Um Experimento sobre Dilatação Térmica e a Lei de Resfriamento

Carlos E. Aguiar e Luiz Fernando de Souza

Instituto de Física, UFRJ

XVIII SNEF – Vitória, 2009

Dilatação térmica na sala de aula

anel de Gravesande(séc. XVIII)

dilatação térmica típica: ~ 0,001 por cento por oC difícil de ver

bimetal

Demonstrações usuais:

1

Outra demonstração

dilatação

barra metálica

alfinete

canudo de refrigerante

vela

dilatação

barra metálica

alfinete

canudo de refrigerante

vela

2

Expansão de uma barra de alumínio

L

R θ R θ

L

R θ R θ

R2Ldilatação vs. ângulo:

pequeno grande(visível)

3

Lei de Newton do resfriamento

• Proposta em 1701, quando Newton já tinha quase 60 anos. • Publicada anonimamente num artigo intitulado Scala Graduum Caloris

[Philosophical Transactions of the Royal Society 22, 824 (1701)].• Propósito de Newton: medir temperaturas de até 1000 oC, algo

impossível aos termômetros da época.• Válida apenas aproximadamente. Aplicável em situações onde a

temperatura do objeto não é muito diferente da temperatura ambiente e quando correntes de ar auxiliam o resfriamento (convexão forçada).

)TT(kdt

dTa )tkexp()TT(TT a0a

4

Resfriamento da barra de alumínio

-

102030

405060

708090

100110120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

tempo (minutos)

ângu

lo (

grau

s)

)tkexp()( a0a Lei de Newton:

ajuste às medidas k = 0,15 min-1 tempo de resfriamento = 1/k = 6,6 min

5

Conclusão

Um único aparato permite:

• estudar dois fenômenos diferentes, a dilatação térmica e o resfriamento dos corpos;

• visualizar claramente a dilatação térmica, mesmo quando essa é de uma fração de milímetro;

• obter dados quantitativos sobre o resfriamento, que podem ser usados para testar a lei de Newton ou suas generalizações;

• montagem simples, não exigindo muitos recursos ou materiais de difícil acesso;

• utilização em salas de aula com muitos alunos, pois é grande o suficiente para ser visto por todos.

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