Dilatação Linear de hastes metálicas

2. Introdução

A partir da aula teórica referente à termometria foi proposto uma aula prática com diversas experiências relacionadas a variação de temperatura, transferência de energia térmica, onde alguns materiais foram disponibilizados para a realização destas práticas. A aula prática tem por objetivo confrontar o teórico com o experimental, obtendo reultados mais próximos possíveis dos valores ideais.  

3. Desenvolvimento

        3.1  Dilatação linear de hastes metálicas

Iniciamos a atividade 1 com os seguintes materiais: Dilatômetro; Termômetro; lamparina, balão; recipiente com água; trena de medição; hastes de Alumínio, Cobre e Latão.  Recebemos também um roteiro para executarmos a atividade prática, para, ao decorrer da atividade, preenchermos um quadro com as informações obtidas com os experimentos. Iniciamos a atividade prática verificando os materiais necessários, fazendo a medição das hastes, enchendo pouco mais da metade do balão de água e fazendo a leitura da temperatura do líquido antes de ser aquecido. Posicionamos a lamparina acesa embaixo deste balão, fazendo com que a água dentro dele esquentasse a ponto de cozinhar. Em seguida foi colocado o termômetro na parte final da mangueira que estava conectada na haste de Alumínio, fazendo assim a leitura do líquido condensado no seu trajeto final. Também observamos a dilatação sofrida pela haste após o líquido percorrer e aquecer o material. Ao resfriar a haste, trocamos a mesma, que era de Alumínio, para uma de Cobre, fazendo o mesmo processo e coletando as mesmas informações. Repetimos este processo para uma terceira haste que era de Latão, coletando novamente as informações e anotando-as em um quadro, junto com os cálculos necessários para obtermos o coeficiente de dilatação. A seguir podemos ver o quadro com os resultados obtidos na primeira atividade.

Material da haste	T0	T	∆T	∆L	Razão ∆L/L0	ⲁ
Aço	24,5	100	75,5	0,45	0,0642	11,22x10-⁶
Cobre	24,5	99	74,5	0,54	0,0842	15,83x10-⁶
Latão	24,5	100	75,5	0,68	0,0771	18,01x10-⁶

Quadro 1: Medidas obtidas na atividade prática 1

3.1.1 Questões (Dilatação)

1) Considerando o aço, os valores do ⲁ (coeficiente de dilatação linear) ficaram muito idênticos, considerando então um erro 0. Já no cobre tivemos um erro de 5%, e no latão tivemos um erro de 4%, considerando o valor obtido em prática, exposto no quadro 1. Esse erro pode acontecer devido a temperatura ambiente, precisão na medida, fabricação da haste, etc.

2) Convecção entre o vapor aquecido e a haste.

3) Vapor não utilizada para aquecer a haste, irradiação entre a haste e o ambiente, ou também o tubo condutor do vapor até a haste.

4) Sim, pois quanto maior o L0 (comprimento inicial) maior o ∆L (dilatação linear).

5) Sofreria. Quanto maior o comprimento da haste, maior a sua ∆L (dilatação linear ou razão ∆L/L0). Podemos observar isso na fórmula  ∆L= ⲁ.L0 .∆T.

6) O aumento da temperatura provoca um afastamento das moléculas do corpo, logo, aumentando seu tamanho. Com o aumento da agitação molecular, as moléculas ficam mais afastadas umas das outras. Durante a agitação, duas forças atuam nas moléculas, a de atuação provocando aproximação, e a de repulsão, provocando afastamento. Essas forças não são simétricas, de modo que a força de repulsão seja maior do que a de atuação. Assim, é possível concluir que o afastamento das moléculas é maior que a aproximação, resultando no aumento das dimensões do corpo.

7) Dilatação térmica; resistência mecânica; ductibilidade; fragilidade:
        -  Dilatação térmica: Agitação das moléculas.
        -  Resistência mecânica: força resultante de aplicação de uma força sobre um material, ou calor aplicado sobre ele, podendo aumentar ou diminuir a RM.
        - Ductibilidade: Aparecimento de trincas no material conforme a sua temperatura.
        - Fragilidade: Varia de acordo com a variação da temperatura, podendo ser maior ou menor.

        3.2  Transborda ou não transborda?

                Está atividade teve como materias um copo de porte médio, líquido (água) dentro deste copo e pedras de gelo dentro deste copo. A atividade consistia em levantar uma hipótese sobre se transbordaria ou não a água após o derretimento dos cubos de gelo, e comparar a hipótese com o resultado após o derretimento do gelo.

        3.2.1 Questões (Transborda)

                1) Nossa ideia inicial era que a água iria transbordar pois havia um pouco de gelo para fora da água e achamos que quando o gelo derretesse, essa água a mais faria transbordar.

2) Com o decorrer do tempo percebemos que o volume de água não se altera e não transborda pois o volume da água já foi deslocado no momento em que o gelo foi colocado no copo. Podemos levar em conta também que o gelo é menos denso que a água, ocupando mais espaço no cpo.

3) Pois a força resultante do empuxo é maior que a força peso do bloco e o gelo é menos denso que água, com isso o bloco de gelo flutua.

4) Cerca de 10% do gelo fica para fora da água, pois esse percentual é equivalente à diferença de densidade entre o gelo e a água. E o percentual do líquido deslocado é de 90%.