Relatório da prática 09 - Dilatação térmica Turma 19

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
SEMESTRE 2020.1 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 09 - DILATAÇÃO TÉRMICA (VIRTUAL) 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: Gerson de Pontes Costa 
MATRÍCULA: 496415 
CURSO: Engenharia Química 
TURMA: 19 
PROFESSOR: José Avelar Sousa da Silva e Geancarlo Zanatta 
DATA E HORA DA REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 21/01/2021 ÀS 16:00 h 
 
OBJETIVOS 
 - Estudar a dilatação térmica em função da temperatura. 
- Determinar o 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: 
Link: https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE 
- Animação para exercitar a leitura de um relógio comparador: 
Link: https://www.stefanelli.eng.br/relogio-comparador-virtual-simulador-milimetro/ 
Link para a simulação da prática: https://www.geogebra.org/m/qbcjk4at 
 
INTRODUÇÃO 
 O experimento prático realizado propõe um estudo acerca da dilatação térmica de 
sólidos e do processo de dilatação em uma lâmina bimetálica, tal fenômeno é descrito 
como “ o processo de contração e dilatação dos corpos que ocorre em virtude do aumento 
ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos.” 
(AURÉLIO,2014) 
 Para a realização de experimentos em laboratório relacionados a esse tema, é 
utilizado um aparelho denominado dilatômetro linear, que é capaz de obter o valor do 
coeficiente de dilatação linear dos sólidos estudados, sendo formado por duas hastes de 
sustentação e uma que leva um relógio comparador. 
Azeheb,2020 (Imagem de um dilatômetro linear), acesso em 21/01/21 
Dilatação linear: Para Halliday, no livro Fundamentos da Física (2013,p.378), 
“Se a temperatura de uma haste de metal de comprimento L é aumentada por uma 
quantidade ΔT, O seu comprimento também aumenta por uma quantidade ΔL = αLΔT. 
O termo α é conhecido como o coeficiente de expansão linear”. 
 A partir da equação obtida, infere-se que a “expansão” citada trata-se do processo 
dilatório do sólido e os membros da equação referem-se as seguintes variáveis: 
ΔL = dilatação sofrida pelo sólido 
L = comprimento do sólido na temperatura inicial 
ΔT = variação de temperatura a qual o objeto é submetido 
 Além disso, é possível também inferir que o coeficiente de dilatação linear pode 
ser obtido por meio da equação a seguir: 
𝛂 =
𝚫𝐋
𝐋𝚫𝐓
 
 
Lâmina bimetálicas: “são dispositivos formados por duas lâminas de metais com 
diferentes coeficientes de dilatação unidas fortemente” (LOIOLA,2020), dessa forma, o 
processo de dilatação será mais forte em uma face da lâmina do que na outra, resultando 
em um retraimento do objeto, o que pode ser observado na imagem a seguir: 
 
Fonte: Os fundamentos da física (2011), acesso em 21/01/2021 
 
PROCEDIMENTO 
1 - Determinação de dilatação térmica do AÇO. 
 1.1 - Abri o simulador indicado em materiais e escolhi a amostra de aço. 
 1.2 - Cliquei em “mostrar relógio” e o zerei 
 1.3 - Medi com a régua o comprimento L0, à temperatura inicial, da porção 
do tubo considerada na dilatação. (L0 = 60 cm) 
 1.4 - anotei os valores de ΔL lidos pelo relógio comparador para os valores 
de temperatura de 25,50,75,100,125 e 150°C, anotando-os na tabela 9.1. 
 1.5 - calculei os valores de ΔT (°C) sempre em relação à temperatura inicial 
de 25°C. Anotando-os na tabela 9.1. 
Tabela 9.1. Resultados “experimentais” para o tubo de AÇO. 
T (°C) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,18 0,37 0,55 0,73 0,91 
ΔT (°C) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
Fonte: Elaborada pelo autor 
 1.6 - Repeti os experimentos anteriores para a amostra de LATÃO e anotei 
os valores obtidos na tabela 9.2. 
Tabela 9.2. Resultados “experimentais” para o tubo de LATÃO. 
T (°C) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,29 0,58 0,86 1,15 1,49 
ΔT (°C) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
Fonte: Elaborada pelo autor 
 1.7 - Novamente, repeti os experimentos, mas para a amostra de CHUMBO, 
anotando os valores obtidos na tabela 9.3. 
Tabela 9.3. Resultados “experimentais” para o tubo de CHUMBO. 
T (°C) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,42 0,84 1,20 1,67 2,09 
ΔT (°C) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
2 - Comportamento de uma lâmina bimetálica com a variação da temperatura. 
 2.1 - Acessei o filme indicado em materiais e observei o comportamento da 
lâmina ao ser aquecida. 
 2.2 - Expliquei o que está ocorrendo no filme observado. 
 
