20A - 418194 - 09

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Centro de Ciências
Departamento de Física
Disciplina de Física Experimental para Engenharia
Semestre 2018.2
PRÁTICA 09: 
DILATAÇÃO TÉRMICA
Aluno: Lucas Santos Oliveira 
Curso: Engenharia Química 
Matricula: 418194
Turma: 20A
Professor: Israel Nascimento
Data de realização da prática: 24/10/2018
Horário de realização da prática: 16h00min às 18h00min
Sumário
1. Objetivos	2
2. Material	2
3. Introdução	3
4. Procedimento	4
5. Questionário	6
6. Conclusão	11
7. Bibliografia	12
1. Objetivos
- Determinação do coeficiente de dilatação linear de sólidos.
- Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica.
2. Material
- Dilatômetro.
- Tubos ocos de: aço, latão e alumínio.
- Relógio comparador.
- Kitasato (pyrex).
- Termômetro.
- Lâmina Bimetálica.
- Fita Métrica. 
- Luvas térmicas.
- Fogareiro elétrico.
3. Introdução
Dilatação Térmica 
O conceito de dilatação é mais facilmente compreendido por meio de exemplos simples, como o explicitado logo em seguir. 
Um corpo qualquer ao ser submetido a uma temperatura acima da ambiente terá o grau de agitação das suas moléculas aumentado, o que, consequentemente, irá provocar um aumento no volume do mesmo, ou seja, o corpo irá dilatar.
Com isso, utilizando-se da fórmula da dilatação linear (FÓRMULAS...2018), a prática propõe um experimento com o fito de descobrir os valores dos coeficientes lineares () do aço, do alumínio e do latão. Na estrutura montada houve um suporte para segurar a barra que iria dilatar, um relógio comparador que iria medir a dilatação da barra (), um termômetro para medir a temperatura ambiente (), uma fita métrica para medir comprimento inicial da barra () e um sistema que iria fornecer vapor de água quente para dentro da barra a fim de dilatá-la (.
	Portanto, o valor de seria
	Tal situação pode ser observada por meio da figura a seguir: 
Figura 1 – Dilatação Linear.
Fonte: http://tudodeconcursosevestibulares.blogspot.com/2014/01/questoes-resolvidas-de-vestibulares.html
4. Procedimento 
1. Monte a experiência conforme indica a Figura 1. Tomando as seguintes precauções:
1.1 Suspenda o tubo escolhido nas hastes de sustentação do dilatômetro.
1.2 Fixe o tubo na haste próxima à entrada de vapor de água e deixe a outra extremidade livre para mover o pino do relógio comparador.
1.3 Verifique se o relógio comparador está fixado na terceira haste de modo que o mesmo toque a extremidade fechada do tubo oco. Lembre-se de zerar o relógio comparador antes de iniciar o aquecimento. Para isto gire o mostrador do relógio até que o “zero” coincida com a posição do ponteiro.
1.4 Posicione a saída lateral do tubo inclinada para baixo. Isso facilitará a saída de água que eventualmente venha a se condensar dentro do tubo. Coloque um recipiente para receber a água eventualmente condensada no tubo.
2. Meça o comprimento , à temperatura inicial, da porção do tubo considerada na dilatação (comprimento do tubo entre o ponto de fixação, na haste próxima a extremidade do mesmo por onde se dá a entrada do vapor de água e a extremidade fechada que toca o relógio comparador). Anote na Tabela 1.
3. Anote a temperatura inicial, t (temperatura ambiente).
4. Quando o ponteiro estacionar e estiver saindo vapor pela saída lateral do tubo oco, anote a temperatura final, t’ (temperatura do vapor d’água) e a medida da dilatação, ΔL (medida do relógio comparador).
5. Repita o procedimento para os outros tubos. Tenha cuidado ao trocar as amostras, pois a temperatura pode estar elevada e provocar queimaduras. Utiliza as luvas térmicas.
6. Indique na Tabela 1 as unidades utilizadas.
Tabela 1 – Resultados experimentais.
	MATERIAL
	 (mm)
	t (℃)
	t’ (℃)
	∆L (mm)
	α ()
	ALUMÍNIO
	520
	30,9
	99,9
	0,82
	22,85 
	LATÃO
	520
	27,7
	99,7
	0,69
	18,43 
	AÇO
	520
	31,2
	99,9
	0,43
	12,04 
7. Determine o coeficiente de dilatação linear de cada material fornecido.
	Aço
	Alumínio
	Latão
8. Observe o comportamento de uma lâmina bimetálica de modo a responder a questão 3. O professor deverá demonstrar seu funcionamento.
Figura obtida em 03/03/2016, da página:
http://brasilescola.uol.com.br/upload/conteudo/images/lamina-antes-do-aquecimento.jpg 
5. Questionário
1. Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada material fornecido com os valores respectivos da literatura. Indique o erro percentual em cada caso.
Resposta:
	
