2)
o que nos mostra que α é o aumento fracionário no comprimento por mudança unitária na temperatura. Embora α varie um pouco com a temperatura, para muitas aplicações práticas a temperaturas ordinárias, podemos supor que ele é constante. A tabela a seguir mostra alguns coeficientes de dilatação linear.
	Substância
	α (10-6 / 0C)
	Chumbo
	29
	Alumínio
	24
	Latão
	19
	Cobre
	17
	Aço
	11
	Vidro (Pirex)
	3,2
MATERIAL UTILIZADO
Aparelho de expansão linear;
Fonte de Tensão;
Hastes de Metais;
Tubo;
Termômetro;
Trena milimetrada;
Caldeira;
Aquecedor elétrico;
Copo;
Mangueiras de soro.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Inicialmente medimos o comprimento da barra de Alumínio, medimos sua temperatura e em seguida introduzidos a barra no tubo, fixamos uma das extremidades para que a barra só dilatasse para um lado e registramos a precisão através do micrômetro, onde o mesmo fica ligado à uma fonte de tensão com aproximadamente 3V e 0,4 A. Em seguida fechamos o circuito entre o micrômetro e a barra até acender uma lâmpada conectada ao mesmo. Após essas medições, conectamos as mangueiras, uma ligada a caldeira e conectada na parte inicial do tubo, e a outra mangueira, conectada ao final do tubo e conectada a um copo ( saída de vapor). Feito isso, esperamos um determinado tempo até que a leitura do termômetro se estabilizasse, e anotamos a temperatura final e fechamos o circuito novamente para que tivéssemos a leitura L2 do sistema.
Fig. 1 Esquema de quais materiais são utilizados no experimento.
QUESTIONÁRIO
Calcule o coeficiente médio de dilatação linear para as hastes de alumínio, cobre e aço.
R. a. Material: Alumínio
T0 = 55,80 ; T = 98,00 ; L0 = 60,00 ; L1 = 1,31 ; L2 = 1,98 ΔL = L2 – L1 = 0,67 mm
α = 27,03 x 10^-6/ º C
Compare percentualmente os valores que você obteve com os tabelados.
L 
Δ
TR. α = 1 ΔL
0
α= 1/60 x (0,67)/42,2
α= 27,03 x 10^-6/ ºC
Comparando com o valor de α(coeficiente de dilatação linear) tabelados, notamos que o valor do α do alumínio, é próximo do valor tabelado, mas essa diferença se deve aos erros de medidas cometidos durante os experimentos.
Mostre que a equação ΔL =
α .Lo.ΔT pode ser escrita como: L = Lo(1 +
α ΔT),
reconhecendo cada termo da mesma.
R. : Uma barra com comprimento L0 a uma temperatura T0. Quando essa temperatura varia de ΔT o comprimento varia de ΔL, onde ΔL é proporcional a L0 e introduzindo uma constante de proporcionalidade α (que é diferente para diferentes materiais) podemos expressar essas
dependências mediante a equação: ΔL =
αL0ΔT .
Se um corpo possui comprimento L0 a uma temperatura T0, então seu comprimento L a uma temperatura T = T0 + ΔT é: L = L0 + ΔL = L0 + αL0ΔT = L0 (1 + αΔT).
CONCLUSÃO
Esse experimento permitiu perceber a dilatação de um metal, onde pudemos notar que um metal quando é submetido a altas temperaturas, ele sofre uma dilatação, ou seja, ele sofre um aumento no seu comprimento. Obtivemos alguns dados antes de esquentarmos a barra, e coletamos outros dados após o aquecimento da mesma. Notamos que a teoria dos erros está presente em todas as experiências que envolvem medições, pois alguns resultados deram bem próximos devido a erros medidas, para que isso seja evitado ao máximo, calibramos os instrumentos, e anotamos alguns dados várias vezes, feito isso tentamos evitar os possíveis erros nos cálculos.
Por fim, fizemos alguns comentários sobre três questões propostas no questionário, nas quais o coeficiente de dilatação linear foi o foco principal.
REFERÊNCIAS
Material disponibilizado pelo Prof. Joel.
HALLIDAY,D.; RESNICK, R.;WALKER, J. Fundamentos de Física. 9ª edição. Rio de Jeneiro: LTC, 2012 v.4.