PRÁTICA 09 - DILATAÇÃO TÉRMICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
SEMESTRE 2020.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 09 
DILATAÇÃO TÉRMICA (VIRTUAL) 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: Eduardo Monteiro Nogueira 
MATRÍCULA: 498984 
CURSO: Engenharia de Telecomunicações 
TURMA: 32A 
PROFESSOR: Thiago de Melo Santiago 
DATA E HORA DA REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 19 / 01 / 2021 ÀS 10:00h 
 
 
 
 
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OBJETIVOS 
 
- Estudar a dilatação térmica em função da temperatura. 
- Determinar a coeficiente de dilatação linear de sólidos. 
- Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica. 
 
MATERIAL 
 
- Filme sobre o comportamento de uma lâmina bimetálica ao ser aquecida: 
https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE. 
- Animação para exercitar a leitura de um relógio comparador: 
https://www.stefanelli.eng.br/relogio-comparador-virtual-simulador-milimetro/. 
- Link para a simulação para a realização desta prática: 
https://www.geogebra.org/m/qbcjk4at. 
 
 
INTRODUÇÃO 
Ao estudar a dilatação térmica e a sua associação de variação nas dimensões de um 
objeto em função da temperatura. Pois se sabe que quando as moléculas de um corpo aumentam 
sua energia cinética, pelas leis da termodinâmica, a sua energia interna também sofrerá 
alterações e, consequentemente, o corpo tenderá a aumentar suas dimensões. Essa 
transformação ocorre em meio materiais dos estados líquido, sólido e gasoso. No entanto, ao 
analisar a dilatação nos sólidos, temos a definição de dilatação linear, em que nesse processo o 
corpo sofrera uma dilatação em sua dimensão apenas no seu comprimento. Portanto, quando 
um material estar exposto a variações de temperatura ele sofrerá um aumento em suas 
dimensões. (AZEVEDO.2020) 
De acordo com o roteiro de práticas (DIAS. 2020) para o cálculo da variação de 
dilatação linear, faz-se uso da seguinte equação e informações. 
Sabemos que a dilatação ΔL é dada por: 
 
 ΔL = αL0ΔT (9.1) 
 
https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE
https://www.stefanelli.eng.br/relogio-comparador-virtual-simulador-milimetro/
https://www.geogebra.org/m/qbcjk4at
 
 
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α = é o coeficiente de dilatação linear do material. 
L0 = é o comprimento do tubo, à temperatura inicial. 
ΔT = é a variação de temperatura do tubo. 
 
 
Assim, a expressão do coeficiente de dilatação linear (α) procurado será: 
 
 α = ΔL / L0ΔT (9.2) 
 
Onde no nosso caso: 
L0 = (não é o comprimento total do tubo) é o comprimento, à temperatura inicial, da porção do tubo 
considerada na dilatação, isto é, o comprimento do tubo entre o ponto de fixação, na haste próxima à 
extremidade do mesmo por onde se dá a entrada do vapor de água e a extremidade fechada que toca o 
relógio comparador. 
ΔT = T’ - T = Variação de temperatura do tubo, onde t’ é a temperatura medida do vapor de água e t a 
temperatura inicial (temperatura ambiente). 
ΔL = Variação do comprimento do tubo medido no relógio comparador (dilatação do tubo). 
OBS: No experimento real, descrito acima, só é possível conhecer a temperatura inicial do tubo oco 
(temperatura ambiente) e a temperatura final (temperatura do vapor de água). Na simulação é possível 
conhecer a temperatura do tubo oco desde a temperatura ambiente (25oC) até a temperatura máxima 
fornecida pelo banho térmico (150oC). A temperatura do tubo oco será considerada sempre igual ao valor 
indicado pelo banho térmico. 
Digite a equação aqui. 
 
 
PROCEDIMENTO 
Para a realização do experimento sobre a dilatação térmica(virtual), seguindo o roteiro 
de práticas, material disponibilizado na página do Facebook do laboratório de física da UFC. 
Assim, foi possível realizar o procedimento em questão, ao qual no roteiro contém todas as 
informações de como realizar a simulação da prática e o link para uma simulação no Geogebra, 
além de uma reunião virtual em que o professor explicou e demonstrou os fundamentos do 
procedimento e sanar dúvidas que poderiam surgir na execução decorrentes do experimento. 
 
