RELATÓRIO DE DILATAÇÃO LINEAR

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1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Sabemos que, ao trocar calor com o meio ou com um igual, um corpo está sujeito a algumas transformações. Dentre elas observa-se a dilatação térmica, ou seja, o aumento das dimensões do objeto em estudo. É ocasionada pelo aumento da temperatura que gera o aumento da agitação das moléculas e consequentemente da distância entre as mesmas, devido as colisões que sofrem.

Nos gases, a dilatação é mais significativa, visto a maior distância intermolecular que apresenta. Já nos líquidos, ocorre de forma intermedial, pois as suas moléculas já se encontram relativamente mais próximas. É de forma explícita nos sólidos, pois a sua agregação molecular permite com que as partículas se choquem de forma mais intensa.

A dilatação linear aplica-se apenas para corpos sólidos e consiste no aumento de apenas uma dimensão do corpo, como por exemplo, com aquecimento, o aumento do comprimento de uma barra, de um fio de linha de transmissão, de um pêndulo etc.

Em uma barra homogênea, de comprimento L0 e temperatura inicial T0. Cedendo-a calor, a temperatura aumentará até T (>T0), a barra passará a ter um comprimento L (>L0), como mostrado na Figura 1.

Figura 1. Esquemático ilustrativo para a dilatação térmica.

Portanto, é possível concluir que a dilatação linear ocorre de forma proporcional à variação de temperatura e comprimento inicial. Porém, se tal análise for feita em barras de dimensões iguais e materiais diferentes, as variações e comprimento seriam também diferentes, pois, a dilatação também leva em consideração as propriedades do material que o objeto é constituído, tal propriedade recebe o nome de coeficiente de expansão linear (α), também sendo uma constante de proporcionalidade. Assim, a dilatação pode ser expressa como: Δ𝐿=𝐿0∙∝∙Δ𝑇

Onde Δ𝑇=𝑇−𝑇0 e T0= 24 °C.

Assim, o coeficiente de expansão linear pode ser expresso como: ∝=Δ𝐿𝐿0∙Δ𝑇

Sua unidade é o inverso da temperatura, ou seja, °C-1, °F-1° ou K-1.

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A partir de um experimento simples com um dilatometro, mostrado na figura 2, é possível calcular o coeficiente de dilatação linear do material, necessita-se apenas coletar os dados de temperatura e comprimento da barra em estudo. Um dilatometro consiste em uma barra vazada e um relógio comparador fixos em um suporte horizontal milimetrado, um erlenmeyer contendo água com uma mangueira conectada a barra vazada.

Figura 2. Dilatometro.

Ao inserir o erlenmeyer na manta térmica ligada, a mesma cederá calor para a água, aumentado sua temperatura e pressão, fazendo-a ferver, o vapor passa pela barra oca onde parte da pressão é perdida fazendo a água se condensar em seu interior, assim a temperatura no final do sistema é menor. Após um certo tempo, o sistema entra em equilíbrio e o relógio comparador acusa a variação de comprimento experimentada pela barra. A temperatura final (T) é a média entre a temperatura inicial do sistema (100°C) e a temperatura coletada, com o auxílio de um termopar.

Os materiais mais comuns possuem coeficiente de dilatação térmica tabelados, a Tabela 1 os expõe.

Tabela 1. Coeficiente de expansão térmica de alguns materiais [1].

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2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Calcular o coeficiente de expansão linear (α) da substância constituinte de uma barra.

Determinar o material que constitui a barra estudada, a partir do coeficiente de expansão linear encontrado.

Instigar o teórico e posteriormente prático dos discentes