Dilatometria

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Dilatação linear dos sólidos

Trata-se da dilatação de uma das dimensões de um corpo, como por exemplo, seu comprimento. Considere uma haste metálica de comprimento L0 e à temperatura t0. Quando aquecida terá comprimento L a uma temperatura t.

Características:

A dilatação linear ΔL é diretamente proporcional à variação de temperatura Δt.

A dilatação linear ΔL é diretamente proporcional ao comprimento inicial L0.

A dilatação linear ΔL depende do material de que é constituído o corpo.

ΔL dilatação linear

α coeficiente de dilatação linear

L0 comprimento inicial

L comprimento final

Δt intervalo de temperatura

Unidades de α

Isolando α na equação ΔL = L0 α Δt --- α = ΔL/L0 Δt --- como L0 e ΔL tem a mesma unidade, elas se cancelam --- então, a unidade em que se exprime o coeficiente de dilatação linear é o inverso do grau (1/oC ou oC-1; 1K ou K-1, etc.).

Observe que o coeficiente de dilatação linear representa a dilatação de um corpo de comprimento unitário, quando sua temperatura aumenta um grau.

O gráfico a seguir, representa o comprimento L em função da temperatura θ. Como a função L = L0 + L0 α (θ – θ0) é uma função de primeiro grau, este gráfico corresponde a uma reta inclinada, e quanto maior sua inclinação, maior será o coeficiente de dilatação linear.

Aplicação prática de dilatação linear:

Nos ferros elétricos automáticos, a temperatura de funcionamento, que é previamente regulada por um parafuso, é controlada por um termostato constituído de duas lâminas bimetálicas de igual composição. Os dois metais que formam cada uma das lâminas têm coeficientes de dilatação α1 - o mais interno – α2. As duas lâminas estão encurvadas e dispostas em contato elétrico, uma no interior da outra.

A corrente, suposta contínua, entra pelo ponto 1 e sai pelo ponto 2 aquecendo a resistência. À medida que a temperatura aumenta, as lâminas vão se encurvando, devido à dilatação dos metais, sem interromper o contato. Quando a temperatura desejada é alcançada, uma das lâminas é detida pelo parafuso, enquanto a outra continua encurvando-se, interrompendo o contato entre elas.

INTRODUÇÃO EXPERIMENTAL

Material utilizado:

- Aba de aquecimento

- Barra de cobre

- Barra de aço 1020

- Barra latão

- Trena métrica

- Termômetro (-10°c à 110°c)

- Backer balão

- Dilatômetro linear

- Relógio medidor de dilatação linear (precisão de 0,01mm)

- Prendedor de roupa

Objetivos:

Pesquisar o coeficiente de dilatação do latão e do aço 1020 e comparar com o descoberto nos cálculos referentes aos resultados encontrados em laboratório.

Procedimentos:

1º passo: Com o termômetro, mediu-se a temperatura inicial da barra de cobre, que foi de 22,5°c.

2° passo: Predeu-se a barra de cobre no dilatômetro linear, juntamente com o relógio medidor de dilatação.

3º passo: Em seguida, encheu-se o becker com água, colocou-o na aba de aquecimento e encaixou a rolha furada na superfície do backer. Após, colocou uma das extremidades do tudo vazado na rolha, e a outra no dilatômetro linear, e prendeu, com o prendedor de roupa, o termômetro na boca do becker.

4º passo: Feito isso, esperou-se a água atingir a temperatura de ebulição ( 95°C), afim de que o vapor corresse pelo tubo, passasse por dentro da barra de cobre ocasionando dilatação e pressionando o relógio, fazendo com que este mostrasse a quantidade de dilatação da barra.

5° passo: Após o citado acima, foi medido, com o termômetro, a temperatura da extremidade superior. Para medir a extremidade inferior, foi inserido o termômetro no tubo de saída da barra de cobre.

6° passo: Por fim, joga-se os valores, referentes as tabelas 1 e 2, na fómula

= ΔL/Lo Δt

achando o coeficiente de dilatação da barra de cobre.

Lembrando que os procedimentos citados acima, foram repetidos com a barra de aço 1020 e com o latão. Em seguida, o procedimento foi todo repetido com barras de 500 mm.

ERRO EXPERIMENTAL

Durante a realização do experimento, deve-se atentar para alguns erros