Procedimento 1: Determinação do coeficiente de dilatação térmica do AÇO. 
Primeiramente ao abrir o link da simulação, escolhemos a opção do material desejado, 
 
 
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material esse o aço para este procedimento, localizado no canto superior esquerdo da tela, após 
isso foi selecionado mostrar relógio, em sequência para evitar erros foi necessário zerar o 
relógio comparador, para isso um ponto vermelho mostrava a posição e com o mouse arrastava 
até que o zero ficasse coincidentes com o ponteiro maior. Posteriormente escolhemos para 
mostrar a régua e então posicionar no tubo entre as extremidades da seta vermelha e a ponta 
fechada do tubo, onde toca o relógio comparador. Para evitar erros na leitura da régua foi 
sugerido que aproximasse a imagem da simulação girando o scroll do mouse. Com todos ajustes 
feitos foi possível iniciarmos a simulação, acionando o banho térmico, ao qual a temperatura 
que inicialmente estava em clima ambiente de 25ºC, tendo os valores pré-determinados da 
temperatura de 25ºC, 50ºC, 75ºC, 100ºC, 125ºC, 150ºC. 
 
Então ao aumentar a temperatura para os respectivos valores, clicávamos no botão de 
pause, na parte inferior da tela da simulação, e realizávamos a leitura no relógio comparador da 
variação de dilatação(ΔL) para cada temperatura, dita anteriormente. Por último foi calculado 
a variação de temperatura(ΔT) sempre em relação a temperatura inicial de 25ºC. Portanto, 
depois de anotados os resultados para o tubo de aço, eles foram dispostos na tabela 9.1. a seguir. 
 
 Tabela 9.1. resultados “experimentais” para o tubo de AÇO. L0 = 61cm. 
T (ºC) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,18 0,36 0,54 0,72 0,90 
ΔT (ºC) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
 
Após repetir o procedimento para o tubo de latão, foi coletado os resultados na tabela 9.2. a 
seguir: 
 
Tabela 9.2. resultados “experimentais” para o tubo de LATÃO. L0 = 61cm. 
 
T (ºC) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 
ΔT (ºC) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
 
 
E por último, o material utilizado no tubo o chumbo, na simulação, obteve seus valores e foram 
dispostos na tabela 9.3. a seguir: 
 
 
Tabela 9.3. resultados “experimentais” para o tubo de CHUMBO. L0 = 61cm. 
T (ºC) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,44 0,87 1,31 1,74 2,18 
ΔT (ºC) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
 
 
 
 
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Procedimento 2: Comportamento de uma lâmina bimetálica com a variação de temperatura. 
 
após a exibição do filme, que demonstrava o comportamento de uma lâmina bimetálica 
ao ser aquecida por uma vela, infere-se que o ventilador por se tratar de um aparelho que 
necessita, para o seu funcionamento uma variação de temperatura, processo ao qual a vela ao 
aquecer a lâmina e ter uma dilatação ter se expandido e ser eletricamente carregada, transferiu 
calor para o ventilador e assim foi perceptível seu funcionamento, a partir do momento que a 
variação de calor, diminuiu o ventilador parou. 
 
 
QUESTIONÁRIO 
 
1- Trace em um mesmo gráfico a dilatação térmica (ΔL) em função da variação da 
temperatura (ΔT) para os resultados encontrados para o Aço e para o Chumbo. 
 
 
 
 
 
2- O que representa o coeficiente angular do gráfico da questão anterior? Justifique. 
Resposta: 
O coeficiente angular é a tangente do ângulo formado com relação ao eixo x, pois como é 
possível perceber, o coeficiente angular do chumbo é maior que o do aço, portanto, é perceptível 
que o chumbo dilata mais rápido que o aço. 
 
3- Calcule (mostrar os cálculos) o coeficiente de dilatação linear de cada material estudado 
nesta prática e compare com os valores respectivos da literatura (citar a fonte). Indique o 
erro percentual em cada caso.6 
 
