defi departamento de física

Transcrição

1 defi departamento de física Laboratórios de Física Coeficiente de dilatação térmica Instituto Superior de Engenharia do Porto Departamento de Física Rua Dr. António Bernardino de Almeida, Porto. T F

2 Objectivos: Determinação do coeficiente de dilatação linear de diferentes materiais Introdução teórica Quando a temperatura de um corpo é alterada, as suas dimensões (p.ex. comprimento) também o são. Para intervalos mais ou menos significativos de temperatura, o comprimento l de um sólido, à temperatura t, pode relacionar-se com o comprimento inicial l 0, à temperatura t 0, pela expressão: em que: logo: l = l 0. (1 + α. (t - t 0 )) (Eq. 1) α = (l - l 0 ) / (l 0. (t - t 0 )) (Eq. 2) α = l / (l 0. t) (Eq. 3) l é a variação de comprimento t é a variação de temperatura α é o coeficiente de dilatação térmica l 0 é o comprimento inicial A dependência do volume dos sólidos, líquidos e gases, com a variação da temperatura é dada pela expressão: v = v 0. (1 + β. (t - t 0 )) (Eq. 4) em que β é o coeficiente de dilatação volumétrica. Departamento de Física Página 2/5

3 Material Necessário 1 dilatómetro 1 tina de água 1 termóstato 1 micrómetro 1 termómetro 1 cronómetro 1 fita métrica tubos / barras de materiais diferentes tubos de borracha Procedimento 1. Com cuidado, meça o comprimento inicial da barra (l 0 ). 2. Com a ajuda do termómetro anote o valor da temperatura ambiente (t 0 ). 3. Coloque a barra no dilatómetro e prenda-a na extremidade fixa 1 com o parafuso respectivo. De seguida, ajuste o ponteiro do micrómetro no zero da escala. ATENÇÃO: Uma das extremidades da barra deverá estar fixa e a outra em contacto com o micrómetro 4. Faça as ligações necessárias para que a água circule no interior da barra que está a utilizar. 5. Com cuidado e com a ajuda do professor, regule o termóstato para uma temperatura 5 ºC acima da temperatura (t 0 ) dada pelo termómetro. 6. Espere 5 minutos e verifique que a temperatura chegou ao valor desejado. 7. Anote o valor da temperatura (t). 8. Registe o valor lido no micrómetro. 9. Repita os pontos 5, 6 e 7 do procedimento experimental aumentando gradualmente a temperatura (5 em 5 ºC) até chegar aos 60 ºC. 10. Com os valores registados trace o gráfico l = f( t). Departamento de Física Página 3/5

4 11. Através do método de regressão linear obtenha o coeficiente angular da recta encontrada. 12. Obtenha o valor do coeficiente de dilatação linear do material que usou através da Equação Compare o valor experimental obtido com o valor tabelado. Calcule os erros associados à determinação do coeficiente de dilatação linear do material. 14. Calcule os erros associados à determinação do coeficiente de dilatação linear do material. 15. Repita todo o procedimento para uma barra de um outro material. Tabela de coeficientes de dilatação linear MATERIAL α (x 10-5 K -1 ) Latão 1,8 Aço 1,1 Vidro duran 0,32 Vidro de quartzo 0,046 Cobre 1,6 Alumínio 2,2 Questões 1) Determine o coeficiente de expansão (dilatação) volumétrica dos materiais que constituem as barras que utilizou no trabalho. Deduza a expressão que relaciona o coeficiente de expansão linear com o coeficiente de dilatação volumétrica. 2) Os coeficientes de dilatação linear que determinou são válidos para qualquer intervalo de temperatura? E de pressão? 3) Embora a maior parte dos materiais sofra expansão quando aquecidos, a água entre 0ºC e 4ºC, constitui uma importante excepção. Explique porque tal se verifica e diga quais as implicações que tem esse facto na existência de vida aquática em lagos, em Invernos muito rigorosos. Departamento de Física Página 4/5

5 Referências Bibliográficas William Vieira de Albuquerque, Manual de laboratório de Física, McGraw Hill (1980). PHYWE series of publications Lab. Experiments Physics Thermal Expansion in solids and liquids. Departamento de Física Página 5/5