Relatório de física II - dilatação térmica

1. Introdução

Ao aquecer um corpo promove-se uma maior agitação de suas moléculas e com consequência o aumento na distância média entre as mesmas. Pode-se afirmar que a dilatação ocorre de forma mais intensa nos gases, de forma intermediaria nos líquidos e de forma menos intensa nos sólidos.

A dilatação é muito importante para a área de construção civil, pois para o projeto sair como planejado é necessário levar em consideração as alterações decorrentes do fenômeno. Um exemplo são os espaços deixados entre os trilhos de trem, entre blocos de concreto e pontes. Esses espaços são chamados de juntas de dilatação, e são deixados para quando houver uma variação de temperatura – que resulta na dilatação – e assim, não prejudicar a construção.

Para prever os espaços a ser deixados, é necessário o conhecimento do fenômeno da dilatação. Para isso tem-se a constantes de proporcionalidade α:

 (1)[pic 1]

        Onde:

ΔL = L - ; variação de comprimento (2)[pic 2]

ΔT = T - ; variação de temperatura (3)[pic 3]

α: coeficiente de dilatação Linear.

Se um corpo possui um comprimento inicial  a uma temperatura inicial , seu comprimento L a uma temperatura T =  + ΔT tem-se:[pic 4][pic 5][pic 6]

 (4)[pic 7]

A relação linear entre as grandezas das equações é aproximadamente correta apenas quando as variações de temperatura são pequenas. Os coeficientes de dilatação linear para alguns materiais estão na Figura 1.

                  [pic 8]

Figura 1 - Coeficientes de Dilatação Linear

2 – Objetivos

O experimento tem como objetivo relacionar a variação do comprimento de um corpo com o seu comprimento inicial e o comprimento final, devido à variação de temperatura. Objetiva relacionar a variação do comprimento em função do comprimento inicial e da variação de temperatura e também determinar o coeficiente de dilatação linear do corpo de prova.

3 - Materiais e Métodos

• Um dilatômetro com base principal, medidos de dilatação, div: centésimo de milímetro, escala milimetrada, guia com mufa, guia de saída e sapatas niveladoras;
• Um corpo de prova de latão, um de aço e um de cobre;
• Uma conexão rápida de saída;
• Uma conexão rápida de entrada;
• Um medidor de temperatura (termômetro);
• Um batente móvel fim de curso;
• Uma trena milimetrada;
• Uma fonte de calor;
• Uma garrafa térmica com água quente;
• Um recipiente de água fria e/ou gelada;
• Um funil;
• Um balde vazio;
• Um pano de limpo.

[pic 9]

Figura 2: Estrutura para estudo da dilatação dos sólidos.

Inicialmente montou-se a estrutura da Figura 2. Colocou-se o guia com mufa na marca dos 500 mm e se verificou se o batente móvel fim de curso estava tocando na ponteira do medidor de dilatação. Observou se a escala do medidor estava indicada em zero.

  O experimento foi dividido em duas partes, sendo que na primeira parte o objetivo foi observar a variação do comprimento (∆L) em função do comprimento inicial () e na segunda parte o objetivo foi relacionar a variação no comprimento (∆L) com a variação na temperatura (∆T).[pic 10]

Na parte 1 do experimento, mediu-se o comprimento inicial do corpo de prova (), que é a distância entre o centro da guia com a mufa até o medidor. Após determinar esse comprimento inicial, também se determinou a temperatura inicial () do sistema. Foi ativada a fonte de calor e aguardou-se até que o corpo atingisse a temperatura máxima T. Aguardou o equilíbrio térmico e após isso, mediu-se a temperatura T e a variação do comprimento (∆L) sofrida pelo corpo de prova. [pic 11][pic 12]

Com um pano molhado, removeu o corpo de prova e o esfriou. Para as outras medições variou-se o comprimento inicial  para 400 mm, 350 mm e 300 mm e mediu-se a variação do comprimento ∆L quando atingida a temperatura máxima T no equilíbrio.[pic 13]

Na parte 2 do experimento determinou-se o comprimento inicial () do corpo de prova e a temperatura inicia () do sistema. Com a mesma montagem da parte 1 do experimento, colocou-se água para circular a diferentes temperaturas pelo interior do corpo de prova. Assim, calculou-se a variação de temperatura ∆T sofrida pelo corpo de prova e mediu-se a variação de comprimento ∆L sofrida pelo corpo de prova.[pic 14][pic 15]

4 – Resultados

Parte 1

Tabela 1: Medidas da temperatura inicial, temperatura final, variação de temperatura, comprimento inicial, variação de comprimento e coeficiente de dilatação linear.

± 0,5 [pic 16] (°C)	± 0,5[pic 17] (°C)	ΔT ± 1,0 (°C)	± 0,00005 (m)[pic 18]	± 0,0001  (m)[pic 19]	𝛂 ± 5 × [pic 20] [pic 21]
25	95	70	0,50	6,3 × [pic 22]	1,80 ×  [pic 23]
25	95	70	0,40	5,2 × [pic 24]	1,86 × [pic 25]
25	95	70	0,35	4,4 × [pic 26]	1,80 × [pic 27]
25	95	70	0,30	3,6 × [pic 28]	1,71 × [pic 29]

Para todas as medidas realizadas a variação de temperatura foi de 70°C, assim para cada comprimento inicial e sua respectiva variação (∆L), foi possível calcular o Coeficiente de Dilatação Linear (α) pela equação (1), que estão apresentados na Tabela 1.