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Relatório expansão

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Relatório de Laboratório de Física II contendo experimento da determinação do Coeficiente de Dilatação Linear de Materiais Metálicos.

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Relatório expansão

  1. 1. Dilatação Térmica Determinação do Coeficiente de Dilatação Linear Acadêmicos: Daniella Stephany1, Erick Soares Fernandes Oliveira2, Pamela Otarão3, Samira Peres4 Prof. Dr. Pedro Dorneles Universidade Federal do Pampa Travessa 45, nº 1650 – Bairro Malafaia – Bagé – RS – CEP: 96413-170 emails: dany_phany@hotmail.com1, erickfernandes@live.fr2, pam_otarao@hotmail.com3, samira_dasilvaperes@hotmail.com4. Resumo: Esse experimento tem como objetivo estudar o comportamento de barras metálicas quando expostas a temperaturas razoavelmente altas, para verificar qual a dilatação sofrida por estes materiais a fim de se determinar o coeficiente de dilatação linear (experimentalmente) e confrontá-lo com os dados que já são conhecidos e divulgados em literatura técnica conhecida. Palavras chave: Expansão Térmica, Dilatação, Coeficiente de Dilatação Linear, Equilibrio Térmico.Introdução Quando a temperatura de um corpo aumenta, é comum que Os sólidos possuem formas o corpo se expanda.e volumes específicos, pois asmoléculas que os formam são A dilatação de um corpoligadas fortemente e quase não se pelo aumento de temperatura émovimentam, permanecendo conseqüência do aumento dapraticamente estáticas. Uma das agitação das partículas do corpo:maneiras de aumentar ou diminuir as mútuas colisões, mais violentasas suas dimensões, superfícies e após o aquecimento, causamvolume é quando ocorre variaçãode temperatura. Esse fenômeno,conhecido como dilatação térmica,desempenha um papel importante maior separação entre asem numerosas aplicações. moléculas, fazendo assim com que Quando um corpo absorve este corpo sofra uma dilatação.energia térmica, várias mudanças Figura 1 – Exemplo de uma barra que sofreu dilataçãopodem ocorrer nas propriedadesfísicas desse corpo, o aumento da Onde ∆L = Lf – Li que é atemperatura pode vir variação do comprimento, ou seja,acompanhado da expansão ou a dilatação linear da barra. E ∆t = tf – ti que é a variação dacontração deste corpo. temperatura da barra. 1
  2. 2. Experimentalmente verifica- zero:se que: (03)- o comprimento inicial (Li) éproporcional à temperatura inicial(ti); A precisão obtida usando o valor- o comprimento final (Lf) é médio de sobre uma larga gamaproporcional à temperatura final de temperaturas é suficiente para(tf); a maioria dos propósitos. - a dilatação linear dependedo material que constitui a barra. Procedimento ExperimentalSeja uma barra de comprimento L,a uma temperatura T, quando a Materiaistemperatura se altera (∆T), a 1 haste de Alumíniovariação relativa do comprimento, 1 haste de Cobredada por ∆L, é proporcional a ∆T: 1 haste de Ferro 1 balão de fundo redondo (01) 1 relógio comparador 2 termômetros de mercúrioOnde , chamado de Coeficiente 1 dispositivo com paviode Expansão Linear, é a razão 1 haste de sustentaçãoentre a variação relativa do Fogocomprimento e a variação de Águatemperatura: Figura 2 - Esquema do Experimento (02) As unidades do coeficientede expansão linear correspondemao inverso do grau Celsius ,que coincide com o intervalokelvin . O valor de para um sólido Descrição Experimentalou líquido não varia muito com apressão, mas pode variar Inicialmente verificou-se asignificativamente com a temperatura ambiente, e então,temperatura. alocamos a barra metálica no suporte, ajustando-a de maneira A equação (02) fornece o que seu comprimento fosse de 500valor médio de sobre o intervalo mm entre a extremidade afixada ede temperatura ∆T. O coeficiente o relógio comparador e, foi acertado o “zero” da escala maiorde expansão linear numa girando o anel recartilhado dodeterminada temperatura T é relógio comparador.determinado tomando o limite da E conectando a mangueira doexpressão quando ∆T tende a balão volumétrico no tubo da haste metálica, acendeu-se o 2
