Relatório da Prática 08 - Dilatação Térmica PDF

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Relatório da Prática 08 - Dilatação Térmica...

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CENTRO DE TECNOLOGIA

Prática 08: Dilatação Térmica Nome: Lorran de Carvalho Monteiro Matrícula: 390247 Curso: Engenharia de Telecomunicações - Turma 34 Disciplina: Física Experimental Professora: Paloma Vieira Data: 09/09/2016

Fortaleza, 18 de setembro de 2016. 1

Obje bjettivo ivoss - Determinação do coeficiente de dilatação linear dos sólidos.

Mater teria ia iais is - Dinamômetro; - Tubos ocos de aço, latão e alumínio; - Relógio Comparador; - Kitasato (pyrex); - Termômetro; - Lâmina bimetálica; - Fita metálica; - Luvas Térmicas; - Fogareiro elétrico.

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In Intro tro trod duçã ção o Os corpos da natureza sejam eles, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica. O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Quando um corpo é aquecido, ocorre um aumento na distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação das mesmas. Esse espaçamento maior entre as moléculas se manifesta através da escansão das dimensões do corpo, as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica. O contrário ocorre quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso as distâncias entre as moléculas são reduzidas e em consequência disso há diminuição nas dimensões. Dilatação Linear é a dilatação que se caracteriza pela variação no comprimento do corpo, e ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial L₀. Quando analisadas barras de dimensões iguais, porém feitas de um material diferente, sua variação de comprimento será diferente, pois a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear (α). ∆L = L₀*α* ∆T • • • •

α é o coeficiente de dilatação térmica linear, cuja unidade é o °C, que depende da natureza do material que constitui o corpo; Lo é o comprimento inicial do corpo; ΔL e ΔT são, respectivamente, a variação do comprimento e da temperatura do corpo; Aplica-se apenas para os corpos em estado sólido.

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Proc roced ed edim im ime ento Iniciamos o experimento montando o sistema. Colocamos um pyrex com água e pedras em um fogareiro elétrico. Posteriormente colocamos um tubo acima do nível de água no pyrex, sendo a via de escape do vapor de água. Depois fixamos bem o determinado sólido oco no suporte, deixando o material encostado em um relógio comparador zerado. Também colocamos um beque em uma das saídas do sólido oco para que a água condensada seja armazenada nele. Após o sistema estar montado, esperamos a água atingir aproximadamente 100⁰C e montamos um sólido de cada vez no suporte. Assim que conectamos o tubo vindo do pirex, o sólido começou a dilatar, mostrando seu ∆L no relógio comparador. Fizemos esse procedimento com os 3 materiais, determinamos seus respectivos coeficientes lineares e anotamos na tabela abaixo: MAT MATERIA ERIA ERIALL Aço Alumínio Latão

L₀ (c (cm) m) 52 52 52

T₀ (⁰C) 23,4 24,1 23,4

T (⁰C) 98 98 98

∆L (m (mm) m) 0,45 0,83 0,75

α 1,16 * 10−5 2,26 * 10−5 1,93 * 10−5

Que uest st stio io ioná ná nário rio 1. Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada material fornecido com os valores respectivos da literatura. Indique o erro percentual em cada caso. • • •

Aço: Encontramos o valor 1,16 * 10-5 valor na literatura é 1,2 * 10-5. Logo o erro percentual é 3,33%. Alumínio: Encontramos o valor 2,26 * 10-5 valor na literatura é 2,4 * 10-5. Logo o erro percentual é 5,83%. Latão: Encontramos o valor 1,93 * 10-5 valor na literatura é 1,8 * 10-5. Logo o erro percentual é 7,22%.

Erros percentuais devido a erros experimentais.

