Relatório 5 - Dilatação Termica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Allison Allan Dias Rocha - 21950579 
 ​Larissa dos Santos Barroso - 21954737 
 Thiago Damaceno Castro - 21952766 
 
 
 
 
 
Manaus - AM 
2019 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manaus - AM 
2019 
1. RESUMO 
No cotidiano, você já deve ter escutado algo sobre dilatação e o interesse é 
que pode ser uma palavra tão comum no dia a dia mas que ao pensarmos 
como um experimento físico nos traz algumas dúvidas. Então, iremos explanar 
este conceito e tentar fazer com que possamos determinar o coeficiente de 
dilatação térmica através de equipamentos e materiais dispostos no laboratório 
de Física, ao final iremos tabelar os resultados obtidos e comparar com os 
dados do Manual de Física 2 e tentar identificar os possíveis erros 
encontrados. 
 
2. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS 
Neste experimento, vamos determinar de forma empírica o coeficiente de 
dilatação linear (α) ​das barra metálicas de latão, alumínio e cobre. Para 
este ensaio fez-se necessário medir grandezas, tais como: comprimento 
inicial (mm) ​e temperatura inicial das hastes ​(Cº) ​as variações de 
comprimento (mm) e de temperatura (Cº) das haste s. om as grandezas 
definidas e medidas , foi possível obter as média das variações de 
temperatura ​(∆T) e comprimento ​(∆L) e com isso determinar o coeficiente 
de dilatação térmica dos metais estudados. Portanto, neste experimento vamos 
determinar o coeficiente de dilatação linear de uma barra metálica de latão, 
alumínio e cobre, relacionar a variação de comprimento sofrida por uma 
barra em função da variação de temperatura experimentada pela mesma e 
relacionar a variação do comprimento sofrida por uma barra em função 
do comprimento inicial da mesma. 
 
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Uma das propriedades da termodinâmica bastante importante é a 
expansão ou dilatação térmica. Podemos observá-las em vários aspectos 
em nosso cotidiano como, por exemplo, nos trilhos dos trens, obturações 
dentárias, pontes e viadutos etc. Expansão ou dilatação refere -se a 
capacidade que um determinado material tem de se expandir. Isto está 
inteiramente ligado a temperatura que pode ser definida como um nível 
de atividade térmica ou a força motriz para a transferência de calor 
(medida em ​°C, K ou F​) e o calor, ​Q​, é energia térmica (expresso em ​cal, J​, ou 
BTU​). Quando a temperatura de um sólido aumenta ele se expande 
porque os átomos que o compõe começam a vibrar em torno de suas 
posições d e equilíbrio com uma amplitude que aumenta com a 
temperatura. Se o sólido se expande como um todo, a distância média 
entre o s átomos vizinhos deve aumentar. Ainda que essa expansão aconteça 
em toda s as direções e sentidos classificando -se como volumétrica o 
estudo deste trabalho foi feito com a dilatação linear a qual é um caso 
especial da dilatação volumétrica, visto que o objetivo foi encontrar um 
valor referente a variação linear expressa em mm. Toda substância possui u 
m coeficiente de dilatação linear α que é uma grandeza que expressa a 
constante de proporcionalidade da dilatação e que independe do formato 
do corpo. Dessa forma podemos determinar a dilatação de um sólido através 
da seguinte equação: 
 l .l .ΔtΔ = α o 
onde​, ΔL é a dilatação que desejamos encontrar; α é o coeficiente do 
material; Lo é o comprimento inicial da barra e ΔT é a variação de 
temperatura durante o experimento. Levando em consideração que a 
dilatação da barra oca é igual à dilatação de uma barra preenchida. O 
método neste trabalho para o tratamento dos resultados foi o método 
dos mínimos quadrados, o qual busca sobre os conjuntos de dados, 
obter as melhores retas que se ajustam aos valores experimentais. 
 
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL 
Material Necessário: 
● 1 Ebulidor; 
● 1 Extensômetro; 
● 1 Termômetro; 
● Tubos de: Alumínio, Ferro e Latão. 
 
Procedimento Experimental 
Começamos a montagem do experimento conforme o Manual de Física 2 e 
com o auxílio do técnico do laboratório, o tubo foi montado com uma das 
extremidades fixa e outra móvel, acoplada a um extensômetro. O grupo 
examinou para que a montagem estivesse de acordo com a Figura 1. Após isso 
anotamos a temperatura inicial do tubo (temperatura ambiente) para que 
pudéssemos começar o experimento. 
Foi medido o comprimento dos tubos, colocado ​⅔ de água no ebulidor e ao ser 
ligado aguardamos o vapor começar a sair para a outra extremidade, anotamos 
a leitura fornecida e repetimos o processo para os demais tubos. 
Fig.1 
 
5. RESULTADOS E ANÁLISES. 
● Cálculos do coeficiente de dilatação linear 
Neste procedimento iremos determinar a dilatação de 2 dos três tubos 
utilizados, os quais serão: 
Ferro: 0,46 mm 
∝ = 0,46500 . (100−30) 
∝ = 0,46500 . 70 
∝ = 0,4635000 
, 0001314 c ∝ = 0 0 °−1 
3, 4.10 c ∝ = 1 1 −6 °−1 
Latão: 0,64 mm 
∝ = 0,64500 . (100−30) 
∝ = 0,64500 . 70 
∝ = 0,6435000 
, 0001828 c ∝ = 0 0 ° 
8, 8.10 c ∝ = 1 2 −6 ° 
 
 Temperatura 
Inicial ( )C° 
Temperatura Final 
( )C° 
Coeficiente de 
dilatação ( )mm 
Ferro 30° 100° 3, 4.101 1 −6 
Latão 30° 100° 8, 8·101 2 −6 
 
6. CONCLUSÃO 
Através deste experimento, foi capaz notar que as substâncias distintas 
dilatam-se com diferentes temperaturas, ou seja, o que prova que seus 
coeficientes de dilatação são diferentes. O objetivo disposto no inicio do 
relatório também foi alcançado de forma que podemos comparar com outros 
dados para respondemos a pergunta abaixo. 
 
7. REFERÊNCIAS 
HALLIDY; RESNICK. Fundamentos de Física. v.2, 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. 
 
8. PERGUNTAS 
1. Compare os valores obtidos com os valores tabelados e enumere as 
possíveis fontes de erro do experimento? 
 
Valores Obtidos 
 Temperatura 
Inicial ( )C° 
Temperatura Final 
( )C° 
Coeficiente de 
dilatação ( )mm 
Ferro 30° 100° 3, 4.101 1 −6 
Latão 30° 100° 8, 8·101 2 −6 
 
Valores Tabelados 
 Temperatura 
Inicial ( )C° 
Temperatura Final 
( )C° 
Coeficiente de 
dilatação ( )mm 
Ferro 1, .101 4 −6 
Latão 9, ·101 0 −6 
 
A partir dos dados acima pôde -se observar que há uma grande 
discrepância entre o coeficiente de dilatação teórico e o experimental, 
isso pode ser resultante de erros instrumentais, como uma má calibração 
dos equipamentos, a qualidade dos instrumentos, que pode-se destacar 
como a razão do maior erro , como também erros devido a falhas de 
procedimento do observador, ou seja, uma má leitura dos instrumentos.