  3. 3. dispositivo com pavio, a fim de Utilizando a equação (02)aquecer a água que estava no calculou-se os Coeficientes deinterior do balão volumétrico. Após Dilatação Linear.algum tempo a água entra emebulição e o vapor produzidocircula pela haste. Colocado os termômetros na 1º Experimento – Alumínioentrada de vapor e na saída, a fimde que se fizesse o comparativo Metal Alumínio Unidadede temperaturas pela qual à haste Temperatura Inicial 14 °Cmetálica estava sujeita, verificou- Temperatura Final 80 °Cse os ponteiros do relógio Comprimento Inicial 0,500 mcomparador, para que se pudesse Comprimento Final 0,50092 mobservar a expansão das hastes, ∆T 66 °Cjuntamente com a análise de ∆L 0,00092 m Tabela 2 – Dados da haste de Alumíniotemperaturas de entrada e saídade vapor. Verificada a dilatação, - Cálculo do Coeficiente Linear depercebeu-se que os ponteiros do Dilataçãorelógio comparador moviam-seproporcionalmente de acordo coma elevação da temperatura dovapor que circulava pela hastemetálica e isso só foi observado, 2º Experimento – Ferroquando a temperatura dotermômetro da entrada de vapor Metal Ferroatingiu a temperatura próxima de Unidade80°C. Temperatura Inicial 14 °C Anotado os dados do ponteiro Temperatura Final 83 °Cdo relógio comparador, pode-se Comprimento Inicial 0,500 m Comprimento Final 0,50048 mdeterminar os valores dos ∆T 69 °Ccoeficientes de expansão linear ∆L 0,00048 mdos metais analisados, sabendo Tabela 3 – Dados da haste de Ferroque, esta análise só foi possívelapós o equilíbrio de temperaturas - Cálculo do Coeficiente dedo sistema entre a entrada e saída Dilatação Linearde vapor, próximos dos 80°C.Resultados e DiscussõesA tabela 1 apresenta os dados que 3º Experimento – Latãosão encontrados na literatura que Metal Latãoé conhecida. Unidade Temperatura Inicial 14 °C Tabela de Coeficientes de Dilatação Linear Temperatura Final 80,5 °C Material α Comprimento Inicial 0,500 mAlumínio 2,4.10-5 °C-1 Comprimento Final 0,50072 mFerro 1,2.10-5 °C-1 ∆T 66,5 °CLatão 2,0.10-5 °C-1 Tabela 1 – Dados da dilatação dos Metais ∆L 0,00072 m Tabela 4 – Dados da haste de Latão 3
  4. 4. - Cálculo do Coeficiente de onde para que fosse calculado oDilatação Linear coeficiente de dilatação linear seria necessário que as temperaturas de entrada e saída de vapor estivessem em equilíbrio, já que a Assim sendo, os valores dos quantidade de energia em formaCoeficientes de Dilatação Linear de calor não foi suficiente paraencontrados foram: alcançar a temperatura desejada, Material Coeficiente de dilatação tampouco pode-se construir oAlumínio 2,8.10-5 °C-1 gráfico comparativo da dilataçãoFerro 1,4.10-5 °C-1 versus a temperatura do vapor.Latão 2,2.10-5 °C-1 Tabela 5 – Dados Experimentais BibliografiaConclusão SERWAY, Raymond A.; JEWETT, Mesmo com a baixa John W. Princípios de Física:temperatura na cidade de Bagé Movimento ondulatório e(cerca de 14°C) no dia do termodinâmica, Vol. 2. São Paulo:experimento, o que dificultou o Cengage Learning, 2008.ponto de equilíbrio entre astemperaturas de entrada e saída Halliday, Resnick, Walker;de vapor nas hastes, uma vez que Fundamentos de Física, v.2:o calor era perdido para o meio, gravitação, ondas epode-se verificar que os termodinâmica/ David Halliday,coeficientes encontrados não Robert Resnick, Jearl Walker; Riodivergiram muito dos valores que de Janeiro – LTC, 2006.geralmente se encontram emliteraturas conhecidas. Young, Hung, D., Física II: Notou-se também que a Termodinâmica e Ondas/ Hung D. Young., Roger A Freedman; traduçãodilatação dos materiais analisados, e revisão técnica: Adir Moysés Luiz;está proporcionalmente 10ª edição – São Paulo; Personrelacionada à temperatura Addison Wesley, 2003.aplicada ao material. Segundo Serway (2004, Tipler, Paul Allan, Física parap.561) essa “expansão térmica cientistas e engenheiros, V.2:deve-se a mudança na separação Eletricidade e Magnetismo/ Paul Amédia entre seus átomos ou Tipler, Gene Mosca; Rio de Janeiro,moléculas dos constituintes do LTC, 2006.material. Esses átomos que estãolocalizados em posições fixas deequilíbrio podem seguir ummodelo de movimento harmônicosimples, se o átomo for afastadode sua posição, uma força derestauração o puxa de volta. Se atemperatura de equilíbrioencontrada no experimentoaumentasse em excesso o corpode prova entraria em fusão”. Dada a dificuldade que seobteve durante o experimento, 4

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