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Um Experimento sobre Dilatação Térmica e a Lei de Resfriamento. Carlos E. Aguiar e Luiz Fernando de Souza Instituto de Física, UFRJ. XVIII SNEF – Vitória, 2009. 1. Dilatação térmica na sala de aula. dilatação térmica típica : ~ 0,001 por cento por o C difícil de ver. - PowerPoint PPT Presentation
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Um Experimento sobre Dilatação Térmica e a Lei de Resfriamento
Carlos E. Aguiar e Luiz Fernando de Souza
Instituto de Física, UFRJ
XVIII SNEF – Vitória, 2009
Dilatação térmica na sala de aula
anel de Gravesande(séc. XVIII)
dilatação térmica típica: ~ 0,001 por cento por oC difícil de ver
bimetal
Demonstrações usuais:
1
Outra demonstração
dilatação
barra metálica
alfinete
canudo de refrigerante
vela
dilatação
barra metálica
alfinete
canudo de refrigerante
vela
2
Expansão de uma barra de alumínio
L
R θ R θ
L
R θ R θ
R2Ldilatação vs. ângulo:
pequeno grande(visível)
3
Lei de Newton do resfriamento
• Proposta em 1701, quando Newton já tinha quase 60 anos. • Publicada anonimamente num artigo intitulado Scala Graduum Caloris
[Philosophical Transactions of the Royal Society 22, 824 (1701)].• Propósito de Newton: medir temperaturas de até 1000 oC, algo
impossível aos termômetros da época.• Válida apenas aproximadamente. Aplicável em situações onde a
temperatura do objeto não é muito diferente da temperatura ambiente e quando correntes de ar auxiliam o resfriamento (convexão forçada).
)TT(kdt
dTa )tkexp()TT(TT a0a
4
Resfriamento da barra de alumínio
-
102030
405060
708090
100110120
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
tempo (minutos)
ângu
lo (
grau
s)
)tkexp()( a0a Lei de Newton:
ajuste às medidas k = 0,15 min-1 tempo de resfriamento = 1/k = 6,6 min
5
Conclusão
Um único aparato permite:
• estudar dois fenômenos diferentes, a dilatação térmica e o resfriamento dos corpos;
• visualizar claramente a dilatação térmica, mesmo quando essa é de uma fração de milímetro;
• obter dados quantitativos sobre o resfriamento, que podem ser usados para testar a lei de Newton ou suas generalizações;
• montagem simples, não exigindo muitos recursos ou materiais de difícil acesso;
• utilização em salas de aula com muitos alunos, pois é grande o suficiente para ser visto por todos.
6