	 ()
	 ()
(JOSÉ, 2018)
	Aço
	
	
	Alumínio
	
	
	Latão
	
	
Legenda: Erro (%) = [1 – ( ()/ ())] x 100
	
	Aço
	Alumínio
	Latão
	Erro (%)
	0,33
	4,79
	7,85
Todos os valores obtidos ficaram abaixo de uma porcentagem de erro de 10%. Logo, pode-se afirmar que a prática foi efetiva.
2. Na figura abaixo vemos uma junta de dilatação em uma estrada de ferro. Justifique a necessidade de juntas de dilatação em estradas de ferro em função dos resultados da prática realizada.
Fig. 1. Juntas de Dilatação em uma estrada de ferro
(http://sites.termologiapy.com/)
Resposta:
Todos os dias o sol surgi para iluminar a Terra. Diante disso, diversos corpos são aquecidos, tendo suas temperaturas elevadas, o que irá fazer com que os mesmo sofrerem algum tipo de dilatação. 
As estruturas que apresentam um alto coeficiente de dilatação térmica terão uma dilatação maior, visto que o (coeficiente de dilatação) é proporcional a variação do comprimento do corpo, como podemos observar na fórmula da dilatação linear: . Com isso, vê-se necessário aplicar juntas de dilatação nessas estruturas a fim de que estas absorvam a variação do volume do corpo. Tal pensamento reflete-se nas outras fórmulas de dilatação, pois apresentam a mesma estrutura, como a fórmula da dilatação volumétrica onde é coeficiente de dilatação volumétrica e o é a variação do volume (FÓRMULAS... 2018).
3. Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas e é utilizada como elemento de controle em um termostato comum. Explique como ela funciona. 
Resposta:
	Uma lâmina bimetálica é constituída por dois metais diferentes pregados um ao outro. Ao aquecê-la, como os metais apresentam coeficientes de dilatação diferentes, um metal se dilata mais que o outro, fazendo com que a estrutura se curve para a esquerda ou para a direita. Caso a estrutura curve para a esquerda, o metal que se encontra na direita terá maior coeficiente de dilatação do que o que se encontra na esquerda. Já se o sistema se curvar para a direita acontece o contrário, o metal que se encontra na esquerda terá maior coeficiente de dilatação do que o que se encontra na direita.
	No termostato a lâmina bimetálica irá funcionar para ligar ou desligar o circuito elétrico, pois, ao aumentar a temperatura, a lâmina irá se curvar para um dos lados e, assim, não haverá corrente elétrica, visto que o sistema estará aberto. Ao parar de aquecer, a lâmina irá voltar para seu estado inicial e fechará o circuito, o que irá permitir a passagem de corrente elétrica. Tal situação também ocorre ao resfriar o sistema, já que a temperatura é diretamente proporcional ao comprimento do metal () e, como eles não possuem o mesmo coeficiente de dilatação, um irá ter o comprimento menor que o outro, o que irá fazer a estrutura curvar (TERMOSTATO, 2018). 
4. Explique o que ocorre ao período de um relógio de pêndulo com o aumento da temperatura. Com o aumento da temperatura, o relógio de pêndulo passa a adiantar, atrasar ou permanece marcando as horas corretamente? 
Resposta:
	Tendo em vista que a fórmula da dilatação linear é e o período de um pêndulo é , ao se aumenta a temperatura ( o comprimento (L) também aumentará, o que irá resultar em um aumento do período (T) do pêndulo. Como o período do pêndulo é o tempo necessário para percorrer todo o trajeto, o relógio precisará de mais tempo em uma oscilação, resultando em um atraso do mesmo (SILVA, 2018).
5. Uma pequena esfera de alumínio pode atravessar um anel de aço. Entretanto, aquecendo a esfera, ela não conseguirá mais atravessar o anel. (a) O que aconteceria se aquecêssemos o anel e não a esfera? (b) O que aconteceria
se aquecêssemos igualmente o anel e a esfera?
Resposta:
a) Caso o anel fosse aquecido em vez da esfera o diâmetro do mesmo aumentaria, o que facilitaria a passagem da esfera.
b) A esfera de alumínio se dilataria mais que o anel de aço, visto que o coeficiente de dilatação do alumínio é, aproximadamente, o dobro do coeficiente de dilatação do aço. Logo, a esfera não conseguiria mais atravessar o anel.
	
