Determinação do Coeficiente de Dilatação Linear de uma Substância

Departamento de Física e Química – Curso de Física
Laboratório de Competências Experimentais II
Determinação do Coeficiente de Dilatação Linear de uma Substância
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 19 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?
 = 19,0 x 10-6°C-1
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.
Palavras-Chave para Tema 02:
1.
2.
3.
4.
5.
Comportamento anômalo da água
Dilatação do Mercúrio - Termômetro
Lâmina bi-metálica – Termômetro de par metálico
Tensões Térmicas
Termômetro de Gás a volume constante