Relatório Física Experimental - Dilatação Térmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMETOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL BÁSICA 
PRÁTICA 9: DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bárbara Alves Chagas – 422217 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
06 de novembro de 2018, 08:00 – 11:00 
 Fortaleza – Ceará 
OBJETIVOS: 
• Determinar o coeficiente de dilatação linear de sólidos; 
• Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica; 
 
MATERIAL: 
• Dilatômetro; 
• Tubos ocos de: aço, latão e alumínio; 
• Relógio comparador; 
• Kitasaco (pyrex); 
• Termômetro; 
• Lâmina bimetálica; 
• Fita métrica; 
• Luvas térmicas; 
• Fogareiro elétrico. 
 
 
PROCEDIMENTO 
1. Primeiramente, montamos a experiência conforme nos foi solicitado e tomando as seguintes 
precauções. 
• Suspendemos o tubo escolhido nas hastes de sustentação do dilatômetro. 
• Fixamos o tubo na haste próxima à entrada de vapor de água e deixamos a outra extremidade 
livre. 
• Fixamos o relógio comparador na terceira haste de modo que o mesmo tocasse a extremidade 
fechada do tubo oco. Zeramos o relógio comparador antes de iniciar o aquecimento. Para isto, 
giramos o mostrador do relógio até que o “zero” coincida com a posição do ponteiro. 
Posicionamos a saída lateral do tubo inclinada para baixo, facilitando a saída de água que se 
condensava dentro do tubo. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: [ 2 ] 
2. Medimos o comprimento L0, à temperatura inicial, do tubo entre o ponto de apoio fixo e a 
extremidade fechada que toca o relógio comparador e, anotamos. 
 
3. Anotamos, também, a temperatura inicial. 
 
4. Anotamos a temperatura final quando o ponteiro estacionou e, pela saída lateral do tubo oco, 
saia vapor. Em seguida, anotamos a medida da dilatação. 
 
6. Repetimos o procedimento para os demais tubos. 
Resultados Experimentais 
Material 𝐋𝟎 t t’ ∆L 𝜶 
ALUMÍNIO 435 mm 24ºC 92ºC 0,87 mm 2,9x10−5ºC−1 
LATÃO 435 mm 24ºC 92ºC 0,67 mm 2,3x10−5ºC−1 
AÇO 435 mm 24ºC 92ºC 0,38 mm 1,3x10−5ºC−1 
 
7. Determinamos o coeficiente de dilatação linear, de cada material fornecido. 
Aço: α =
∆L
L0∙∆t
=
0,38
435∙68
= 1,3x10−5ºC−1 
Alumínio: α =
∆L
L0∙∆t
=
0,87
435∙68
= 2,9x10−5ºC−1 
Latão: α =
∆L
L0∙∆t
=
0,67
435∙68
= 2,3x10−5ºC−1 
 
 8. Por fim, o professor demonstrou o funcionamento de uma lâmina bimetálica e pudemos 
observar seu comportamento. 
QUESTIONÁRIO 
1. Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada material fornecido 
com os valores respectivos da literatura. Identifique o erro percentual em cada caso. 
 Valor Experimental Valor Teórico Erro relativo 
Aço 1,3x10−5ºC−1 1,1x10−5ºC−1 18% 
Alumínio 2,9x10−5ºC−1 2,4x10−5ºC−1 20,8% 
Latão 2,3x10−5ºC−1 2,0x10−5ºC−1 15% 
 
2. Na figura (apostila), 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. 
 Temperatura é a medida da agitação das moléculas. Ao aquecermos uma substância, aumentamos 
a agitação de suas moléculas, causando um acréscimo no tamanho do objeto aquecido. Caso a resfriemos, 
acontece o processo inverso. As linhas ferroviárias estão sujeitas a sofrerem variações térmicas, e, 
consequentemente dilatam e expandem, as juntas de dilação são dispositivos criados para absorver a 
variação volumétrica das linhas ferroviárias, evitando que se deformem. 
 
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. 
 Uma lâmina bimetálica é constituída por duas lâminas de metal, cada uma delas com diferente 
coeficiente de dilatação. Quando estão em temperatura ambiente, as laminas são planas e têm as mesmas 
dimensões, mas ao serem aquecidas, dilatam-se de forma diferente e, uma das laminas ao se dilatar mais 
que a outra será responsável pelo arco formado. 
 
