Relatório-Dilatação-Térmica-Linear

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FÍSICA EXPERIMENTAL
Número do relatório: 04
Título: Dilatação Térmica Linear
Docente:
Fernando Luiz de Campos Carvalho 
Discentes:
Alessandro Costa Melo
Gabriela de Almeida Nascimento
Luiz Gustavo Rodrigues Godoy
São José dos Campos
2018
INTRODUÇÃO
Temperatura e calor são conceitos fundamentais no estudo da termologia, que é área da física que estuda os fenômenos associados ao calor, como temperatura, dilataçãotérmica, propagação de calor, comportamento dos gases, entre outros. 
A temperatura é utilizada para medir o grau de agitação ou a energia cinética das moléculas. Quanto mais agitadas essas moléculas estiverem, maior será sua temperatura.
O calor corresponde a energia em trânsito que se transfere de um corpo para o outro em razão da diferença de temperatura entre eles. Essa transferência ocorre do corpo que tem maior temperatura para o corpo de menor temperatura até atingir o equilíbrio térmico.
A dilatação térmica dos materiais com o aumento da temperatura pode ser observada em diversas situações cotidianas. Como por exemplo, em trilhos de ferro, pontes e viadutos com pequenas fendas que possibilitam a expansão da estrutura etc. A figura 1 mostra um exemplo de uma fenda existente na Ponte Rio-Niterói, que segundo aadministradora, esse vão acomoda a movimentação da estrutura da obra em função das variações térmicas.
Figura 1. Rachadura na Ponte Rio-Niterói
Fonte: (Reprodução/Facebook)
Outro exemplo seria um pote de vidro com uma tampa metálica, para conseguir desatarraxar a tampa metálica, basta colocar o pote debaixo de uma torneira de água quente. Tanto o metal da tampa quanto o vidro do pote se expandem quando a águaquente fornece energia aosátomos. Com a energia adicional, os átomos se afastam mais uns dos outros, atingindo um novo ponto de equilíbrio com as forças elásticas interatômicas que mantêm os átomos unidos em um sólido. Entretanto, como os átomos no metal se afastam mais uns dos outros que o os átomos do vidro, a tampa se dilata mais do que o pote e, portanto, ficou frouxa (HALLIDAY, 2013).
Dessa forma, os efeitos da variação da temperatura é a variação de dimensões em corpos sólidos e líquidos, processo denominado de Dilataçãotérmica e existem dois casos: dilatação linear e dilatação volumétrica.
A dilatação linear aplica-se apenas para os corpos em estado sólido e consiste na variação em apenas uma dimensão. Por exemplo, ao considerarmos uma barra homogênea, de comprimento L​0,​a uma temperatura inicial T​0,​ao ser aquecida, a barra passa a ter um comprimento L (L>L​0)​e uma temperatura T (T>T​0)​, como mostrado na figura 2. 
Figura 2. Dilatação Linear
Fonte: SÓFISICA (s.d.)
Assim, é possível concluir que adilatação linear ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial do objeto. Entretanto, a dilatação também será influenciada pelas propriedades do material em que o material é composto e essa peculiaridade é expressa pelocoeficiente de dilatação linear (α).
Portanto, torna-se possível expressar a seguinte relação:
ΔL=Lo* α * ΔT(1)
Em que: 
∆L: variação de comprimento do corpo que sofreu a dilatação linear. L​0: comprimento inicial do corpo.​	α: coeficiente de dilatação térmica do material que constitui o corpo.
∆T: variação de temperatura sofrida pelo corpo.
Graficamente, expressa-se adilatação linear de um corpo através de um gráfico de seu comprimento (L) em função da temperatura (θ), mostrado na figura 3. 
Figura 3. Representação gráfica da dilatação linear
Fonte: SÓFISICA (s.d.)
