Relatório Fisica Experimental - Dilatação

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Universidade Federal do Ceará – UFC

Centro de Ciências

Departamento de Física

Disciplina de Física Experimental para Engenharia

Semestre 2019.2

Relatório de Física Experimental

Prática 09: Dilatação Térmica

Aluno: Sâmia Dantas de Freitas Sampaio Matrícula: 471829

Turma: 26

Professor(a): Nailson Vasconcelos

Disciplina: Física Experimental para Engenharia

Data da realização da prática: 26/09/2019

Horário da realização da prática: 10:00-12:00

Fortaleza – Ceará

2019

1. Objetivos

- Determinar o coeficiente de dilatação linear de sólidos;

- Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica.

2. Material

Os materiais utilizados na prática foram os seguintes:

• o Dilatômetro;
• o Tubos ocos de: aço, latão e alumínio;
• o Relógio comparador;
• o Kitasato (pyrex);
• o Termômetro;
• o Lâmina bimetálica;
• o Fita métrica;
• o Luvas térmicas;
• o Fogareiro elétrico.

3. Introdução

Todos os materiais, submetidos a um processo de troca de calor, onde se observa uma variação na temperatura, sofrem efeitos em sua forma devidos ao processo de dilatação térmica. Isso ocorre, pois, ao variar a temperatura, o grau de agitação das moléculas do material em questão também muda, assim provocando mudanças na sua forma física, sendo a dilatação a reação do aumento da temperatura e a contração a reação do abaixamento da temperatura. O fenômeno da dilatação térmica está presente no cotidiano, e o seu estudo possibilita utilizar de técnicas e ferramentas inteligentes para resolver problemas de engenharia e ciência.

Pode-se observar a importância desse assunto na engenharia, por exemplo, na construção de uma malha ferroviária utilizada por trens, em que é necessário criar juntas com um pequeno espaço vazio, separando duas chapas metálicas, para assim, ao variar a temperatura, e consequentemente, o metal dilatar, não ocorrer um empenamento da estrutura como um todo. Esse fenômeno também é importante ao estudarmos a tensão aplicada sobre metais, onde em estruturas, como aviões, é preciso considerar a dilatação ocorrida por suas partes no desgaste do material utilizado.

Assim como em aviões e ferrovias, a dilatação térmica está presente em todos os materiais, alguns de forma mais notável que outros, isso se deve à natureza de cada material, onde sua composição pode definir um coeficiente que é proporcional à dilatação sofrida dada uma temperatura. Dessa forma, é possível calcular a variação do comprimento de um objeto ao aplicar uma variação de temperatura pela seguinte relação:

∆L = L0*a*∆T

Onde:

∆L = Variação de comprimento do corpo

∆T = Variação de temperatura pela qual o corpo foi submetido.

a = Coeficiente de dilatação linear (sua unidade é ºC-1 ).

L0 = Comprimento inicial do corpo

4. Procedimento

1- Foi montada a experiência sobre a mesa, tomando as devidas precauções e indicações.

2- Após isso, foi medido o comprimento L0, á temperatura inicial.

3- Além disso, foi anotada a temperatura ambiente.

4- Assim, foi calculada a temperatura final de cada tubo.

MATERIAL	L0(cm)	t (ºC)	t'(ºC)	ΔL(mm)	a (ºC-1  )
ALUMÍNIO	51,6	24,3	99,8	90.0,01
LATÃO	52	24,6	99,8	73.0,01
AÇO	51,7	25,3	99,8	46.0,01

5- Os dados foram dispostos na tabela 9.1:

Tabela 9.1. Resultados experimentais

9- Após isso, foi calculado o coeficiente de dilatação linear para cada um dos materiais fornecidos.

α = 46.0,01 / 51,7 . 74,5 = 1,19 . 10-5 ºC-1

α = 90 . 0,01 / 51,6 . 75,5 = 2,31 . 10-5 ºC-1

α = 73 . 0,01 / 52,0 . 75,28 = 1,86 . 10-5 ºC-1

5. Questionário

 1. Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada material fornecido com os valores respectivos da literatura. Indique o erro percentual em cada caso. 

Coeficientes de dilatação linear, segundo David Halliday; Robert Resnick; Jearl Walker. Fundamentos de Física, volume 2: Gravitação Ondas e Termodinâmica: 9. Ed. 2012 – página 190, tabela 18-2:

AÇO: 11 X 10-6

ALUMÍNIO: 23 X 10-6

LATÃO: 19 X 10-6

Resultados encontrados experimentalmente:

AÇO: 12,4 X 10-6

ALUMÍNIO:23,6X10-6

LATÃO: 18,5 X 10-6

Erro = |Experimental − Literatura| / Literatura

AÇO= |12,4 ∗ 10-6 − 11 ∗ 10-6| / 11 ∗ 10-6 =

1,4 ∗ 10-6 / 11 * 10-6 = 0,12727 = 12, 7%

ALUMÍNIO = |23,6 ∗ 10-6 − 23 ∗ 10-6|  /  23 ∗ 10-6 =

0,6 ∗ 10-6 / 23 * 10-6- = 0,02608 = 2,6 %

LATÃO = |18,5 ∗ 10-6 − 19 ∗ 10-6| / 19 ∗ 10-6 =

0,5 ∗ 10-6 / 19 * 10*6 = 0,02631 = 2, 6%

2. Na figura abaixo vemos uma junta de dilatação em uma estrada de de ferro. Justifique a necessidade de juntar de dilatação em estradas de ferro em função dos resultados da prática realizada.