4. Explique o que ocorre com o 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? 
 Existe uma variação do comprimento do pêndulo de acordo com a temperatura. Isso ocorre 
porque a temperatura influência na dilatação dos pêndulos. No verão, quando a temperatura aumenta, o 
fio do pêndulo também aumenta, causando um atraso no relógio. 
 
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? 
 O anel dilataria, aumentando, assim, seu diâmetro e a esfera poderia passar com facilidade maior 
do que quando o anel está em temperatura ambiente. 
 
b) O que aconteceria se aquecêssemos igualmente o anel e a esfera? 
 Como o coeficiente de dilatação do alumínio é maior do que o do aço, a esfera de alumínio 
dilataria mais que o anel de aço impossibilitando sua passagem pelo 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. 
A água apresenta um comportamento anômalo em relação aos outros materiais. Quando está 
entre O °C e 4 °C, ao invés de se dilatar, ela se contrai, o que provoca um aumento em sua densidade. 
Esse fenômeno causa o congelamento da camada de água superficial, enquanto a inferior permanece no 
estado líquido, é justamente isso que mantém a fauna e a flora vivas no interior do lago parcialmente 
congelado. Como o gelo é um bom isolante térmico, ele evita a perda de calor da camada inferior para 
o meio externo, o que faz com que a água fique líquida e com temperatura entre 0 e 4 °C. 
 
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 alcançar 0 ºC? (α = 23x10-6 ºC-1). 
A = 𝜋r2= 11,8x10−2m2 
A = A0(1 + 2𝛼∆t) 
A = 11,8x10−2(1 + 2 ∙ 23x10−6 ∙ 100 - 0) = 11,9x10−2m2 
A =
𝜋∙𝑑2
4
→ 𝑑 = √
A ∙4
𝜋
= √
11,9x10−2 ∙ 4
𝜋
= 0,389m → 38,9 cm 
 
 
CONCLUSÃO 
 Nessa prática, aprimoramos nossos conhecimentos a respeito de dilatação térmica, uma variação 
no comprimento que ocorre quando o objeto é submetido a uma elevação de temperatura. Determinamos 
o coeficiente de dilatação de alguns sólidos e comparamos os resultados experimentais com os valores 
respectivos da literatura para obtermos um erro percentual. Alguns erros que podem ter comprometido 
o erro percentual são: não verificar se o relógio comparador estava zerado ou mesmo mal 
posicionamento dos tubos, forçando-os erroneamente no pino do relógio comparador. 
Ainda, pudemos verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica por meio da demonstração 
que nos foi feita. Entendemos que a lamina é constituído por dois metais diferentes, que têm coeficientes 
de dilatação diferentes e, por isso, se deformam de forma distinta. 
Concluímos que a dilatação térmica, além de depender da variação de temperatura sofrida, 
depende também do material utilizado, porque cada substância tem seu coeficiente de dilatação. 
Percebemos, também, a existência de algumas substâncias com dilatação anômala como a água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
[ 1 ] DIAS, N. L. Roteiro de Física Experimental Básica. Fortaleza-CE: UFC, 2018. 
 
[ 2 ] Disponível em: <https://www.ebah.com.br/content/ABAAAglEEAA/trabalho-8> Acesso em: 17 
de nov. de 2018. 
 
[ 3 ] PSCHEIDT, Ana Caroline. Dilatação térmica: o que é, o que causa! – Ciência e Diversão. Dispo 
nível em: <http://parquedaciencia.blogspot.com/2013/08/dilatacao-termica-o-que-e-o-que-causa.html> 
Acesso em: 17 de nov. de 2018. 
 
[ 4 ] PORTAL SÃO FRANCISCO. Lâmina Bimetálica. Disponível em: < https://www.portalsaofran 
cisco.com.br/fisica/lamina-bimetalica>Acesso em: 17 de nov. de 2018. 
 
[ 5 ] DUCOIN, Camille. Por que é que o relógio de pêndulo se atrasa no Verão? Disponível em: < 
https://www.spf.pt/magazines/GFIS/97/article/781/pdf> Acesso em: 17 de nov. de 2018.