Física Experimental Dilatação Térmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Grupo:  Kaique Hianny Costa Santos                     Matricula: 11328484

             

DILATAÇÃO TÉRMICA

28 de Fevereiro de  2014

1. Objetivos

Determinar o coeficiente de dilatação α, de uma barra de alumínio (Al) e uma barra de Cobre (Cu), comparando os valores obtidos com valores tabelados, através de um procedimento especial que será demonstrado mais adiante.

1. Introdução Teórica

Se a temperatura de uma barra metálica de comprimento L0 aumenta de uma quantidade ΔT, o seu comprimento aumenta de uma quantidade

                                       

onde α é uma constante chamada de coeficiente de dilatação linear. O valor de α depende do material e da faixa de temperatura. Podemos reescrever a equação 1 como

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Substância	α (10-6 / 0C)
Chumbo	29
Alumínio	24
Latão	19
Cobre	17
Aço	11
Vidro (Pirex)	3,2

o que nos mostra que α é o aumento fracionário no comprimento por mudança unitária na temperatura. Embora α varie um pouco com a temperatura, para muitas aplicações práticas a temperaturas ordinárias, podemos supor que ele é constante. A tabela 1 mostra alguns coeficientes de dilatação linear.

Tabela 1Dados do coeficiente de dilatação retirados do roteiro

1. Material Utilizado

• Aparelho de expansão linear;
• Fonte de Tensão;
• Hastes de Metais;
• Tubo;
• Termômetro;
• Trena milimetrada;
• Caldeira;
• Aquecedor elétrico,
• Copo
• Mangueiras de soro

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Fig. 1 Esquema de quais materiais são utilizados no experimento.

1. Procedimento Experimental

1 - Escolha uma das três hastes de metal;

        

2 - Meça e registre o comprimento da haste de metal (L0) a temperatura ambiente (T0)

3 - Verifique e registre a precisão do micrômetro;

4 - Monte a haste no tubo de metal (laranja) e fixe no aparelho de expansão;

5 - Coloque água na caldeira, até a metade de sua capacidade;

6 - Ligue as extremidades do tubo cilíndrico utilizando as mangueiras, uma à caldeira e outra ao copo (conforme figura 1);

7 - Ligue a fonte de tensão, ajuste em aproximadamente 3V e 0,4A;

8 - Feche o circuito, movendo o micrômetro e o parafuso perto da lâmpada até a luz acender;

9 - Registre a leitura do micrômetro (L1);

10 - Afaste o micrômetro cerca de 2 mm da haste;

11 - Insira o termômetro através do tubo e registre a temperatura (T0);

12 - Ligue o aquecedor elétrico e o coloque em posição para ferver a água contida na caldeira;

13 - Verifique a temperatura da haste até que a leitura esteja estabilizada, espere ocorrer o equilíbrio térmico e registre a temperatura;

14 - Retorne o micrômetro lentamente até fechar o circuito, registre essa leitura (L2);

15 - Desligue o aquecedor da tomada e a fonte de tensão;

16 - Aguarde durante um tempo o resfriamento do conjunto, enquanto isso responda o questionário;

17 - Repita a experiência para os outros tubos cilíndricos metálicos, registrando todos os valores necessários na folha de respostas;

18 - Desmonte o equipamento e seque o tubo e as hastes.

1. Resultados

Uma barra com comprimento L0 a uma temperatura T0. Quando essa temperatura varia de ΔT o comprimento varia de ΔL, onde ΔL é proporcional a L0 e introduzindo uma constante de proporcionalidade α (que é diferente para diferentes materiais) podemos expressar essas dependências mediante a equação:

                                                        (1)[pic 4]

Se um corpo possui comprimento L0 a uma temperatura T0, então seu comprimento L a uma temperatura T = T0 + ΔT é:

L = L0 + ΔL = L0 + αL0ΔT = L0 (1 + αΔT)                (2)

- Cálculo do coeficiente médio de dilatação linear para as hastes de metais, rearranjando a fórmula1 ou 2, obtemos:

(3)[pic 5]

1. Haste de Cobre

Tabela 2: Dados da primeira haste para encontrarmos o valor do coeficiente de dilatação

Termo	Resultado
T0	29 0C
T	98,5 0C
L0	600 mm
L1	0,385 mm
L2	0,448 mm
ΔL = L2 – L1	0,063 mm