Licenciatura em Física Instituto de Física – UFRJ TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO UM EXPERIMENTO SOBRE A DILATAÇÃO TÉRMICA E A LEI DE RESFRIAMENTO Aluno.

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1 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

2 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

3 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.

4 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

5 Coeficiente de dilatação térmica MATERIAL COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR EM ºC -1 Aço1,1 x 10 -5 Alumínio2,4 x 10 -5 Chumbo2,9 x 10 -5 Cobre1,7 x 10 -5 Ferro1,2 x 10 -5 Latão2,0 x 10 -5 Ouro1,4 x 10 -5 Prata1,9 x 10 -5 Vidro comum0,9 x 10 -5 Vidro pirex0,3 x 10 -5 Zinco6,4 x 10 -5 Dilatação linear:

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

7 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

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

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

10 Dilatação térmica na sala de aula Fio metálico aquecido

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

12 Medida do ângulo anteparo com transferidor ponteiro: canudinho com alfinete

13 Montagem da demonstração

14 Observando a dilatação

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

17 O Resfriamento da Barra e a Lei de Newton

18 Lei de Newton do Resfriamento

19 O resfriamento da barra de alumínio

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

24 Comparação da lei de Newton com os dados

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