6. Explique porque a superfície de um lago congela-se primeiro quando a temperatura ambiente baixa para valores igual ou abaixo de zero grau Celsius.
Resposta:
	Tal fato é justificado devido a uma propriedade anômala da água que está relacionada à densidade. A maioria das substâncias aumentam sua densidade ao se tornarem sólidos, no entanto a água apresenta um comportamento contrário, visto que, ao se tornar sólida, ela aumenta de volume (dilata) e, consequentemente, diminui sua densidade. Diante disso, o gelo, por possuir uma densidade menor que a da água líquida, fica na superfície dos lagos e, como na superfície dos lagos a temperatura é mais fria do que nas profundezas, os gelos se unem e formam uma camada de gelo grossa (SILVEIRA, 2018).
7. Um orifício circular numa lâmina de alumínio tem diâmetro de 30,8 cm a 100 ºC. Qual o seu diâmetro quando a temperatura da lâmina baixar para 0 ºC? (α = ).
Resposta:
Como tem uma ordem de grandeza de , a expressão é considerada desprezível. 
Logo,
Substituindo os valores, tem-se
Utiliza-se novamente a fórmula da área de um circulo para descobrir o novo raio após resfriamento
Logo, o diâmetro é 30,73 cm a uma temperatura de 0℃.
6. Conclusão
Nesse laboratório foram realizados 2 procedimentos. 
O primeiro consistia em determinaram experimentalmente o coeficiente de dilatação do alumínio, do latão e do cobre. Eles colocaram as barras uma por uma em um suporte que tinha um relógio comparador, que ia medir o comprimento que a barra dilatou, e um sistema para fornecer vapor de água quente para dentro da barra que tinha um termômetro, o qual ia medir a temperatura do vapor. Ao aumentar a temperatura, a barra se dilatou e pressionou o relógio comparador e, assim, o comprimento da dilatação tornou-se conhecido. Então, com tais informações, foi possível calcular o coeficiente de dilatação de cada material, visto que a fórmula é .
No segundo procedimento, a fim de mostrar o funcionamento de uma lâmina bimetálica, o professor colocou tal lâmina em um suporte com uma lâmpada abaixo dela e ligou a luz. Após um período de tempo a lâmina se curvou em forma de arco.
Vale salientar que, no decorrer dessa prática, os alunos aprenderam as equações relacionadas a dilatação térmica, assim como aplicá-las, além de praticar o conceito de algarismos significativos ensinados na Prática 1, aprimorando, assim, seus conhecimentos no ramo prático e teórico.
Conclui-se que tais aprendizados serão colocados em prática em futuros projetos acadêmicos ou, até mesmo, na realização das avaliações as quais os alunos serão submetidos no decorrer do curso.
7. Bibliografia
· JOSÉ, Edson. Tabela: Coeficiente de dilatação linear de alguns materiais. Disponível em: <http://docente.ifrn.edu.br/edsonjose/disciplinas/fisica-ii-licenciatura-em-quimica-1/tabela-coeficiente-de-dilatacao-linear-de-alguns-materiais/view>. Acesso em: 02 out. 2018.
· FÓRMULAS de Dilatação. Disponível em: <https://www.sofisica.com.br/conteudos/FormulasEDicas/formulas10.php>. Acesso em: 02 out. 2018.
· TERMOSTATO. Disponível em: <https://www.portalsaofrancisco.com.br/curiosidades/termostato>. Acesso em: 02 out. 2018.
· SILVA, Domiciano Correa Marques da. Pêndulo Simples. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/pendulo-simples.htm>. Acesso em: 02 out. 2018.
· SILVEIRA, Fernando Lang da. Congelamento dos lagos. Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/novocref/?contact-pergunta=congelamento-dos-lagos>. Acesso em: 02 out. 2018.
· QUESTÕES DE CONCURSOS, VESTIBULARES E NOTÍCIAS DE CONCURSOS EM ABERTO. Disponível em: <http://tudodeconcursosevestibulares.blogspot.com/2014/01/questoes-resolvidas-de-vestibulares.html>. Acesso em: 03 out. 2018.
· DIAS, Nildo Loiola. Roteiros de aulas práticas de Física. Fortaleza, p.71-74, 2018. 
	08 de outubro de 2018	
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