DILATAÇÃO TÉRMICA Física experimental II

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
DILATAÇÃO TÉRMICA 
 Douglas Kurz (201402238177)
Renée Vilas Boas (201403061025)
Turma : 3105 / Quarta feira ( 21:10 àS 22:50)
Professora : Cláudia Física experimental ll 
INTRODUÇÃO
Um corpo sólido, submetido a ação do calor, apresenta alterações em suas dimensões a medida que sua temperatura varia. A dilatação segundo uma dimensão é denominada dilatação linear. Um bom exemplo é o espaço deixado entre os trilhos de uma linha férrea. Caso este espaço não existisse, os trilhos iriam se deformar, pois apesar da dilação ser muito pequena, quando comparada ao comprimento do trilho , as forças envolvidas são de magnitude muito grande. 
 Vamos analisar a dilatação linear de uma haste fina de comprimento inicial à temperatura T0.
Variando a temperatura desta haste para T, verifica-se que seu comprimento final muda de valor, para . 
A pratica realizada no laboratório mostrou conceitos de dilatação linear, variação de comprimento e temperatura. Se a temperatura de uma barra metálica de comprimento L aumenta de um valor T, seu comprimento aumenta de um valor 
 = ..T,
Onde é uma constante chamada de coeficiente de dilatação linear. A unidade do coeficiente é o ou . Embora varie ligeiramente com a temperatura, na maioria dos casos pode ser considerado constante para um dado material 
Em geral os corpos se dilatam quando aquecidos, como acontece com uma haste de ferro ou com o mercúrio no interior de um termômetro. Alguns materiais, ao contrário, se contraem quando aquecidos, como acontece com a borracha. A água quando aquecida, se dilata quando estiver acima de quatro graus Celsius e se contrai se estiver abaixo desta temperatura, é por isso, por exemplo, que a água de lagos e oceanos congelam primeiro na superfície, possibilitando que formas de vida sobrevivam sob a camada de gelo. São estes e outros fatores que tornam tão importante o estudo da dilatação térmica dos materiais.
OBJETIVO
Realizar medições através dos instrumentos: dilatômetro linear e termômetro
Determinar experimentalmente o coeficiente de dilatação linear de uma barra metálica.
Identificar de qual material a mesma é feita através de uma pesquisa de uma tabela padronizada.
TEORIA
A dilatação corresponde a um aumento do espaçamento interatômico médio. Assim, num corpo sólido, se dois de seus pontos estão inicialmente à distância L, a variação ΔL dessa distância é proporcional a L. Para uma variação de temperatura ΔT suficientemente pequena, é também proporcional a ΔT. Logo:
ΔL = L0 . α . ΔT 
Embora α varie em geral com a temperatura, podemos, para fins práticos, desprezar esta variação (enquanto não nos aproximamos demasiado do ponto de fusão do sólido). 
	Para sólidos anisotrópicos, ou seja, aqueles cujas propriedades variam com a direção, como acontece com cristais, o coeficiente de dilatação linear assume valores diferentes em direções diferentes. Para um corpo isotrópico, α é independente da direção.
A Tabela abaixo mostra os coeficientes de dilatação linear de alguns materiais, que pode ser solucionado com o experimento realizado em sala.
MATERIAL UTILIZADO
Conjunto para dilatação linear
Termômetro 
Haste metálica 
PROCEDIMENTO PRÁTICO
Primeiramente encaixou-se um tubo conector do gerador de vapor até a extremidade da barra metálica, que estava acoplada ao dilatômetro linear, em seguida verificou-se a temperatura ambiente com o termômetro, e foi colocado o mesmo no gerador de vapor, para medir a temperatura da água contida dentro dele. Posteriormente encaixou-se outro termômetro na outra extremidade da barra metálica. Com todos os equipamentos conectados, ligou-se o gerador de vapor, e com o decorrer do tempo a temperatura foi aumentando, proporcionalmente ao comprimento da barra metálica. Foi possível verificar a variação de dilatação pelo medidor analógico do dilatômetro, que apresentava uma escala de 0,01 mm, registrando um valor de 0,61mm. 