Resposta: 
Para o cálculo do coeficiente linear de cada material irei usar a formula 9.2. Encontrada na 
introdução, que é: 
α = ΔL / L0ΔT 
Sabendo que: 
ΔL = dilatação do tubo. 
L0 = (comprimento do tubo) 
ΔT = (variação de temperatura) 
Para o AÇO 
ΔL = 0,36mm – 0,18mm = 0,18mm 
L0 = 61cm = 610mm 
ΔT = 50º - 25º = 25ºC 
Então α = ΔL / L0ΔT 
α = 0,18mm / (610mm x 25º) 
α = 11,8 x 10-6 
Erro percentual (Aço): ((12,0 x 10-6 - 11,8 x 10-6) / 12,0x10-6) x 100% = 1,66% 
Para o LATÃO 
ΔL = 0,60mm – 0,30mm = 0,30mm 
L0 = 61cm = 610mm 
ΔT = 50º - 25º = 25ºC 
Então α = ΔL / L0ΔT 
α = 0,30mm / (610mm x 25º) 
α = 19,6 x 10-6 
Erro percentual (Latão): ((20,0 x 10-6 - 19,6 x 10-6) / 20,0x10-6) 100% = 2,00% 
Para o CHUMBO 
ΔL = 0,87mm – 0,44mm = 0,43mm 
L0 = 61cm = 610mm 
ΔT = 50º - 25º = 25ºC 
Então α = ΔL / L0ΔT 
α = 0,43mm / (610mm x 25º) 
α = 28,2 x 10-6 
Erro percentual (Chumbo): ((29,0 x 10-6 - 28,2 x 10-6) / 29,0 x10-6 )x 100% = 2,75% 
Fonte: https://pt.slideshare.net/fisicaboulanger/dilatao-trmica-dos-slidos 
https://pt.slideshare.net/fisicaboulanger/dilatao-trmica-dos-slidos
 
 
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4- Na figura abaixo vemos uma junta de dilatação em uma ponte. Justifique a necessidade 
de juntas de dilatação em pontes e outras estruturas em função dos resultados da prática 
realizada. 
 
 
 
 Disponível em: https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/juntas-de-dilatacao-ajudam-a-evitar-fadiga-
estruturalde-pontes-e-viadutos_14462_10_0. Acesso em 09 jan. 2019. 
 
Resposta: como perceptível na imagem elas mantém uma certa distância, pois ao sofrerem um 
aquecimento e terem um processo dilatação e seu comprimento expandido elas se aproximam 
e assim reduzem os efeitos da vibração, como por exemplo em trilhos de ferros para os trens, 
que mantém uma distância entre os trilhos. 
 
 
5- Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas. A tira superior é de 
aço e a tira inferior é de latão. O que aconteceria com a lâmina bimetálica em um dia 
muito frio? Justifique. 
Resposta: 
A lâmina bimetálica ao sofrer uma diminuição de temperatura, ela irá ter uma contração, devido 
a uma menor vibração entre as moléculas, tende a contrair. 
 
6- 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? 
https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/juntas-de-dilatacao-ajudam-a-evitar-fadiga-estruturalde-pontes-e-viadutos_14462_10_0
https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/juntas-de-dilatacao-ajudam-a-evitar-fadiga-estruturalde-pontes-e-viadutos_14462_10_0
 
 
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Resposta: 
O relógio passar a atrasar. Pois devido ao calor, o pêndulo irá se dilatar bastante, e como o 
período que ele leva para dar uma volta é proporcional ao seu tamanho, quando ele se dilatar a 
volta ficará mais lenta, deixando o relógio atrasado. 
 
 
7- 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): 
Ao aquecer o anel, o calor irá dilatar o anel, assim o seu diâmetro aumentará facilitando a 
entrada da esfera. 
Resposta (b): 
A depender do coeficiente linear de ambos os materiais teriam sua expansão em diferentes 
níveis, um podendo ocorrer de forma mais rápida e o outro de modo lento. Portanto, ambos 
sofreriam aumento em seu comprimento. 
 
CONCLUSÃO 
após as teorias e procedimentos explanadas no estudo sobre dilatação térmica, e como 
as variações de temperatura que incidem sobre determinado material, podem fazer alteração em 
seu comprimento. Então, entendemos que cada meio material de diferente coeficiente linear ao 
sofrer uma variação de temperatura, terá sua dilatação conforme for seu meio e a sua expansão. 
Ao comparar os resultados dos coeficientes do aço, latão e chumbo, obtido no procedimento, 
eles se aproximaram dos valores encontrados na literatura, essa pequena diferença se deve a 
imprecisão na simulação, medições e leituras do exercício. Contudo, é perceptível após a pratica 
ter uma dimensão do que ocorre quando um material sofre uma variação de temperatura 
acentuada, assim tendo deformações em torno do seu comprimento. 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
 
DIAS, Loiola Nildo,2020. Roteiro de aulas práticas de física. Disponível em: 
<https://www.facebook.com/LabFisicaUfc/?epa=SEARCH_BOX>. Acessado em 25/01/2020. 
 
AZEVEDO, Maria Amanda,2020. Dilatação térmica. Educa mais Brasil. Disponível em: 
< https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/dilatacao-termica>. Acessado em 
25/01/2020. 
 
 
 
 
 
https://www.facebook.com/LabFisicaUfc/?epa=SEARCH_BOX
https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/dilatacao-termica