Além disso, 
L​0.α =​	ΔL/ Δθtan φ =ΔL/ Δθ
	∴tan φ = L​0.α​	
PROCEDIMENTOS
Iniciou-se medindo o comprimento inicial(Lo)da barra vazada com a trena e verificando a temperatura ambiente(To)do tubo contendo água. Em seguida, conectou-se o conduto flexível na barra, a fimde permitir a passagem de água. Ajustou-se o ponteiro do relógio comparador para zero.
Depois, acendeu-se um papel com álcool e aguardou-se a água ferver. Os vapores provenientes do interior do tubo passaram pelo conduto e pela barra aquecendo-a e fazendo que ela dilata-se. Observou-se, então, o comprimento dilatado da barra no relógio comparador. 
Por fim, aguardou-se a estabilização da temperatura e da dilatação, anotando-se a temperatura final do tubo metálico. A figura 4 mostra o experimento sendo realizado, evidenciando o termômetro, tripé e o painel horizontal. 
Figura 4. Material necessário
Fonte: acervo pessoal
DISCUSSÃO E RESULTADOS
O comprimento inicial medido foi de (​100,0​±​0,5)​cm​e denominou-se esse valor deLo.Verificou-se a temperatura ambiente no local do experimento e anotou-se​(27,4​±0,1) ºC​, determinandoTo. Após a dilatação, obteve-se a temperatura (T) e o comprimento (L) finais da barra, encontrando-se​(100,2 ± 0,1)​ºC e​(1,400 ± 0,005)​mm, respectivamente. 
Dessa forma, torna-se possível possível determinar o coeficiente de dilatação linear da barra estudada, utilizando a equação (1).
ΔL=Lo* α * ΔT
Em que:Lo= 100 cm
ΔL= 1,400 mm = 0,140 cm 
ΔT= 72,8 ºC
Substituindo, temos: 
	0,140 = 100 *α* 72,8	
∴α = (1,923​±​0,012)*10​-5​ºC​-1
Tal valor remete à substância de​Latão​, cujo valor do coeficiente de dilatação é igual a 1,9*10​-5​ºC​-1, valor mostrado no quadro 1.​	
Quadro 1. Alguns valores de Coeficientes de Dilatação Linear (ºC​-1​)
	Substância
	α
	Chumbo
	2,7*10-5​
	Latão
	1,9*10​-5
	Ferro
	1,2*10-5​
	Aço
	1,1*10-5​
	Alumínio
	2,3*10-5​
	Cobre
	1,7*10-5​
Fonte: JABORANDI (2008)
Também torna-se possívelplotar o gráfico 1, evidenciando a dilatação​linearda barra. É importante constar que a barra não sofreu dilatação​volumétrica​, pois ela estava presa em uma das extremidades, assegurando somente a dilatação em partes de comprimento. 
Gráfico 1. Dilatação linear da barra analisada
	
CONCLUSÃO
Devido a variação de temperatura ser um evento cotidiano, a dilatação térmica dos materiais não pode ser desprezada, a mudança do volume pode causar desde pequenos problemas nasnossas vidas como portas emperradas até grandes catástrofes como quedas de pontes.
É possível construir modelos matemáticos para prever o quanto pode variar o volume em função da variação de temperatura conhecendo o volume inicial e o coeficiente de dilatação térmica do corpo estudado, sendo importante para realização de grandes projetos na área da engenharia evitando potenciais acidentes.
BIBLIOGRAFIA
"Dilatação Volumétrica" em​Só Física​. Virtuous Tecnologia da Informação,2008-2018​. Consultado em 02/05/2018 às 15:04. Disponível na Internet emhttp://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Dilatacao/volumetrica.php
HALLIDAY&RESNICK, H.;​Fundamentos de Física.​9ª Ed. Vol.2. Ed. LTC,pgs 185, 189-191.
JABORANDI, F.;​Termologia​.​2008​. Disponível em: http://termologiajaborandi.blogspot.com.br/2008/05/dilatao-dos-slidos.html. Acesso em 02 de Maio de 2018.