[Fisica]Ensaio Calorimetria

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UNESA – Universidade Estácio de Sá
FISÍCA TEÓRICAEXPERIMENTAL II
Professor: Gustavo Siqueira Alvarenga
CALORIMETRIA
DILATAÇÃO TÉRMICA
2016
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).
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. 
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:
 (1)
Para retirarmos o sinal de proporcionalidade e introduzir um sinal de igual temos que incluir na equação uma constante, essa constante:
 (2)
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:
) (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 pode ser relacionado com a equação (2) supracitada formando assim:
Objetivo
	O experimento tem como objetivo identificar de que material é feito 3 corpos.
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).
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.
Resultado
Através da fórmula 2 foi possível identificar com coeficiente de dilatação de cada material:
	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
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.
Referência Bibliográfica
BARROS, L. M. DE. Física Teórica Experimental II. 1a. ed. Rio de Janeiro: Seses, 2016. 
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