QUESTIONÁRIO 
01 - 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. 
Resposta: 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
02 - O que representa o coeficiente angular do gráfico da questão anterior? Justifique. 
Resposta: O coeficiente angular do gráfico representa o coeficiente de dilatação linear 
de cada metal, pois substituindo a equação obtida do gráfico para o aço por exemplo (ΔL 
= 0,0073ΔT) e comparando-a com a equação da dilatação linear (ΔL = αL0ΔT), levando 
ΔL (aço) = 0,0073ΔT + 0,001
ΔL (chumbo) = 0,0166ΔT - 0,0033
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 25 50 75 100 125
Δ
L
 (
m
m
)
ΔT (°C)
ΔL em função de ΔT para aço e chumbo
Aço Chumbo Linear (Aço)
Linear (Chumbo) Linear (Aço) Linear (Chumbo)
O fenômeno que ocorre no filme está relacionado à ação do processo de dilatação 
térmica na lâmina bimetálica, que ao ser aquecida pelo calor fornecido pela vela 
contrai-se devido à expansão do metal que possui o maior coeficiente de dilatação 
e, ao ser resfriada pelo ventilador, retorna ao seu formato original, devido à 
contração desse metal. 
em consideração que o comprimento do sólido não está presente no gráfico, percebe-se 
que o valor do coeficiente angular na equação do gráfico possui o papel de coeficiente de 
dilatação. 
 
03 - 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. 
Resposta: 
AÇO : 
Valor teórico: 11*10-6 °C-1 (Fonte: IFRGS,2012) 
Valor experimental : Utilizando a fórmula da dilatação linear 
𝛂 =
𝚫𝐋
𝐋𝚫𝐓
 → α = 0,018 / (60*25) → α = 1,2 * 10-5 °C-1 ou 12*10-6 °C-1 
Erro percentual : por meio da fórmula do erro percentual, obtemos: 
E = | (V.E. - V.T.) / V.T. | * 100% 
E = | (12*10^-6 - 11*10^-6) / 11*10^-6 | * 100% 
E = (10^-6 / 11*10^-6) * 100% → E = 0,091 *100% 
E = 9,1 % 
LATÃO : 
Valor teórico: 19,5*10-6 °C-1 (Fonte: Física.net,2016) 
Valor experimental: Utilizando a fórmula da dilatação linear 
𝛂 =
𝚫𝐋
𝐋𝚫𝐓
 → α = 0,029 / (60*25) → α = 1,93 * 10-5 °C-1 ou 19,3*10-6 °C-1 
Erro percentual: por meio da fórmula do erro percentual, obtemos : 
E = | (V.E. - V.T.) / V.T. | * 100% 
E = | (19,5*10^-6 - 19,3*10^-6) / 19,5*10^-6 | * 100% 
E = (0,2*10^-6 / 19,5*10^-6) * 100% → E = 0,0102 *100% 
E = 1,02 % 
CHUMBO : 
Valor teórico: 27,5*10-6 °C-1 (Fonte: Física.net, 2016) 
Valor experimental: Utilizando a fórmula da dilatação linear 
𝛂 =
𝚫𝐋
𝐋𝚫𝐓
 → α = 0,042 / (60*25) → α = 2,8 * 10-5 °C-1 ou 28,0*10-6 °C-1 
Erro percentual: por meio da fórmula do erro percentual, obtemos : 
E = | (V.E. - V.T.) / V.T. | * 100% 
E = | (27,5*10^-6 - 28*10^-6) / 27,5*10^-6 | * 100% 
E = (-0,5*10^-6 / 27,5*10^-6) * 100% → E = 0,0182 *100% 
E = 1,82 % 
 