DADOS (tabelas e cálculos)
	Temperatura inicial da barra (T0)
	24°C
	Temperatura final da barra (T)
	97 °C
	Comprimento inicial da barra (L0)
	484 mm
	Variação de comprimento (ΔL)
	0,61 mm
*T = 97° - 24° = 73°
Para os valores apresentados acima, devemos calcular o coeficiente de dilatação ( do material.
Aplicando a equação = ..T 
Temos: = 
 = variação de comprimento
 = comprimento inicial 
 = comprimento final
 = coeficiente de dilatação linear
T = variação da temperatura
= 
= 1,7 x 10-5 ºC-1
CONCLUSÃO
Cada substância reage de uma forma à mudança de temperatura, alguns dilatam mais, outros menos. Dizemos então que cada material tem um coeficiente de dilatação, a qual pode ser classificada em três tipos:
Linear: Quando levamos em conta a dilatação em uma dimensão, variação de comprimento, largura ou altura. Ex: Dilatação de fios ou colunas de líquido.
Superficial: Quando levamos em conta a dilatação em duas dimensões, variando assim a área. Ex: Dilatação de placas ou chapas de metal.
Volumétrica: Quando levamos em conta a dilatação em 3 dimensões, ou seja, a variação de volume. Ex: Dilatação de gases, sólidos de volume consideravelmente grande, líquido em recipientes, etc.
Para cada tipo de dilatação existe um coeficiente relacionado: coeficiente de dilatação linear, superficial e volumétrico representados respectivamente pelas letras  α, β e γ. Toda dilatação é volumétrica, mas em alguns casos podemos considerar apenas uma ou duas dimensões  para facilitar o estudo. Por exemplo, em um fio a dilatação linear é muito mais importante do que a dilatação volumétrica então, para efeito de simplificação, consideramos apenas sua dilatação linear.
De acordo com os dados coletados e cálculos constatou-se que a dilatação linear é diretamente proporcional as suas variáveis (temperatura, comprimento e coeficiente de dilatação). E que de acordo com o valor encontrado do coeficiente de dilatação linear da haste metálica, e se aproxima mais de 1,7 x , que corresponde ao cobre tendo como referência a tabela apresentada acima, considerando assim que o experimento apresentou-se como sendo o esperado.
Procedimentos experimentais
Instrumentos : Termômetros, dilatômetro linear e gerador de vapor. 
Material : uma barra de metal, água e tubos conectores.
Primeiramente encaixou-se um tubo conector do gerador de vapor até a extremidade da barra metálica, que estava acoplada ao dilatômetro linear, em seguida verificou-se a temperatura ambiente com o termômetro, e foi colocado o mesmo no gerador de vapor, para medir a temperatura da água contida dentro dele. Posteriormente encaixou-se outro termômetro na outra extremidade da barra metálica. Com todos os equipamentos conectados, ligou-se o gerador de vapor, e com o decorrer do tempo a temperatura foi aumentando, proporcionalmente ao comprimento da barra metálica. Foi possível verificar a variação de dilatação pelo medidor analógico do dilatômetro, que apresentava uma escala de 0,01 mm.
	Dados
	Medições/Unidades
	Temperatura inicial da barra
	24°C
	Temperatura final da barra
	85 °C
	Comprimento inicial da barra
	?? mm
	Variação de comprimento
	?? mm
 = variação de comprimento
 = comprimento inicial 
 = comprimento final
 = coeficiente de dilatação linear
T = variação da temperatura
 = ?.0,01 
 = ? mm
 = - 
0,6 = – ??
 = ?? mm
 = ..T,
?? = ?? ..( 85 °C – 24 °C)
 = ??
 ??. 
Dilatação relativa 
 = .T = = 1,237113402..100% = 0,12371134% 0,123%
O comprimento da barra aumentou 0,123%.
Gráfico
 (mm)0 T(°C) 
Conclusão
De acordo com os dados coletados, cálculos e gráficos constatou-se que a dilatação linear é diretamente proporcional as suas variáveis ( temperatura, comprimento e coeficiente de dilatação). E que de acordo com o valor encontrado do coeficiente de dilatação linear, se aproxima mais de 1,7. , que corresponde ao cobre.
Bibliografia 
Fundamentos de Física – Volume 2 – 8ª Edição - Halliday, Resnick – Editora LTC