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Fisica Teorica e Experimental II
Tipologia: Notas de estudo
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Uma das propriedades termométricas da matéria é a dilatação térmica, que ocorre devido à energia acrescentada aos átomos de um determinado material, fazendo com que aumente o espaçamento interatômico. Uma expansão térmica nem sempre é desejada, entretanto deve ser prevista para dias quentes, pois é necessário evitar a ocorrência de flambagem, por exemplo, que é o deslocamento perpendicular ao eixo de uma peça comprimida quando a força de compressão ultrapassa certo limite. É de importante destaque o fato de ocorrer somente em materiais sólidos. Ainda na dilatação térmica, há duas situações distintas: a dilatação linear (onde acontece um aumento no comprimento do sólido), e a dilatação volumétrica (onde há a expansão de todas as dimensões do sólido). Pormenorizaremos a dilatação linear, pois é o tema em questão e o segundo tema trataremos em outro momento.
A dilatação linear consiste na variação considerável de apenas uma dimensão como, por exemplo, em barras, cabos e fios.
Ao considerarmos uma barra homogênea, por exemplo, de comprimento inicial ( Li ) a uma temperatura inicial ( Ti ). Quando esta temperatura é elevada até uma temperatura final ( Tf ) (maior que Ti ), observa-se que esta barra passa a ter um comprimento final ( Lf ) (maior que Li ).
Imagem representativa.
É possível concluir que a dilatação linear ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial ( Li ). Porém ao serem analisadas barras de dimensões iguais, mas feitas de um material diferente, sua variação de comprimento seria diferente, isto porque a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, esta é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear ( α ). O coeficiente α possui a unidade “por grau” ou “por kelvin”. Embora ele varie com a temperatura, para a maioria das aplicações práticas ele pode ser considerado constante para o material determinado. Também pode ser interpretado como a variação percentual de comprimento por unidade de variação de temperatura:
α = ( ΔL / Lo ) (equação I) hhhhhhHHH HΔT
Determinar experimentalmente o coeficiente de dilatação linear do material que
constitui uma haste.
Quant Descrição M1 01 Haste metálica M2 01 Deflexômetro M3 01 Bécher M4 01 Erlenmayer M5 01 Tripé M6 01 Bico de Bunsen M7 03 Haste de sustentação M8 01 Pegadores M9 01 Rolha com mangueira M10 01 Régua M11 01 Termômetro
Inicialmente mediu-se a temperatura ambiente e foi considerada esta a temperatura
inicial. Montou-se o esquema experimental conforme ilustrado em ARRANJO
EXPERIMENTAL. Mediu-se o comprimento inicial da haste, obtendo-se 50 centímetros e
zerou-se o deflexômetro.
Colocou-se certa quantidade de água no erlenmayer. Acendeu-se o gerador de vapor e
após algum tempo a água entrou em ebulição e o vapor produzido pela mesma passou a
circular pela haste. Observou-se o deflexômetro até que o mesmo estabilizou-se, podendo-se
assim fazer a leitura da variação de dilatação da haste.
Ao final da experiência e com os dados nela obtidos, pode-se determinar o coeficiente
de dilatação e o material do qual é feita a haste.
Repetiu-se o procedimento para quatro materiais diferentes.
Representação do arranjo experimental
ATIVIDADE A1 (Determinação do material 1) Tabela 1 :
Fórmula 1:
Onde:
Adotando-se:
Lₒ (haste) 50 ± 0,05 cm ΔL (^) 0,83 mm
Fórmula 2:
Erro Percentual =. 100
Erro Percentual (Material 2) 2 %
ATIVIDADE A3 (Determinação do material 3)
Tabela 3 :
Fórmula 1:
Adotando-se:
Tem-se que:
Material Vidro
Lₒ (haste) 49,7 ± 0,05 cm ΔL 0,48 mm
Material Aço
Fórmula 2:
Erro Percentual =. 100
Erro Percentual (Material 3) 13 %
ATIVIDADE A4 (Determinação do material 4)
Tabela 4 :
Fórmula 1:
Adotando-se:
Tem-se que:
Fórmula 2:
Erro Percentual =. 100
Erro Percentual (Material 4) (^) 2 %
Lₒ (haste) 49,9 ± 0,05 cm ΔL (^) 0,71 mm
Material Latão
Com base nos dados colhidos no experimento, observou-se que conforme a temperatura do sistema sofria aumento, o material do qual é composta a haste dilatou-se. Entretanto, a dilatação sofrida pela haste não apresentou-se numericamente igual ao valor teórico esperado, e esta diferença deu-se devido ao erro experimental e à fatores externos.
Também percebeu-se que hastes que são compostas por materiais diferentes apresentam uma dilatação diferente (ainda que sejam submetidas à mesma variação de temperatura). Este fenômeno ocorre devido ao fato de que os mesmos materiais possuem coeficientes de dilatação numericamente diferentes, logo, a variação de comprimento (∆L) difere de material para material.
REFERÊNCIAS
[1] HALLIDAY, David, RESNIK Robert, WALKER, Jearl. Fundamentos de Física 2, volume 2, 6. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. 228 p.
[2] Portal do Professor, Física. Dilatação linear de um sólido em função da temperatura. Disponível em: < http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=9902 > Acessado em: 23 de maio de 2012 às 17h56minh.
[3] Só Física, Física. Dilatação linear. Disponível em: < http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Dilatacao/linear.php > Acessado em: 23 de maio de 2012 às 14h.
[4] Brasil Escola, Física. Dilatação linear dos sólidos. Disponível em: < http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-linear-dos-solidos.htm > Acessado em: 23 de maio de 2012 às 19h.
