Experimento 8 - Dilatação Térmica

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Universidade Estácio de Sá – CampusMacaé
	
	
	Curso: 
	Disciplina: 
CCE0848 - FÍSICA EXPERIMENTAL II
	Turma:
3083
	
	
	Professor (a): 
	Data de Realização:
09/03/2017
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Nome do Aluno (a): 
	Nº da matrícula: 
Experimento: Dilatação Térmica.
Objetivos:
Compreender como se efetua o processo de dilatação térmica dos materiais e calcular o seu coeficiente de dilatação térmica.
Introdução Teórica:
Quando se aquece um corpo, aumenta-se sua energia térmica, aumentando o estado de agitação das moléculas que o compõem. Estas moléculas precisam de mais espaço e acabam se afastando uma das outras aumentando o volume do corpo. Este fenômeno é conhecido como dilatação térmica. A dilatação térmica ocorre não só quando um corpo é aquecido, mas também quando é resfriado.
A dilatação térmica pode, então, ocorrer quando há um aumento no volume de um corpo que sofre variação na sua temperatura ou, quando há uma diminuição no volume de um corpo também ocorrida por ter sido submetido a uma variação de temperatura.
Porém, nem sempre o volume de um corpo aumenta quando sua temperatura aumenta. A água, por exemplo, à pressão atmosférica, diminui seu volume quando passa de 0 °C para 4 °C. Esse comportamento da água explica porque (nas regiões de clima muito frio) os lagos chegam a ter suas superfícies congeladas, enquanto no fundo a água permanece líquida a 4ºC. Como a 4ºC água tem densidade máxima, ela permanece no fundo não havendo possibilidade de se estabelecer o equilíbrio térmico por diferença de densidade. Mas este é um caso raro, pois normalmente o que acontece é:
1. Aumentando a temperatura de um corpo, este corpo sofre dilatação térmica e seu volume aumenta. Diz-se que ocorreu uma expansão térmica.
2. Diminuindo a temperatura de um corpo seu volume também diminui. Diz-se que ocorreu uma contração térmica.
Os estudos teóricos partem do conceito de coeficiente de dilatação, definido como o aumento ou diminuição de volume, área ou comprimento experimentado pela unidade de volume (área ou comprimento) quando a temperatura varia de 1ºC. De modo geral, os sólidos se dilatam menos do que os líquidos e estes menos do que os gases.
A dilatação térmica não ocorre somente nos corpos sólidos, mas nos líquidos e gasosos também. Nos corpos sólidos a dilatação ocorre em todas as direções, mas, esta dilatação pode ser predominante em apenas uma direção ou em duas. Sendo assim a dilatação térmica dos sólidos pode ser divida em:
Dilatação linear
A dilatação térmica linear, ou simplesmente dilatação linear, ocorre em corpos em que o comprimento é a dimensão mais importante, como por exemplo, em cabos e vigas metálicas. Por esse motivo, quando sujeitos a variações de temperatura, corpos com esse formato sofrerão, principalmente, variações no comprimento. Essas variações estão diretamente relacionadas a três fatores:
1. O comprimento inicial do objeto (representada por L0);
2. O material de que ele é feito (representado por α);
3. A variação de temperatura sofrida por ele (representada por ΔT).
A partir desses três fatores, pode-se chegar a uma equação matemática que mostra como determinar a alteração de comprimento sofrida por um corpo devido a variações de temperatura, como se vê na figura a seguir, em que ΔL representa precisamente a alteração de comprimento:
Observou-se atentamente no relógio comparador o aumento da dilatação linear da haste. À medida que a temperatura da água aumentou e, conseqüentemente a da haste também, a mesma se expandiu.
Materiais Utilizados:
Kit de dilatação térmica EQ019A;
Régua milimetrada;
Termômetro;
Tripé; 
Erlenmeyer;
Lamparina;
Procedimentos:
Mediu-se inicialmente a temperatura ambiente no laboratório, a qual era igual à temperatura inicial da haste metálica, uma vez que a mesma se encontrava em equilíbrio térmico no laboratório. Em seguida, mediu-se o comprimento da haste na temperatura ambiente , com o auxílio da escala milimetrada. Fixou-se uma de suas extremidades ao corpo do dilatômetro, encostando a outra extremidade ao elemento de contato do “relógio comparador” e “zerou-se” o mesmo. Foram adicionados 50 ml de água ao balão de fundo chato, a água foi aquecida até o ponto de ebulição. O termômetro foi fixado dentro do balão volumétrico, para avaliação de aumento da temperatura da água. O vapor passou pela mangueira e o tubo do dilatômetro a fim de aquecer a haste metálica na mesma temperatura e estabelecer o equilíbrio térmico. Observou-se atentamente no relógio comparador o aumento da dilatação linear da haste. À medida que a temperatura da água aumentou e, conseqüentemente a da haste também, a mesma se expandiu.
Assim que cessou o aumento do comprimento da haste, mediu-se na escala micrométrica do relógio comparador sua dilatação linear e no termômetro a temperatura de equilíbrio térmico. Esse procedimento foi realizado para as três diferentes hastes do experimento. E conseqüente análise da dilatação linear de cada uma.
Dados:
	