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2. Na figura abaixo vemos uma junta de dilatação em uma estrada de ferro. Justifique a necessidade de juntas de dilatação em estradas de ferro em função dos resultados da prática realizada. As justas são extremamente necessárias, pois sem elas a dilatação do ferro iria ocasionar grandes curvas no trilho devido ao seu grande comprimento, o que provavelmente causaria acidentes. As curvas “abrem” espaço para a mudança do comprimento do trilho de ferro. 3. Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas e é utilizada como elemento de controle em um termostato comum. Explique como ela funciona. Uma lâmina bimetálica possui duas tiras de metais com diferentes coeficientes de dilatação linear. Ao variar a temperatura, uma tira vai dilatar mais que a outra, fazendo a lamina curvar para o lado que está a lâmina com menor coeficiente de dilatação.

4. Explique o que ocorre ao período de um relógio de pêndulo com o aumento da temperatura. Com o aumento da temperatura, o relógio de pêndulo passa a adiantar, atrasar ou permanece marcando as horas corretamente. Ao aumentar a temperatura, o comprimento do fio do pêndulo aumentara devido a dilatação e, de acordo com a equação do período do pêndulo T = 2   √𝐋 / 𝐠 , quanto maior o comprimento do fio (L), maior o período do pêndulo (T). Ao aumentar o período do pêndulo, o relógio passa a atrasar as horas. 5. Uma pequena esfera de alumínio pode atravessar um anel de aço. Entretanto, aquecendo a esfera, ela não conseguirá mais atravessar o anel. (a) Que aconteceria se aquecêssemos o anel e não a esfera? O anel dilataria e a esfera passaria com mais folga. (b) O que aconteceria se aquecêssemos igualmente o anel e a esfera? A esfera não passaria pelo orifício, pois o coeficiente de dilatação linear do alumínio é maior que o do aço, ou seja, o alumínio dilatará mais que o aço.

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6. Por que a água não deve ser usada como substância termométrica? Pois, devido ao seu alto calor específico e seu baixo coeficiente de dilatação, a água tem dificuldade de se dilatar. 7. Explique porque a superfície de um lago congela-se primeiro quando a temperatura ambiente baixa para valores igual ou abaixo de 0oC. Esse acontecimento ocorre principalmente pelo fato de o gelo ser um péssimo condutor térmico. Por estar em contato com as baixas temperaturas, a superfície congela-se primeiro, pois, como a densidade do gelo é menor do que a densidade da água, o gelo flutua isolando o restante do lago do ar frio que está em cima. 8. Um orifício circular numa lâmina de alumínio tem diâmetro de 30,8 cm a 100ºC. Qual o seu diâmetro quando a temperatura da lâmina baixar para 0ºC? (  = 23 x 10-6 ºC-1). R = 30,8/2 = 15,4 cm  = 2 = 10-5 ºC-1

Área do orifício antes (S₀) = R² = 3,14 * (15,4)² = 744,68 cm² S = So.   T = 744,68 * 10-5 . (-100) = 3,42 cm²

S = 741,26 cm2 = R2² = 3,141 . R2² => 741,26 = 3,141 * R2² => R2 = 15,36 cm D = 2 * 15,36 = 30,72 cm

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Con oncl cl clus us usãão Por conseguinte, aplicamos nesta prática os conceitos de dilatação térmica dos sólidos. Observamos que cada material tem seu próprio coeficiente, fazendo com que a sua dilatação, seja ela linear, superficial ou volumétrica, em um determinado comprimento varie com base neste coeficiente. Pudemos observar esse fato quando o experimento com a lâmina bimetálica foi feito, mostrando que o material com maior coeficiente dilata mais, fazendo a lâmina entortar para o lado do material com menor coeficiente. Ainda que os resultados obtidos se aproximem dos valores das literaturas, há ainda uma diferença devido às condições não ideais em que foram realizados os experimentos durante a prática e os erros experimentais, como mau manuseio da fita métrica, erro de aproximação da leitura do comparador quando fora de escala.

Bibl iblio io iogr gr graf af afia ia o Wikipédia – Dilatação Térmica (https://pt.wikipedia.org/wiki/Dilata%C3%A7%C3%A3o_t%C3%A9rmic) Acessado em 19/09/2016 às 02:04.

o Só Física – Dilatação Linear (http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Dilatacao/linear.p hp) Acessado em 19/09/2016 às 02:08.

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