Licenciatura em Fsica Instituto de Fsica UFRJ TRABALHO

Licenciatura em Física Instituto de Física – UFRJ TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO UM EXPERIMENTO SOBRE A DILATAÇÃO TÉRMICA E A LEI DE RESFRIAMENTO Aluno Luiz Fernando de Souza Orientador Carlos Eduardo Aguiar Junho 2007

Resumo 1. Introdução 2. Dilatação térmica dos corpos 3. Dilatação térmica na sala de aula 4. Mais uma demonstração da dilatação térmica 5. A lei de Newton do resfriamento 6. Resfriamento de uma barra de alumínio 7. Comentários finais

Introdução • Ausência de laboratórios na maioria dos colégios. • Necessidade de demonstrações e experimentos simples, que possam ser realizados em sala de aula. • Este trabalho descreve um experimento de fácil montagem, com o qual podemos estudar dois fenômenos distintos: 1. a dilatação térmica de corpos; 2. o resfriamento de um objeto quente.

Dilatação térmica dos corpos • O aumento (diminuição) de temperatura em geral acarreta um aumento (diminuição) nas dimensões do corpo. juntas de dilatação efeitos da dilatação térmica

Coeficiente de dilatação térmica Dilatação linear: MATERIAL COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR EM ºC-1 Aço 1, 1 x 10 -5 Alumínio 2, 4 x 10 -5 Chumbo 2, 9 x 10 -5 Cobre 1, 7 x 10 -5 Ferro 1, 2 x 10 -5 Latão 2, 0 x 10 -5 Ouro 1, 4 x 10 -5 Prata 1, 9 x 10 -5 Vidro comum 0, 9 x 10 -5 Vidro pirex 0, 3 x 10 -5 Zinco 6, 4 x 10 -5

Coeficiente de dilatação térmica • O coeficiente de dilatação de um corpo pode depender da temperatura. coeficiente de dilatação linear do cobre

Dificuldade para observar a dilatação térmica • Coeficientes de dilatação são pequenos: ~ 10 -5 / o. C • L 0 = 1 metro, T = 100 0 C L ~ 1 milímetro

Dilatação térmica na sala de aula • Bola e anel (Willem ‘s Gravesande, século XIII)

Dilatação térmica na sala de aula • Lâmina bimetálica papel-alumínio (maço de cigarros)

Dilatação térmica na sala de aula • Fio metálico aquecido

Mais uma demonstração da dilatação térmica • Expansão de uma barra metálica

Medida do ângulo anteparo com transferidor ponteiro: canudinho com alfinete

Montagem da demonstração

Observando a dilatação

Observando a dilatação

Temperatura final diâmetro do alfinete = 2 R = 0, 6 mm ângulo final = = 114° T = 50°C L = 1, 19 mm

O Resfriamento da Barra e a Lei de Newton

Lei de Newton do Resfriamento

O resfriamento da barra de alumínio

O resfriamento da barra de alumínio

O resfriamento da barra de alumínio

O resfriamento da barra de alumínio

Ajuste da lei de Newton aos dados Parâmetros ajustados: “tempo de resfriamento”: Ajuste feito com o Excel (Solver)

Comparação da lei de Newton com os dados

Comentários Finais n Experimento que estuda dois fenômenos diferentes: a dilatação térmica e o resfriamento dos corpos. n Permite observar claramente a dilatação térmica, mesmo quando essa é de uma fração de milímetro. n Possibilita a obtenção de dados quantitativos sobre o resfriamento, que podem ser usados para testar a lei de Newton. n Montagem simples, não exigindo muitos recursos ou materiais de difícil acesso. n Pode ser utilizado em uma sala de aula com muitos alunos, pois é grande o suficiente para ser visto por todos.