Departamento de Física e Química – Curso de Física Laboratório de Calor e Termodinâmica PRÁTICA NO 2 – Determinação do Coeficiente de Dilatação Linear de uma Substância Unidade 1: – Dilatação 1 – Objetivo: Determinação do coeficiente de dilatação linear de metais. 2 - Introdução: Quando se fornece calor a um corpo, alem do aumento da temperatura, ou junto com ela, observa-se também a dilatação do mesmo. Uma maior ou menor dilatação dependerá de fatores como dimensão inicial do corpo, material que é feito, variação de temperatura. Os conhecimentos destes fatores são de importância em estruturas ou mesmo em projetos de máquinas. Senão vejamos: no caso de uma barra ser aquecida e uma das extremidades estiver rigidamente presa surgirão tensões de origem térmica que, caso sejam muito grandes, poderão ultrapassar o limite de elasticidade ou mesmo a tensão de ruptura do material. Em tubulações longas – vapor , por exemplo – são inseridas juntas elásticas ou seções em forma de U ; nas pontes uma extremidade pode ser rigidamente fixa em uma das extremidades, enquanto a outra descansa sobre roletes. È bom ressaltar que estamos interessados apenas na relação linear entre a variação do tamanho do objeto e a variação de temperatura. O que queremos dizer com esta afirmação? A grandeza física que relaciona variação da dimensão com a variação de temperatura chama-se coeficiente de dilatação linear (), e é definido como: L L0 T Um sistema padrão para a determinação da temperatura é um termômetro, que possui alguma variável termométrica (comprimento, resistência, diferença de potencial, etc.) que varia com a temperatura. O termômetro mais familiar na prática é o termômetro de mercúrio, que consiste num tubo capilar de vidro fechado e evacuado, contendo mercúrio, que é a substância termométrica que possui como variável termométrica o comprimento L da coluna líquida. Na realidade, este comprimento não reflete apenas a dilatação ou contração do mercúrio, mas a diferença entre ela e a dilatação ou contração correspondente do tubo de vidro que contém o mercúrio. Entretanto, a variação de volume do mercúrio é geralmente bem maior do que a do recipiente. A ascensão da coluna de mercúrio num termômetro exemplifica o fenômeno da expansão térmica, a alteração de tamanho de um corpo produzida por uma variação de temperatura. A expansão corresponde a um aumento do espaçamento interatômico médio. Assim, num corpo sólido, se dois de seus pontos estão inicialmente à distância Lo, a variação L dessa distância é proporcional a Lo. Para uma variação de temperatura T suficientemente pequena, L é também proporcional a T. Logo: L L0 . .T onde a constante de proporcionalidade chama-se coeficiente de dilatação linear. 3 – Procedimento Experimental: Materiais: Fonte regulável de corrente; Resistor Amperímetro Termômetro Micrômetro (leitura em polegadas) Tubo de latão O professor o orientará quanto ao ajuste do micrômetro se necessário. A graduação do micrômetro é 0,001 inch(polegadas)/divisão. ATENÇÂO: Certifique-se antes de ligar a tomada se o cursor do Varivolt está no 0. Anote os valores da temperatura ambiente e do comprimento do tubo. Ao efetuar as medidas desconecte um cabo sempre 5 °C antes do valor de T desejado para que a mesma esteja um pouco mais estável e não em elevação acentuada. Com o sistema montado, ligue o Varivolt na tomada e ajuste a corrente para no máximo 2,0 Ampéres. Anote em uma tabela os valores de T e L.(varie de 10 em 10 graus até no máximo 90 °C) A partir daí construa o gráfico L versus T e obtenha o valor de . (O valor tabelado de é 1,85 x 10-6 °C-1). Procure responder às seguintes questões: 1) Há algum inconveniente no fato de estar medindo o comprimento da barra em cm enquanto a variação do comprimento está ordens de grandeza abaixo? 2) Em nossa vida diária onde podemos observar que a dilatação dos corpos é considerada nos projetos de engenharia? 3) Sabendo que Pyrex possui coeficiente de dilatação 3,2 x 10-6 °C-1 e o vidro comum 9,0 x 10-6 °C-1, tente explicar por que o Pyrex é mais resistente a choques térmicos. Em tempo, o que vem a ser choque térmico e o que ele pode acarretar? 4) O latão é uma liga, em que este fato poderia explicar diferenças entre o valor tabelado e o calculado? 5) A barra dilata apenas num sentido? (Veja o valor de encontrado e reflita) Referências Bibliográficas: HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K.S. Física. Rio de Janeiro: LTC, 1996, v.2. HEWITT, P.G. Física conceitual. Reading: Addison-Wesley, 1998. SEARS, F.W.; ZEMANSKY, M.W. Física. Brasília: Universidade de Brasília, 1973, v.2.