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Dilatação Linear Objetivo Determinar o coeficiente de dilatação linear das barras por meio do pirômetro de leitura angular. Introdução Teórica Alterando a temperatura de um corpo, as suas propriedades físicas tais como a dureza ou condutividade térmica alteram-se também. Ao se elevar a temperatura do corpo, geralmente há um aumento nas suas dimensões, pois aumentando a agitação térmica, as moléculas irão distanciar-se umas das outras. Esse fenômeno é conhecido como dilatação térmica. A diminuição da temperatura provoca por consequência a diminuição nas dimensões do corpo, chamada de contração térmica. Mas o que explica esse fenômeno chamado de dilatação térmica são as forças intermoleculares. São essas forças que fazem com que a distância entre as moléculas aumente ou diminua. Nos sólidos, o aumento ou diminuição da temperatura provoca alteração nas dimensões lineares, como também nas dimensões superficiais e volumétricas. Um exemplo claro são as barras dos trilhos ferroviários, elas são feitas com um espaçamento para a dilatação não causar problemas. No caso para evitar que com a dilatação térmica o trilho não seja retorcido, já com as baixas temperaturas, os trilhos se retraem, fazendo com que o espaçamento entre os trilhos aumente, vale lembrar também que a dilatação não é um fenômeno visível, varia de acordo com o material e a temperatura. Vale lembrar que a dilatação linear é apenas teórica, sendo assim para que algo exista ele deve ser tridimensional, numa dilatação a matéria ira dilatar em três dimensões, mas como não é possível calcular essa dilatação, adota-se somente o calculo da dilatação linear. A temperatura mede o grau de agitação das moléculas, um grau de agitação maior indica uma temperatura maior.
Procedimento Experimental
Calculo do coeficiente de dilatação linear com o pirômetro.
Materiais e Métodos
- Pirômetro de leitura angular; - Tubo oco de alumínio;
- Balão de vidro; - Termômetro; - Fita métrica; - Paquímetro; - Fonte elétrica de calor.
Pirômetro. Apoio do tubo metálico sobre eixo do ponteiro. O Pirômetro de leitura angular é um dispositivo utilizado especialmente para a determinação do coeficiente de dilatação linear de sólidos em forma de tubos. Consta de um ponteiro, ligado a uma haste cilíndrica horizontal de pequeno diâmetro (chamada eixo do ponteiro) e sobre a qual se apóia o material cujo coeficiente de dilatação se pretende determinar. A rotação desta haste faz o ponteiro percorrer a graduação de um transferidor. O tubo da substância, cujo coeficiente de dilatação se quer determinar, é aquecido pelo vapor d’água (conduzido por um tubo de borracha), que percorre seu interior e com o qual se põem em equilíbrio térmico.
Dispositivo pronto para o experimento Desenvolvimento D = Diâmetro do eixo do ponteiro na parte que serve de apoio ao tubo;
F 07 1 = Ângulo em graus descrito pelo ponteiro devido à dilatação do tubo;
t = Temperatura inicial;
t’ = Temperatura final;
t = t’ - t = Variação de temperatura do tubo;
L0 = Comprimento à temperatura inicial da porção do tubo considerada na dilatação
(comprimento do tubo entre os pontos de apoio).
Tabela do coeficiente de dilatação linear.
Material D(mm) L0(cm) T(ºC) T’(ºC) ΔL K
Alumínio 3 73,5 25,7 98,4 0,0120 22,5 x 10 ^ -6 ºC ^ -
Cobre 3 73,5 25,7 98,3 0,0812 15,2 x 10 ^ -6 ºC ^ - Latão 3 73,5 25,7 98,5 0,0863 16,1 x 10 ^-6 ºC ^ -
ΔT = 98,4 – 25,7 = 72,7 ºC
ΔL = 3,1416 x 3 x 46 = 0,120 mm ou 0,0120 cm 360 K = 3,1416 x 0,3 x 46 = 0,120 = 2,245 x 10 ^ -5 °C ^-1 ou 22,5 x 10 ^ -6 ºC ^ - 73,5 x 72,7 x 360 5343, Discussão
E% = │0, 00002245 – 0, 000024│ x 100 = 7,75% │ 0, 000024 │ Calculando a porcentagem de erro podemos perceber que os cálculos são validos, pois, a margem de erro foi de 7,75% abaixo dos 10% que é o limite aceito para as margens de erro. Conclusão A partir dos dados experimentais pode verificar que, o valor obtido do coeficiente de expansão linear do alumínio é muito próximo ao tabelado. Da fundamentação teórica, conclui-se que a dilatação é proporcional a variação de temperatura, mas não é a mesma para diferentes materiais, ou seja, mesmo para uma mesma variação de temperatura, a dilatação dos corpos não será a mesma para diferentes materiais, pois uns dilatam mais e outros menos (vide tabela), cada material tem seu coeficiente de expansão linear.
Assim, dizer que o coeficiente de expansão linear do alumínio é 2, 245 x 10-5^ , significa uma dilatação 2, 245 x 10-5^ mm para cada 1 m de comprimento de uma barra
de alumínio e para cada 1º C de variação de temperatura.
Referencias Bibliográficas
LEE, S. F. & SEARS, F. W. Termodinâmica: São Paulo, Edusp, 1969.
COPELLI, Ana Cecília. Física 2: Física Térmica e Óptica : São Paulo, Edusp, 2007. YAMAMOTO, Kazuhito. & FUKE, Luiz Felipe. Termologia Óptica e Ondulatória. Volume 2: São Paulo, Editora Saraiva. 2010.
CARVALHO, Regina Pinto de. Física do dia-a-dia : São Paulo. 2011.
