Física Térmica Dilatação Térmica 1

UNIVERSIDADE CATÓLICA DE BRASÍLIA

CURSO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSICA TÉRMICA

COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR

� OBJETIVO

• Determinar o coeficiente de dilatação linear de uma haste metálica

� FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Um corpo sólido, submetido a ação do calor, apresenta alterações em suas dimensões a medida

que sua temperatura varia. A dilatação segundo uma dimensão é denominada dilatação linear. Um

bom exemplo é o espaço deixado entre os trilhos de uma linha férrea. Caso este espaço não existisse,

os trilhos iriam se deformar, pois apesar da dilação ser muito pequena, quando comparada ao

comprimento do trilho , as forças envolvidas são de magnitude muito grande.

Vamos analisar a dilatação linear de uma haste fina de comprimento inicial �0 à temperatura T0 .

Variando a temperatura desta haste para T, verifica-se que seu comprimento muda de valor, para � .

A experiência mostra que a dilatação sofrida pela haste ∆� = � - �0 , é proporcional ao seu

comprimento inicial �0 e a variação de temperatura ∆T = T – T0 . Deste modo temos:

A constante de proporcionalidade αααα é denominada de coeficiente de dilatação linear. Seu valor

depende da natureza do material da haste. Na tabela apresentamos os valores do coeficiente de dilatação

linear para alguns materiais.

Material α ( 0C

-1 )

Alumínio 2,4 10-5 Latão 2,0 10-5 Prata 1,9 10-5

Ouro 1,4 10-5

Cobre 1,4 10-5

Ferro 1,2 10-5

Aço 1.2 10-5

Platina 0,9 10-5

Vidro 0,9 10-5

Vidro Pirex 0,3 10-5

∆∆∆∆� � � � = α α α α ����0 ∆∆∆∆T Eq. 1

Física Térmica Dilatação Térmica 2

Analisando a tabela, verificamos que a dilatação linear do sólido é realmente muito pequena, quando

comparada as suas dimensões. A Eq.1 mostra ,por exemplo, que a dilatação de uma haste de cobre de

1,0m de comprimento que sofre uma variação de temperatura de 1000C é de apenas 1,4 mm.

� MATERIAL NECESSÁRIO

• manta • balão de 300ml

• dilatômetro com hastes metálicas • presilha para fixar o balão

• termômetro • suporte para balão

• rolha com mangueira • liga de borracha

� MONTAGEM

Execute a montagem de acordo com as instruções:

1. Coloque o nanômetro sobre o suporte II.

2. Coloque a haste sobre o eixo do ponteiro, suporte II , fixando-a com cuidado ao suporte I.

3. Coloque a mangueira na extremidade da haste no suporte I.

4. Fixe o balão, coloque nele um pouco de água e conecte a mangueira à haste , como mostra a

figura.

5. Introduza o termômetro na mangueira próxima ao suporte II, com o cuidado de não quebrá-lo.

6. Ajuste o nanômetro de modo a indicar zero.

� PROCEDIMENTO

Física Térmica Dilatação Térmica 3

1. Determine o comprimento inicial �0 da haste, desde o eixo do apoio II até o centro do fixador I.

�0 = _______________

2. Leia no termômetro a temperatura inicial da barra.

T0 = _______________

3. Ligue a manta e aguarde a água ferver. Quando a água ferver, os vapores que circulam no interior da

haste fazem com que ela se dilate. Durante a dilatação da haste observa-se que:

a) O termômetro acusa temperatura ascendente.

b) O ponteiro gira, o que indica que a haste aumenta seu comprimento.

4. Aguarde até que a temperatura e a dilatação se estabilizem e determine a temperatura final da haste:

TF = _______________

5. Leia no nanômetro a dilatação sofrida pela barra:

∆l = ________________

� TAREFAS

1. A partir dos dados experimentais determine o coeficiente de dilatação linear da haste . Compare o

valor encontrado com o valor tabelado. Apresente os cálculos em seu relatório.

αααα = _____________ material da haste: _______________

2. Após os cálculos da tarefa 1, troque a barra e repita os procedimentos no intuito de saber qual o

coeficiente da nova barra e de que é feita?

αααα = _____________ material da haste: _______________

3. Explique o por que não foi medida a dilatação superficial ou volumétrica da barra.

4. Explique o por que de trilhos em ferrovias, placas de concreto em viadutos devem ser assentadas

com um espaço entre elas.

5. Compare os valores de α encontrados nas tarefas 1 e 2 e explique a diferença existente entre os

resultados .

6. Tire uma conclusão deste experimento.