Dilatação linear de sólidos

DILATAÇÃO LINEAR DE SÓLIDOS

1. Introdução

Dentre as propriedades termométricas intrínsecas a matéria está a dilatação térmica. Essa propriedade corresponde a um aumento do espaço interatômico entre as moléculas devido ao aumento do grau de agitação das moléculas. Esse aumento do espaço interatômico entre as moléculas pode ser refletido em uma dilatação linear em corpos em estado sólido, e consiste na variação considerável de apenas uma dimensão, que ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura, ao comprimento inicial do corpo e ao coeficiente de dilatação linear que depende do tipo material, dado pela variação do percentual de comprimento por unidade de variação de temperatura.

2. Objetivo

Determinar experimentalmente o coeficiente de dilatação linear do material que constitui uma haste.

3. Fundamentação teórica

3.1. Dilatação Linear

Um material quando aquecido tem suas dimensões alteradas causando a dilatação, que é provocada pelo aumento de temperatura, que desencadeia na agitação das moléculas proporcionando uma variação em uma das dimensões do material. No entanto, para variações não muito grandes de temperatura, a dilatação do comprimento é proporcional a ela, sendo normalmente imperceptível.

Na dilatação linear ocorrida em corpos sólidos pode-se notar que o tipo de material tem influência na dilatação da substância. Visto que duas barras de mesmo comprimento inicial, aquecidas a mesma temperatura, mas constituídas de materiais diferentes vão dilatar de diferentes tamanhos, dependendo da característica de cada material. Essa característica dos materiais pode ser representada por um número chamado de coeficiente de dilatação que informa quanto uma unidade de comprimento da substância se dilata ao sofrer variação de temperatura de 1°C.

A influência da temperatura, do material constituinte e do comprimento inicial do corpo na dilatação pode ser representada da seguinte forma:

ΔL= L0 .α .ΔT ou L= L0 (1+ α.ΔT) Eq. 3.1.1

Percebe-se que a barra sofre uma dilatação linear ΔL que pode ser calculada pela diferença entre L e L0 quando sofreu uma variação na sua temperatura (ΔT) calculada entre T e T0.

Percebe-se a veracidade da equação pelo gráfico 1.1, tendo em vista que:

Eq. 3.1.2

3.2. Coeficiente de dilatação Linear

É considerado uma constante de proporcionalidade, denominada por α, que depende do tipo de material e da faixa de temperatura. Esse valor pode não ser constante, contudo é considerado constante para maior parte das práticas. Esse coeficiente é dado por:

α = (ΔL / Lo) / ΔT Eq. 3.2.1

onde:

α = coeficiente de dilatação do material (°C-1 )

Lo = Comprimento inicial (m)

ΔL = Variação do comprimento (m)

To = Temperatura inicial (K-1 )

ΔT = Variação de Temperatura (K-1)

Exemplificando:

Em rua e avenidas pode-se notar espaçamento nos blocos de concreto, bem como nos trilhos do trem ou em algumas pontes. Esse espaçamento é necessário justamente por causa da dilatação que os materiais sofrem.

E também o exemplo do aumento da temperatura, por exemplo, para abrirmos tampas de vidros de conserva, aquecendo-os de alguma forma.

4. Material necessário e metodologia

4.1 Materiais utilizados

1. Haste metálica (01 unid.)

2. Deflexômetro (01 unid.)

3. Bécher (01 unid.)

4. Erlenmayer (01 unid.)

5. Tripé (01 unid.)

6. Bico de Bunsen (01 unid)

7. Haste de sustentação (03 unid)

8. Pegadores (01 unid.)

9. Rolha com mangueira (01 unid)

10. Régua (01 unid.)

11. Termômetro (01 unid)

12. Trena (01 unid)

4.2. Metodologia

Dispondo dos materiais acima citados iniciou-se o experimento.

Primeiramente mediu-se o comprimento inicial da haste metálica utilizando a trena, e após dispondo de um termômetro verificou-se a temperatura ambiente, considerando-a como temperatura inicial (To). E então montou-se o equipamento para o experimento conforme a figura (XXXX) , e zerou-se o deflexômetro.

Posteriormente, colocou-se uma determinada quantidade de água no Erlenmayer. Então pode-se acender o bico