	Modelo
	Numero de Serie
	Dados da Régua
	Cidepe
	EQ003A
	Dados do Relógio Comparador
	Digimess
	--
	Dados do Termômetro
	Incntern
	75997/10
	
	Comprimento do Tubo
	Incerteza da Medição do comprimento
	Temperatura ambiente
	Temperatura Final
	Incerteza da temperatura ambiente e final
	Deslocamento
	Incerteza do deslocamento
	Tubo1
	565,00mm
	0,05 mm
	24°
	94°
	0,5
	35dm/mm
	O, 5 mm
	Tubo2
	569,00mm
	0,05 mm
	37°
	99°
	0,5
	29dm/mm
	0,5 mm
	Tubo3
	568,00mm
	0,05 mm
	38°
	98°
	0,5
	72dm/mm
	0,5 mm
	
	Comprimento do Tubo
	Incerteza da Medição do comprimento
	Temperatura ambiente
	Temperatura Final
	Incerteza da temperatura ambiente e final
	Deslocamento
	Incerteza do deslocamento
	Tubo1
	565,00mm
	0,05 mm
	31°
	99°
	0,5
	78dm/mm
	O, 5 mm
	Tubo2
	569,00mm
	0,05 mm
	34°
	99°
	0,5
	8dm/mm
	0,5 mm
	Tubo3
	566,00mm
	0,05 mm
	31°
	99°
	0,5
	19dm/mm
	0,5 mm
	
	Comprimento do Tubo
	Incerteza da Medição do comprimento
	Temperatura ambiente
	Temperatura Final
	Incerteza da temperatura ambiente e final
	Deslocamento
	Incerteza do deslocamento
	Tubo1
	565,00mm
	0,05 mm
	31°
	99°
	0,5
	1dm/mm
	O, 5 mm
	Tubo2
	569,00mm
	0,05 mm
	33°
	99°
	0,5
	42dm/mm
	0,5 mm
	Tubo3
	566,00mm
	0,05 mm
	36°
	98°
	0,5
	20dm/mm
	0,5 mm
Cálculos:
Conversões:
 Tabela 1: Tubo 1: 35dm * 10 = 350 mm
 Tubo 2: 29dm * 10 = 290 mm
 Tubo 3: 72dm * 10 = 720 mm 
 
