Dilatação termica dos solidos

Dilatação termica dos solidos

Flávio André Raimundo Alves dos Santos

Relatório técnico apresentado como requisito parcial da disciplina Laboratório de Física Aplicada do curso de Engenharia Civil, coordenado pelo professor Calos Spartacus da Silva Oliveira.

1. INTRODUÇÃO3
2. OBJETIVOS3
3. NORMAS TÉCNICAS PERTINENTES3
4. EQUIPAMENTOS4
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL4
6. CÁLCULOS5
7. CONCLUSÃO6
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS7

1. INTRODUÇÃO

Geralmente, quando aumenta a temperatura de um corpo, suas dimensões aumentam: é a dilatação térmica. Ocorre a contração térmica ao diminuírem as dimensões do corpo, em virtude da diminuição da temperatura.

A dilatação de um corpo pelo aumento de temperatura é conseqüência do aumento da agitação das partículas do corpo: as mútuas colisões, mais violentas após o aquecimento, causam maior separação entre as moléculas.

No ramo da construção civil é de suma importância saber a magnitude da dilatação dos materiais utilizados, por exemplo, pontes sustentadas por cabos de aço, neste tipo de obra a intensidade da dilatação dos cabos pode afetar a estrutura da mesma, causando até mesmo o seu desabamento. Os trilhos de trem são projetados embasados no valor do coeficiente de dilação do metal utilizado, por isso sempre há um pequeno espaço entre eles, evitando assim o provável descarrilamento dos vagões que por ali circularão. É por essa razão que a construção de pontes, edifícios e estradas de ferro, por exemplo, utiliza “folgas”, chamadas de juntas de dilatação. As juntas previnem trincas e rupturas causadas pela dilatação térmica dos materiais de construção.

2. OBJETIVOS

Este experimento tem como objetivo estudar a dilatação térmica linear dos sólidos: alumínio, ferro e chumbo.

3. NORMAS TÉCNICAS PERTINENTES

Para este ensaio não foi encontra nenhuma norma técnica da ABNT, apenas tomamos como referencial livros técnicos e publicações de algumas Universidades Federais.

4. EQUIPAMENTOS

Dilatômetro wunderlich linear de precisão COD. 7705-a MR. MMECL com acessórios;

Álcool; Copo descartável 25ml; Fogo; Barra de Ferro 10x500mm; Barra de Alumínio 10x500mm; Barra de chumbo 10x500mm; Termômetro.

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Antes de iniciar todo o procedimento experimental devemos conhecer as regras gerais do laboratório assim como todas as recomendações para a utilização de todos os equipamentos. Primeiramente medimos a temperatura ambiente com um dos termômetros presentes no dilatômetro. Em seguida foi realizado a medição e ajuste de todo o material utilizado e o medidor de dilatação foi calibrado.

O aquecimento do corpo de prova se deu por uma mangueira de borracha ligada por uma rolha a boca de um pequeno recipiente com água fervendo/ 100ºC.

Isso foi feito até o momento em que os termômetros entraram em equilíbrio térmico, sendo depois verifica da a variação do comprimento do corpo de prova (dilatação).

6. CÁLCULOS

Nos corpos sólidos a dilatação pode ser:

Linear: aumento de uma dimensão;

Superficial: Neste caso, a expansão ocorre nas suas duas dimensões lineares, ou seja, na área total do corpo.

Volumétrica: sofrem expansão nas três dimensões o que proporciona um aumento no volume total do corpo.

Porem, neste trabalho foi realizada apenas a dilatação linear.

Temperatura é a medida do grau de agitação das moléculas de um corpo. Quando fornecemos energia térmica a ele, as partículas se movimentam com maior intensidade o que ocasiona a dilatação do mesmo. A medida da diferença do grau de agitação das partículas em dois instantes é dada por ∆T=T-T0.

Esta é diretamente proporcional ao comprimento inicial do corpo e a variação de temperatura a qual ele é submetido, esta proporção se transforma numa igualdade com a introdução de uma constante, sendo definido pela equação: ∆L=L0.α.∆T.

A dilatação ocorre quando o corpo tem expansão em uma dimensão. Por exemplo, os cabos de telefone ou luz, expostos ao Sol nos dias quentes do verão, variam suas temperaturas consideravelmente, fazendo com que o cabo se estenda causando um envergamento maior, pois aumenta seu comprimento que passa de um comprimento inicial (Li) a um comprimento final (Lf). A mesma coisa acontece com o fio de cabelo quando se utiliza a "chapinha" para alisá-lo. Dizemos que a dilatação provocou um aumento no comprimento dado por:

∆L = Lf - Li.

A dilatação do material depende de três fatores:

da substância de que é feito; da variação de temperatura sofrida; e do comprimento inicial.

O comportamento descrito é geral para qualquer corpo que tenha uma de suas dimensões muito maior do que as outras duas e, nesse caso, podemos nos concentrar na dilatação linear e calcular a variação no comprimento do corpo pela expressão:

∆L = ά Li . ∆Tonde:

∆L é variação de comprimento, ou seja, é a dilatação linear; ά é o coeficiente de dilatação linear, que é uma característica de cada substância; Li é o comprimento inicial;

∆T é a variação de temperatura, ou seja, ∆T = Tf - Ti, onde Ti representa a temperatura inicial e Tf a temperatura final.

A dilatação é proporcional ao aumento de temperatura, mas não é a mesma para

7. CONCLUSÃO diferentes materiais, ou seja, mesmo para uma mesma variação de temperatura, a dilatação dos corpos não será a mesma para diferentes materiais, pois cada um tem um coeficiente de dilatação característico.

Na verdade a dilatação térmica é sempre volumétrica, pois suas três dimensões estão variando com a temperatura, apesar de termos o costume de analisar apenas a linear, quando esta predomina sobre as outras duas.

Com o experimento concluímos que a variação de comprimento ∆L de uma barra ao ser aquecida é diretamente proporcional a variação de temperatura ∆T e também do material que constitui a peça a ser analisada.

Os dados obtidos foram satisfatórios, tendo o ferro o menor coeficiente e o alumínio ficando com o maior coeficiente, prevalecendo o ferro como o material, entre os analisados, tendo o melhor coeficiente de dilatação. A maneira de interpretação do resultado segue da

Leia-se: ocorre uma dilatação de 0,000012cm para cada 1 cm de comprimento da barra e para cada 1ºC de variação de temperatura.

Finalizamos afirmando da grande importância de conhecermos a dilatação dos materiais que são empregados na indústria da construção civil e outras áreas, sendo que só podemos obter bons resultados se conhecermos o material que iremos trabalhar.

8. FERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Manuais laboratórios CEDETEG Apêndice Colchão de Ar Linear Hentschel 301992.018

Robert Resnick, David Halliday e Kenneth S. Krane: Física 1. 5a edição. Editora LTC, 2003.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.Fundamentos de Física. v. 1. 6. ed. Rio de Janeiro,RJ: Livros Técnicos e Científicos, 2006.

NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica.v. 1. 4. ed. São Paulo, SP: Edgard Blücher,2002.

TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para Cientistas e Engenheiros. v. 1. 5. ed. Rio de Janeiro,RJ: Livros Técnicos e Científicos, 2006. 840 p.

9. ANEXO

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