04 - 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. 
Resposta: A necessidade desses dispositivos está intrinsecamente relacionada ao 
processo de variação volumétrica que ocorre nos metais com o aumento ou a diminuição 
de temperatura, pois como foi observado na prática, o aumento de temperatura sobre o 
metal proporciona um aumento emseu comprimento. Dessa forma, as juntas de dilatação 
atuam absorvendo esse processo de dilatação e evitando danos na estrutura e mantendo 
sua estabilidade. 
 
05 - 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 face da lâmina que possui o latão sofreria uma maior contração, haja vista 
que apresenta o maior coeficiente de dilatação que o aço, dessa forma, a face do ferro 
possuiria uma menor contração. 
 
06 - 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: Com o aumento da temperatura, espera-se que a massa do pêndulo aumente, 
levando em consideração que o período de um pêndulo depende de sua massa, quanto 
maior a sua massa menor o período, assim, o relógio passaria a atrasar. 
 
07 - 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) A esfera iria continuar passando pelo anel, que por sua vez teria uma largura cada vez 
maior. 
b) A esfera não conseguiria passar pelo anel, pois há uma diferença no coeficiente de 
dilatação dos materiais dos objetos, aço (11*10^-6 °C^-1) e alumínio (21*10^-6 °C^-1), 
assim a esfera dilataria mais que o anel, impossibilitando sua passagem. 
 
CONCLUSÃO 
 Ao fim da realização da prática, foi possível compreender amplamente o 
mecanismo de dilatação térmica linear dos sólidos, o qual decorre da diferença de 
temperatura ao qual o corpo é submetido, praticamente foi possível comprovar que as 
variações de comprimento aumentavam linearmente com o aumento da temperatura, 
porém cresciam de maneira diferente dependendo do material, a partir disso foi possível 
entender a função da constante de dilatação linear, que diferia de metal para metal. 
 A principal fonte de erro dos experimentos pode estar relacionada a dificuldades 
no processo de medição, seja com o uso do relógio comparador, seja com a medição da 
régua, entretanto, de maneira geral as taxas de erro percentual foram bastante aceitáveis, 
como pode ser visto na constante de dilatação dos materiais latão e chumbo, as quais 
foram próximas a 1%, já a de aço possuiu um erro mais expressivo (próximo a 10%). 
REFERÊNCIAS 
DIAS, Nildo Loiola. Roteiros de aulas práticas de física. Fortaleza: Universidade 
Federal do Ceará, 2020. 
 
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física. 8. 
ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c2009 vol 4; 
 
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Dilatação térmica e calorimetria"; Brasil Escola. 
Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-termica-calorimetria.htm. 
Acesso em 22 de janeiro de 2021. 
 
Azeheb,2020, disponível em: https://azeheb.com.br/dilatometro-linear-593.html. Acesso 
em 22 de Janeiro de 2021. 
 
Os fundamentos da física, 2011 “Dilatação térmica”, disponível em: http:// os fundamen- 
tosdafisica.blogspot.com/2011/03/cursos-do-blog-respostas-0103.html . Acesso em 21 de 
Janeiro de 2021. 
 
IF-UFRGS, 2016, “Dilatação térmica”, disponível em: http://www.if.ufrgs.br/cref/ 
leila/dilata.htm 
 
Física.net, 2018, “Constantes físicas”, disponível em: https://www.fisica.net/constantes/ 
coeficiente-de-dilatacao-linear-(alfa).php, acesso em 22 de Janeiro de 2021.