 Tabela 2: Tubo 1: 78dm * 10 = 780 mm
 Tubo 2: 8dm * 10 = 80 mm
 Tubo 3: 19dm * 10 = 190 mm  
 Tabela 3: Tubo 1: 1dm * 10 = 10 mm
 Tubo 2: 32dm * 10 = 320 mm
 Tubo 3:  20dm * 10 = 200 mm
Medias do Deslocamento:
Media do tubo 1:  (350  + 780 + 10) / 3 = 1.140 / 3 = 380 mm
Media do Tubo 2:  (290 + 80 + 320) / 3 = 690 / 3 = 230 mm
Media do Tubo 3: (720 + 190 + 200) / 3= 1.110 / 3 = 370 mm
Coeficiente de Expansão:
Tabele 1: 
 Tubo 1: Δl = α * L0  *  Δt
 380 = α * 565,00*(94 - 24)
 380 = α *565,00 * 70
 380 = 39550 α
 α = 380 / 39550
 α = 9,60 x 10 -³ mm
Tubo 2:  Δl = α * L0  . *Δt
 230 =  α * 569,00*(99 - 37)
 230 =  α * 569,00* 62
 230 = 35278 α
 α = 230 / 35278
 α = 6,51 x 10 -³ mm
Tubo 3: Δl = α * L0  .* Δt
 370 =α * 568,00*(99-31)
 370 =α * 568,00 * 68
 370 =38624 α
 α = 370 / 38624
 α = 9,58 x 10 -³ mm
Tabela 2:
Tubo 1:  Δl = α * L0 *  Δt
 380 =α *565,00*(99-31)
 380 =α*565,00* 68
 380 =38420. α
 α = 380 / 38420
 α = 9,89 x 10 -³ mm
Tubo 2:  Δl = α * L0  .* Δt
    230 = α * 569,00* (99 - 34)
    230 = α .* 569,00*65
      230 =36985α
   α = 230 / 36985
 α =6,21x10-³ mm
Tubo 3:  Δl = α * L0  .* Δt
 370 = α *566,00*(99-31)
 370 = α.*566,00.*68
 370 = 38488. α
 α = 370 / 38488
 α = 9,61 x 10 -³ mm
Tabela 3:
Tubo 1:  Δl = α * L0  *  Δt
 380 =α *565,00*(99-31),
 380 =α.*565,00* 68
 380 =38420. α
 α = 380 / 38420
 α = 9,82 x 10 -³ mm
Tubo 2:  Δl = α * L0  *  Δt
    230 = α *569,00 * (98- 33)
    230 = α *569,00 * 65
      230 = 36985 α
  α = 230 / 36985
 α = 6,22x10-³ mm
Tubo 3: Δl = α * L0  *  Δt
 370 = α *566,00*(94 - 24)
 370 = α *566,00* 63
 α = 370 / 35658
 α = 0,010 mm ( 
Media do Coeficiente de Expansão:
Media do Tubo 1: (9,60 x 10 -³ + 9,89 x 10 -³ + 9,82 x 10 -³) /3 = 0,02931 / 3 = 9,77 x 10 -³ mm 
Media do Tubo 2: (6,51 x 10 -³ + 6,21x10-³ + 6,22x10-³) / 3 = 0,01894 / 3 = 6,31x10-³ mm 
Media do Tubo 3: (9,89 x 10 -³ + 9,61 x 10 -³ + 0,010) / 3 = 0,0295 / 3 = 9,83 x 10 -³ mm 
Conclusão:
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 1: 9,60 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 2: 9,89 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 3: + 9,82 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 1: 6,51 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 2: 6,21x10-³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 3: 6,22x10-³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 1: 9,89 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 2: 9,61 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Medida do Coeficiente de Expansão do tubo 3: + 0,010 mm ± 0,5 mm 
Media do Coeficiente de Expansão do tubo 1: 9,77 x 10 -³ mm ± 0,5 mm
Media do Coeficiente de Expansão do tubo 2: 6,31x10-³ mm ± 0,5 mm
Media do Coeficiente de Expansão do tubo 3: 9,83 x 10 -³mm ± 0,5 mm
Percebeu que com os valores obtidos das medias se obteve Platina no primeiro tubo cimento( concreto) no segundo tubo e Platina no terceiro tubo.
Verificou-se no experimento o que influencia no valor da dilatação linear e o seu deslocamento, pois com ele vemos a variação dos valores que nos mostram como muda em diferentes tipos de matérias.
As juntas de expansão existem em grandes pontes e edifícios, pois são destinadas a variação de expansão ou contração térmica por meio dos fluidos frios e quentes, absorvem movimentos axias, laterais e angulares, além de reduzir o ou eliminar vibrações mecânicas 
 
 As juntas de dilatação são separações físicas entre duas partes de uma estrutura. Essas segregações podem ser abertas ou fechadas (preenchidas com material elástico) e servem para que as partes possam se movimentar sem transmissão de esforço entre elas - o que poderia criar fissuras nas lajes e até mesmo nas vigas e pilares próximos.
São empregadas em diversas obras da construção civil. Entre elas, as obras de arte especiais, como são denominadas pontes e viadutos, por exemplo. O sistema de vedação das juntas deve acomodar a amplitude esperada do seu movimento e, como elas costumam ter vida útil muito menor que as pontes da qual fazem parte, devem ser inspecionadas regularmente e mantidas livres de detritos.
Verificou-se que os resultados do experimento se comparados ao teórico, apesar de sua discrepância, não ocorreu de ser significativa, apesar da sua diferença e erro encontrado, que eventualmente pode ter ocorrido na realização do experimento com alguns dos instrumentos de medição. Por fim, o experimento teve sua importância, na qual aprendemos experimentalmente a Dilatação térmica de diferentes materiais e como calculá-la.