3 relatorio - Dilatação Linear DE UM Sólido Metálico PDF

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SE TRATA DA DESCRIÇÃO DA PRÁTICA REALIZADA EM LABORATORIO, FAZENDO UM PARALELO COM A TEORICA APRENDIDA EM SALA DE AUL...

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TEMPERATURA E CALOR– DILATAÇÃO LINEAR DE UM SÓLIDO METÁLICO RESUMO: Primeiramente montamos o sistema para o processo de dilatação linear. Usamos no experimento 2 barras metálicas de materiais diferentes. Montamos o esquema com a primeira barra, medimos a sua temperatura e o seu comprimento. Ajustamos o dilatômetro no zero com escala de 0,01 mm Com tudo pronto iniciamos o processo de dilatação. ao atingir a temperatura entre 80 a 100° o dilatômetro marcou 0,41 mm de dilatação da barra 01. Repetimos o mesmo processo com a barra 02. Na qual o dilatômetro mediu uma dilatação de 0,58 mm Aplicamos a formula da dilatação linear e chegamos aos resultados que a barra 01 compõe-se de ouro com o

α=1,408 x 10−5 C−1 e a barra 02 compõe-se de latão com um coeficiente linear de

coeficiente linear de −5

α =1,945 x 10 C

−1

.

Palavra chave: Dilatação Linear; Aquecimento e Resfriamento; Coeficiente de dilatação linear; 1.

OBJETIVO

Determinar o coeficiente de dilatação linear de um sólido metálico tubular. Compreender que para a mesma variação de temperatura, diferentes materiais se dilatam por quantidades diferentes.

∆L

no comprimento da haste pode ser dada

por:

∆ L=L0 . α . ∆ T (1) Onde a constante −1

(°C ) 2.

INTRODUÇÃO

Em geral, os materiais se dilatam quando são aquecidos e se contraem quando são resfriados. Os sólidos se dilatam muito pouco, os líquidos se dilatam um pouco mais que os sólidos (para o mesmo volume) e os gases se expandem a um grande volume quando são aquecidos.

α

é chamada de coeficiente

de dilatação linear. A sua unidade é

K

−1

ou

e é diferente para materiais diferentes

e é independente da massa e dimensões do corpo, dependendo somente da natureza do material. A Eq. (1) é válida se a variação de temperatura não for muito grande para que não modifique as caracteristicas do material.

A variação de comprimento de um solido sofre ao ser aquecido é proporcional a variação de temperatura.

3.

MATERIAL UTILIZADO

Os materiais utilizados nesta prática foram: 

Corpos de provas;

Se uma haste de um determinado material tem um comprimento L0 e a temperatura varia



Balão volumétrico;



Pano de limpeza;

∆ T , então a variação



Base principal metálica com dinamômetro;

por uma quantidade



Pinça com mufa fixa;



Recipiente com água;



Termômetros;

4.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1.

Faça a montagem conforme a figura 01, colocando um termômetro dentro da mangueira de saída (deixe a marca 90° C para fora). 2. Coloque um segundo termômetro no orifício da rolha do reservatório contendo água. O bulbo do termômetro deve ficar afastado de 1 a 2 cm do fundo do balão, não devendo toca-lo de modo algum. 3.

Determine o comprimento inicial

Determine a temperatura inicial

T 0 da

barra medindo a temperatura ambiente. Ative a fonte de calor, descreva o que acontece quando a temperatura no corpo de prova começa a aumentar. 6. Aguarde para que o corpo de prova atinja a temperatura máxima ( consequentemente, a dilatação máxima). O momento para a execução desta leitura de ser (no mínimo) 60 segundos após a estabilização dos medidores. Após o equilíbrio térmico, meça as temperaturas nos pontos de entrada e saída do vapor. 7. Meça no dilatômetro a variação ∆ L sofrido pelo corpo de prova. 8. Usando a equação (1}) calcule o do coeficiente de dilatação linear α corpo de prova e determine, através da tabela 01. De qual mateiral é feito o corpo de prova.

5.

Repita o esmo procedimento para uma segunda barra.

I.

L0

do corpo de prova, distancia entre o centro da guia com mufa ate o medidor ( este é o único trecho do corpo de prova que terá influencia sobre a leitura indicada pelo medidor). Digite a equação aqui . 4.

9.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Primeiramente, medimos o comprimento e a temperatura do corpo de prova 01.

L0=42,6 cmou 0,426 mT 0=30 °C Ajustamos o dilatômetro no zero, e ligamos a fonte de calor. Logo, ao chegar aos 80 °C até os 100°C, o dilatômetro registrou uma dilatação de:

T f =100 ° C ∆ L=42 x 0,01 mm=0,42 m m ou 0,042 cm

0,042 + 42,6 =42,642 cm →dilatação Usando a Eq. 01:

∆ L=L0 . α . ∆ T .

