DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR

[pic 1][pic 2]

UNIVERSIDADE DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI

CAROLINA TANURE MARTINS

GABRIEL LOPES DIAS

DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR: Prática de dilatação térmica

Teófilo Otoni

2016

CAROLINA TANURE MARTINS

GABRIEL LOPES DIAS

DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR: Prática de dilatação térmica

Relatório apresentado à disciplina de Fenômenos Térmico e Ópticos, do curso de Bacharelado em Ciência e Tecnologia do Instituto de Ciência, Engenharia e Tecnologia (ICET), da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM), Campus Avançado do Mucuri.

Docente: Prof. Dr. Márcio Macedo Santos

Teófilo Otoni

2016

1 INTRODUÇÃO

A maioria das substâncias sejam elas líquidas, gasosas ou sólidas sofrem variação do seu tamanho de acordo com a temperatura do ambiente em que são inseridas. O corpo pode sofrer contração se for resfriado ou dilatar se fornecido calor a ele.

Entretanto, o estado do material influência na variação de tamanho. Um corpo sólido tem o seu volume e forma bem definidos, isto é, o corpo resiste à deformação. No estado sólido, os átomos ou as moléculas estão relativamente próximos, com uma organização espacial fixa, movendo-se ligeiramente devido à presença de energia cinética.

Quando é fornecida uma fonte de calor a um corpo sólido as moléculas desse material ficam mais agitadas, consequentemente a distância média entre elas é aumentada.  Assim esse material sofrerá uma variação em sua dimensão a medida que sua temperatura aumenta. Essa variação é chamada de dilatação térmica.

Quando um corpo sólido sofre variação do seu tamanho somente em uma dimensão, a dilatação será linear.  Assim, somente o comprimento do corpo é alterado.

Outro fator que influência na variação do tamanho é o tipo de natureza do material. É observado que certos materiais são mais resistentes a deformações do que outros. Dessa maneira, através do coeficiente de dilatação linear, é possível comparar esses materiais.

Para compreender melhor o processo de dilatação linear, foi realizada uma prática no dia 14 de julho de 2016 às 10h00min, com o auxílio de Márcio Macedo Santos e Fausto Oliveira, no laboratório de Fenômenos Ópticos e Térmicos do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICET), da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM).

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2 OBJETIVOS

A prática de dilatação linear tem como objetivo determinar o coeficiente de dilatação do ferro e comparar o valor encontrado ao que é apresentado na literatura cientifica atualmente.

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3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A dilatação linear é aplicada somente para corpos no estado sólido, pois a sua dilatação ocorre em uma dimensão, ou seja, somente a variação de comprimento é analisada nesse caso. Considerando então uma barra homogênea de comprimento L0 inicial a uma temperatura inicial T0.

A dilatação dessa barra passa a ocorrer à medida que se fornece calor a ela, pois quanto maior for a variação de temperatura, mais as moléculas da barra ficaram agitadas e maior será a distância média entre elas. Quando isso ocorre, o comprimento da barra aumenta e deixa de ser L0 e passa a ter um novo comprimento maior e de tamanho L. Então a variação de tamanho entre L e L0 será ΔL ilustrado na figura abaixo:

[pic 3]

A barra tinha um comprimento inicial L0 a uma temperatura inicial T0. Após o fornecimento de calor a barra passa a ter um novo comprimento e também uma nova temperatura, maior do que a inicial T0, denominada Tf. Assim, a medida que a variação de temperatura ΔT aumenta o ΔL também aumenta, sendo diretamente proporcionais.

A dilatação também depende da natureza do material da barra, sendo determinado pela constante de proporcionalidade α denominada de coeficiente de dilatação linear. A unidade utilizada é °C-1. A tabela abaixo mostra coeficientes para alguns materiais:

Material	Coeficiente de dilatação linear (α) em ºC-1
Aço	1,1x10-5
Alumínio	2,4 x10-5
Chumbo	2,9 x10-5
Cobre	1,7 x10-5
Ferro	1,2 x10-5
Concreto	1,0 x10-5
Latão	2,0 x10-5
Ouro	1,4 x10-5
Vidro comum	0,9 x10-5
Vidro pirex	0,3 x10-5
Zinco	6,4 x10-5

Dessa maneira teremos a seguinte expressão: [pic 4]

A partir dos valores de ΔL, L0, ΔT, é possível encontra o coeficiente de dilatação da barra α.

[pic 5]

Depois de encontrado o valor, é calculado o erro σ dessa dilatação a através da seguinte equação:

[pic 6]

A função da regressão linear no caso da dilatação linear é encontrar a reta que mais se aproxima dos pontos do gráfico de .[pic 7]

Utilizando o método dos mínimos quadrados, é possível encontrar uma equação para a reta do formato .[pic 8]

[pic 9]

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4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 MATERIAIS

•        Termômetro de mercúrio

•        Fonte térmica: lamparina

•        Relógio comparador micrométrico

•        Base milimetrada

•        Barra de ferro

•        Mangueira com conexão

•        Rolha

•        Balão volumétrico de 250 ml com saída lateral

•        Cronômetro digital

•        Haste de metal

•        Pinça

•        Água

4.2 MÉTODOS

Primeiramente monta-se o equipamento. A base milimetrada é fixa a haste metálica e a pinça para manter o balão volumétrico (com água) em uma posição mais elevada. Em seguida a barra de ferro é fixada de forma que ele fique na ponta do medidor de dilatação (relógio comparador) de tal modo que o ponteiro dê uma volta completa. Logo após zerou-se o relógio comparador, liberando o parafuso lateral e girando a parte superior externa do relógio.