Dilatação térmica em diferentes materiais

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Resumo – Apresentação dos dados obtidos após 
experiência de laboratório da dilatação linear sofrida por 
diferentes corpos (neste experimento hastes de alumínio, 
latão e ferro) quando aquecidos por uma fonte externa 
de calor. 
 
Palavras Chave – Dilatação; Dilatação linear; Dilatação 
de sólidos; Aquecimento de corpos; . 
 
I. INTRODUÇÃO 
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). 
4. 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: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura1: Dilatação linear (fórmula) 
Relatório de aula pratica Física II 
Dilatômetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Dilatações: superficial e volumétrica 
 
As dilatações superficial e volumétrica são aquelas 
em que prevalecem, respectivamente, variações de 
área e de volume. Os fatores que influenciam a 
dilatação térmica nesses casos são os mesmos da 
dilatação linear, ou seja: a dimensão inicial do 
material e a variação de temperatura. 
 
Assim, as equações que determinam essas dilatações 
são muito semelhantes à equação da dilatação linear, 
como se pode ver no quadro abaixo. As constantes β 
e γ são os respectivos coeficientes de dilatação 
superficial e volumétrica. 
 
Figura 2: Dilatação superficial e volumétrica 
 
É importante assinalar que os três coeficientes 
apresentados se relacionam quando se trata de 
um único material. Essa relação é dada a seguir: 
Figura 3: Relação entre os coeficientes de dilatação 
 
O estudo da dilatação dos sólidos possui importantes 
aplicações práticas, como a compensação da dilatação 
dos pêndulos, a dilatação dos trilhos e das pontes (e o 
conseqüente cálculo da separação entre os segmentos) 
ou o fabrico da vidraria de laboratório resistente ao 
calor. 
II. OBJETIVOS 
1. Conhecer e operar um um dilatômetro, a fim de se 
obter a variação de dilatação linear; 
2. Reconhecer a ocorrência de dilatação do material 
após este ser submetido a aquecimento; 
3. Determinar o coeficiente de dilatação linear (α) de 
três materiais diferentes(alumínio, ferro, latão). 
 
III. MATERIAL 
1. Roteiro para prática proposta pelo professor; 
2. Dilatômetro Wunderlich Linear de Precisão; 
3. Mangueira de silicone; 
4. Balão volumétrico (Vidrolabor 300 ml); 
5. Relógio marcador da dilatação acoplado ao 
dilatômetro; 
6. Fonte de calor para aquecimento da água (ebulidor 
elétrico); 
7. Termômetro; 
8. Três hastes metálicas de materiais diferentes (aço, 
latão e alumínio); 
9. 100 ml de água (acima do pedido no roteiro para 
realizar experiência com os 03 corpos de prova). 
 
As figuras a seguir mostram os materiais utilizados para 
a realização do experimento. 
Figura 4: Representação de todos os materiais utilizados. 
 
Figura 5: Representação das hastes a serem dilatadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6: Relógio marcador (precisão de centésimos de milímetros) 
 
 
Figura 7: Termômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 8: Balão volumétrico. 
 
 
Figura 9: Ebulidor elétrico. 
 
10: Representação de todos os materiais utilizados, assim como a sua 
montagem 
 
- O equipamento foi montado sobre a bancada do 
laboratório e nivelado antes de dar início às medidas. 
 
IV. PROCEDIMENTO 
 
Mediu-se inicialmente a temperatura ambiente no 
laboratório (27°C), 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 (520mm), 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 marcador” e “zerou-
se” o mesmo. 
 
Foram adicionados 100 ml de água (acima do pedido no 
roteiro para serem realizados os 3 experimentos) ao 
balão, a água foi aquecida até o ponto de ebulição. O 
termômetro foi colocado dentro do balão volumétrico, 
para avaliação de aumento da temperatura da água 
(97°C). 
 
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, expandindo a mesma. 
 
Assim que cessou o aumento do comprimento da haste, 
mediu-se na escala micrométrica do relógio comparador 
sua dilatação linear. 
 
Esse procedimento foi realizado para astrês diferentes 
hastes do experimento. E conseqüente realizada a análise 
da dilatação linear de cada uma. 
 
4.1 Haste de Alumínio 
Após o aquecimento da água e a aferição de sua 
temperatura foi testado inicialmente a dilatação sofrida 
pelo alumínio. Quando o relógio fixou em um 
determinado valor, foi determinada sua dilatação em 
84x10-2. 
 
Após todos os dados apurados foi feito o cálculo para 
obter o coeficiente linear apresentado pela haste de 
alumínio. 
11: Representação dos dados apurados 
4.2 Haste de Latão 
Após o aquecimento da água e a aferição de sua 
temperatura foi testado inicialmente a dilatação sofrida 
pelo alumínio. Quando o relógio fixou em um 
determinado valor, foi determinada sua dilatação em 
84x10-2. 
Após todos os dados apurados foi feito o cálculo para 
obter o coeficiente linear apresentado pela haste de 
latão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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12: Representação dos dados apurados 
 
4.3 Haste de Ferro 
Após o aquecimento da água e a aferição de sua 
temperatura foi testado inicialmente a dilatação sofrida 
pelo alumínio. Quando o relógio fixou em um 
determinado valor, foi determinada sua dilatação em 
84x10-2. 
Após todos os dados apurados foi feito o cálculo para 
obter o coeficiente linear apresentado pela haste de 
ferro. 
13: Representação dos dados apurados 
 
V. RESULTADO 
14: Comparativo dos dados apresentados com os dados obtidos 
 
Após a realização do estudo foi feita a comparação entre 
os dados obtidos e os dados teóricos apresentados 
anteriormente. Os coeficientes apresentaram uma 
pequena variação em relação aos dados comparados. 
VI. CONCLUSÕES 
Após a realização do estudo foi feita a comparação entre 
os dados obtidos e os dados teóricos apresentados 
anteriormente. Os coeficientes apresentaram uma 
pequena variação em relação aos dados comparados. 
 
Conclui-se então que esta variação não ocorreu por 
conta de erro do experimento, mas sim, por que as 
hastes mesmo sendo do mesmo material podem 
apresentar variação na sua composição inicial. Sendo 
assim, pode-se dizer que o estudo teve resultados 
favoráveis. 
 
Através do experimento realizado, foi possível notar que 
substâncias diferentes dilatam-se de formas diferentes, 
resultando em variados coeficientes lineares. 
 
Quando a temperatura de uma substancia sofre aumento 
de temperatura suas moléculas passam a oscilar mais 
rapidamente e tendem a se afastar umas das outras. O 
resultado disso é uma dilatação da sustância. Com 
poucas exceções, todas as formas de matéria – sólidas, 
líquidas, gasosas ou plasmas – normalmente se dilatam 
quando são aquecidas, e contraem-se quando resfriadas. 
A dilatação térmica é um efeito que tem que ser 
atentamente considerado nas engenharias. 
 
VII. REFERÊNCIAS 
 
RESNICK, Robert; HALLIDAY, David; KRANE, 
Kenneth S.; FÍSICA II, 5ª edição, volume 02; Ed. LTC 
– Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2003 
HEWITT,Paul G.; FÍSICA CONCEITUAL 9ª edição, 
Porto Alegre: Bookman, 2002. 
CHAVES, Alaor.; FÍSICA BÁSICA: Gravitação, 
fluidos, ondas, termodinâmica Rio de Janeiro:LTC, 
2007.