Dilatação Térmica

Resumo – Neste artigo relata-se uma experiência realizada em laboratório do tema dilatação térmica, da disciplina de laboratório de física três do quarto período de engenharia elétrica do instituto federal de minas gerais. Devida a pouca experiência relacionada ao assunto buscou se aprofundar teoricamente nos conceitos de calor, temperatura e dilatação térmica para que desta maneira fosse possível relacionar os conceitos. Sendo possível reconhecer as inúmeras aplicabilidades do tema na vida cotidiana já que os materiais devido a agitação das moléculas apresentam a característica de se expandir ou contrair conforme alteramos sua temperatura.

Palavras chave: laboratório de física, dilatação térmica, fundamentos de física.

Abstract – In this article we report an experiment carried out in the laboratory of the theme thermal dilation, of the discipline of three physics laboratory of the fourth period of electrical engineering of the federal institute of mines-general. Due to the little experience related to the subject, he sought to deepen theoretically the concepts of heat, temperature and thermal expansion so that it was possible to relate concepts. It is possible to recognize the numerous applicabilities of the theme in everyday life since materials due to the agitation of the molecules have the characteristic of expanding or contracting as we change their temperature.

I.Introdução

A temperatura é uma das sete grandezas fundamentais do sistema internacional, não existe limite superior para temperatura, mas existe limite inferior, essa temperatura é tomada como zero da escala kelvin de temperatura.A temperatura ambiente esta em torno de 290 kelvins(290 K). (HALLIDAY,2010).Esta por sua vez, é uma grandeza física a qual designa a energia cinética (movimento ou agitação) das moléculas e o estado térmico de um corpo (quente ou frio). Quanto mais quente (alta temperatura) se apresenta o corpo, maior será sua energia cinética, ou seja, a agitação moléculas; e, quanto mais frio (baixa temperatura), menor será a agitação molecular. [1]

Muitas vezes os conceitos de calor e temperatura são confundidos, porem calor é a energia trocada entre um sistema e o ambiente devido a uma diferença de temperatura.(HALLIDAY,2010).

A termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre o calor trocado, representado pela letra Q, e o trabalho realizado, representado pela letra τ, num determinado processo físico que envolve a presença de um corpo e/ou sistema e o meio exterior. É através das variações de temperatura, pressão e volume, que a física busca compreender o comportamento e as transformações que ocorrem na natureza, como por exemplo quando dois corpos possuem a mesma temperatura, dizemos que estão em equilíbrio térmico.

Existe, na termodinâmica, um princípio chamado de lei zero da termodinâmica que afirma:

“ Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e B está em equilíbrio térmico com um corpo C, então A está em equilíbrio térmico com C.”[2]

Esta é uma das afirmações mais importantes da área de termodinâmica, já que se trata da lei zero, que da inicio a todas as outras e que se relaciona diretamente com a troca de calor e com a dilatação.Praticamente todas as substâncias, sejam sólidas, líquidas ou gasosas, dilatam-se com o aumento da temperatura e contraem-se quando sua temperatura é diminuída e o efeito da variação de temperatura, especialmente a dilatação, tem muitas implicações na vida diária. Quando aumentamos a temperatura de um sólido ele se dilata. A dilatação térmica desse sólido está associada ao aumento da distância entre os átomos vizinhos que o compõe. Poderíamos dizer que a força de interação elétrica entre esses átomos já não é suficiente para mantê-los tão próximos um dos outros devido à agitação térmica oriunda do aumento da temperatura.

A dilatação é proporcional ao aumento de temperatura, mas não é a mesma para diferentes materiais, ou seja, mesmo para uma mesma variação de temperatura, a dilatação dos corpos não será a mesma para diferentes materiais, pois cada um tem um coeficiente de dilatação característico. [3]

II.Materiais utilizados e Metodologia

Para que fosse possível a comprovação da fixação dos conteúdos teoricamente repassador se fez necessário utilização de alguns materiais como dilatômetro com base principal, medidor de dilatação, escala milimetrada, guia com mufa, guia de saída e sapatas niveladoras,corpo de prova em latão, aço e cobre, medidor de temperatura, batente móvel fim de curso e Fonte de calor (Assoprador térmico).

O primeiro corpo de prova montado sobre o dilatamometro foi o latão, montado no comprimento inicial de 500mm,sendo que é necessária a calibração correta dos equipamentos , e nesta etapa o comprovará a calibração correta será quando a escala do medidor de dilatação indicar zero. Posterior a esta etapa foi necessária a determinação do comprimento inicial do corpo de prova, pois ao ligar a fonte de calor sobre ele algumas alterações poderão ser notadas, tais como o aumento de temperatura do corpo, que ira levar a dilatação e por tanto levara a uma variação de comprimento do mesmo, as condutas anteriores foram repetidas para os valores de comprimento inicial de 400mm e 300mm, para que assim as mesmas alterações pudessem ser acompanhadas (alteração de temperatura e comprimento do corpo de prova).

Na segunda etapa do experimento alguns passos da primeira etapa se repetiram, tais como aferir a calibração, mensurar a temperatura inicial do corpo e ajusta-lo ao comprimento inicial de 500mm. A fonte de calor foi ativada ate que atingisse a temperatura de 80°C, ao entrar em equilíbrio térmico a temperatura final foi aferida, para que assim fosse possível calcular a variação no comprimento e o coeficiente de dilatação linear.

Os procedimentos realizados na segunda parte do experimento foram repetidos para o aço e para o cobre, pretendendo assim determinar seu coeficiente de dilatação linear e compara-lo com os fornecidos teoricamente.

III.Resultados

Na primeira etapa da pratica realizada, que tinha como proposito encontrar a dilatação do latão alguns valores puderam ser aferidos, tais como comprimento inicial do sistema, temperatura inicial e final e a variação do comprimento.

Latão

l0 (mm) T0 (°C) Tf (°C) Δl (mm)

300±0,5 33±0,5 86±0,5 0,4±0,5