Temos que o coeficiente de dilatação igual a:

α

foi

0,042 cm=42,6 cm. α . ( 100−30 ) ° C α=

0,042 cm =1,408 x 10−5 C−1 2982° C . cm

De acordo com a tabela o corpo de prova é feito de Ouro. Fizemos o mesmo procedimento com a barra II.

L0=42,6 cmou 0,426 mT 0=30 °C

T f =100 ° C Ao chegar aos 100°C o dilatômetro registrou uma dilatação de:

∆ L=58 x 0,01mm=0,58 m mou 0,058 cm Temos que o coeficiente de dilatação igual a:

α

Com certeza é o mercúrio, pois ele é quem vai se dilatar mais facilmente para dar a escala de temperatura, se fosse o vidro, a temperatura medida pelo termômetro nunca seria correta. 4.

foi

0,058 cm=42,6 cm . α . ( 100 −30) ° C

α=

0,058 m =1,945 x 10−5 C−1 2982° C . cm

Uma chapa de concreto usada em construção de estradas é colocada no lugar quando a temperatura ambiente é de 20 °C. se o seu tamanho é de 20,478 m, calcule o mínimo espaçamento entre as chapas para que não haja curvaturas. Assuma que a temperatura máxima que pode ser atingida seja 55 °C ( −5

α con=12 x 10 °C

−1

).

De acordo com a tabela o corpo de prova é feito de latão.

L0=20,478 mT 0=20° C T f =55° C

Questões:

∆ L=L0 . α . ∆ T

1.

O que aconteceria se o corpo de prova utilizado fosse resfriado a 0 °C no lugar de ter sido aquecido?

Aconteceria nada, pois a 0°C pela a formula o ∆ L=0 . Não acontecendo dilatação. 2.

O que ocorre se duas barras uniformes e lineares, olhe a fig 03, feitas de cobre e ferro forem aquecidos? E se a mesma for resfriada?

∆ L=20,478 . 12 x 10−5 ° C −1 .( 55 −20 ) °C L−20,47 =0,086

L=0,086+20,478=20,564 m ∆ L=20,564 −20,478 =0,086 m 5.

Explique porque os fios que passam energia elétrica conectada aos postes não são esticados totalmente.

Sabemos que toda a matéria é composta de átomos. Esses átomos estão sempre vibrando devido a forças de interação entre eles. Então cada átomo possui uma energia associada a sua vibração e essa energia é quantificada e chamamos de temperatura.

Se fossem aquecidas ou resfriadas, o ferro iria se dilatar menos que o cobre, pois o −5

α Cu=1,7 x 10 C

−1

e

α Fe =1,2 x 10−5 C−1 . 3.

Um termômetro comum consiste de uma coluna de mercúrio em um tubo de vidro. Com base em seu funcionamento, qual material deve ter coeficiente de dilatação linear, o vidro ou o mercúrio? Explique.

Sabemos que pela dilatação térmica, se aquecemos as substância, aumentamos a energia vibracional dos átomos, e consequentemente a distância entre os átomos, ou seja, o seu comprimento, e se resfriarmos acontece o contrário, eles se juntam, diminuindo o comprimento. Logo os fios de energia não são esticados pelo fator das baixas temperaturas, que pode provocar o rompimento dos fios. 6.

As linhas de trem são feitas por trilhos paralelos que não são conectados entre si, apesar de serem próximos. Explique o motivo desta separação entre os trilhos e o que aconteceria caso fossem montados sem esta separação.

Sabemos que pela a dilatação térmica os corpos aumentam de tamanho quando esquentam e diminui quando esfriam, no caso da linha de ferro terem uma pequena separação, é devido a essas linhas estarem expostas a mínimas e elevadas temperaturas nas quais acontece o fenômenos da dilatação. Assim se elas forem juntas, as linhas de ferro pode se romper como pode esticar, causando quebra ou deixando as linhas tortas. I.

CONCLUSÃO

Ao término do experimento chegamos a conclusão que a dilatação linear é proporcional ao aumento de temperatura, entretanto não se comporta igual para materiais diferentes, ou seja, mesmo para uma mesma variação de temperatura, a dilatação dos corpos não será a mesma para diferentes materiais, pois cada um tem um coeficiente de dilatação característico do material. Portanto a dilatação linear é essencial para os estudos dos materiais metálicos ou não. Pois como vimos a temperatura é crucial no aumento ou diminuição do tamanho desses materiais. As engenharias estudam o comportamento destes, para fins de não terem prejuízos nos seus projetos, como obras, peças mecânicas, fios e etc.

II.

REFERÊNCIAS

Sears &Zeamanski, Young &Freedman, Fisica II, Ondas e Termodinamica, 12° Edição, Person, 2008. Resnick, Halliday, Krane, Física II, 5° edição, LTC, 2007....