Dilatometria

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Dilatometria

1.        INTRODUÇÃO

Praticamente todas as substâncias, sejam sólidas, líquidas ou gasosas, dilatam-se e contraem-se, fato esse que facilmente pode ser notado no cotidiano, como por exemplo o espaçamento nos blocos de concreto das ruas e avenidas, bem como nos trilhos do trem ou em algumas pontes . Esse espaçamento é necessário justamente por causa da dilatação que os materiais sofrem.

A dilatometria estuda a dilatação térmica dos corpos, quando a variação da temperatura (Δt= tfinal – tinicial) é positiva, ou seja, quando se fornece energia térmica a um sólido, os átomos que constituem o corpo se agitam mais, com isso a distância média entre eles aumenta, e então o corpo sofre dilatação, entretanto caso o inverso ocorra, ou seja, a temperatura diminua durante o processo, o corpo sofrerá uma contração. De uma forma geral, todos os corpos se dilatam após serem aquecidos e se contraem após terem sua temperatura reduzida. A dilatação térmica é basicamente dividia em três fundamentos: linear, superficial e volumétrica. 

Tendo-se como o corpo a ser analisado uma barra de metal, espera-se que a dilatação ocorra mais consideravelmente em apenas uma dimensão - o comprimento; a este tipo de dilatação dá-se o nome de Dilatação Linear. Suponha a seguinte situação: uma barra de metal de comprimento Li à temperatura ti, é aquecida até uma determinada temperatura tf. Percebe-se que a barra, após o aquecimento, não tem mais o mesmo comprimento, ou seja, ela sofreu uma variação na sua dimensão, no seu comprimento, ela se dilatou (FIGURA 2).

[pic 1]

Figura 2: dilatação de uma barra de metal ao ser aquecida

Onde ΔL = Lf – Li é a variação do comprimento, ou seja, a dilatação linear da barra, e Δt = tf – ti é a variação da temperatura da barra. Experimentalmente verificou-se que:

- o comprimento inicial (Li) é proporcional à temperatura inicial (ti);

- o comprimento final (Lf) é proporcional à temperatura final (tf);

- a dilatação linear depende do material que constitui a barra.

Mediante essas constatações foi determinada a seguinte equação para dilatação linear dos corpos: ΔL = Li x α x Δt, onde α é denominada de coeficiente de dilatação linear e é uma constante característica do material que constitui o corpo, ou seja, cada tipo de material possui um determinado α. ()

Tabela 1 - Contém o α característico de algumas matérias:

[pic 2]

2.        OBJETIVOS

        Visou-se determinar o coeficiente de dilatação linear das três barras metálicas, utilizando o dilatômetro linear e posteriormente realizando os cálculos necessários para determinação dos coeficientes dos três respectivos materiais.

3.        Metodologia

        Primeiramente, mediu-se 200 mL de água em uma proveta e passou-se esta quantidade para o reservatório, então introduziu-se o anel com pegador no reservatório e prendeu-se a tampa ao anel com pegador por meio dos parafusos. Cuidadosamente, colocou-se o termômetro no orifício da tampa de modo que o bulbo do termômetro ficasse de 1 a 2 cm do fundo do reservatório, sem tocá-lo.

        Para a montagem do equipamento de dilatometria, colocou-se a primeira barra metálica dentro da mangueira menor, passou-se a barra metálica pelo guia, colocando o batente móvel e fixando a barra metálica após o último guia com mufa. Após isso, conectou-se a mangueira que sai da tampa do reservatório na outra extremidade da barra metálica e colocou-se o termopar dentro da mangueira de saída do vapor.

        Com o guia com mufa na marca de 500 mm, verificou-se se o batente móvel estava tocando na ponteira do medidor de dilatação e se este estava em zero. Em seguida, girou-se o anel externo do anel do medidor de dilatação a fim de ajustar o zero do medidor, sendo que cada traço da escala equivale a 0,01 mm.

        Após a montagem do equipamento, ligou-se a fonte de calor e aguardou-se a geração de vapor e o alcance da barra metálica à temperatura de equilíbrio térmico. Determinou-se então a temperatura inicial (Ti) e temperatura final (Tf) da primeira barra metálica e calculou-se a variação de temperatura sofrida pela barra (ΔT). Mediu-se, então, a variação de comprimento (ΔL) sofrida pela barra magnética ao ser submetido à variação de temperatura. Todos os valores foram anotados para cálculos posteriores.