Coeficiente linear

EXPERIÊNCIA 6
COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR

Objetivos
Determinar experimentalmente o coeficiente de dilatação térmica linear do latão, do aço e do alumínio.

Material
1. 3 dilatômetros lineares com tubos de latão, aço e alumínio, respectivamente 2. Circulador de água com aquecedor e controle de temperatura 3. Termômetro

Fundamentação Teórica
Um sólido é formado por um conjunto de átomos interligados por forças interatômicas. As propriedades elásticas e térmicas de um sólido são frequentemente descritas a partir de um modelo simples do tipo massa-mola, em que os átomos são considerados como as massas e as forças de coesão entre eles são descritas por molas (veja fig.1).

Figura 1 - Modelo tipo massa-mola de um sólido.

Molas perfeitas obedecem à lei de Hooke, que diz que a força exercida por uma mola é contrária e proporcional à distenção, ou seja

F x=−k x−x0  , em que x−x0  descreve o quanto ela é distendida em relação ao seu comprimento de equilíbrio x 0 , que corresponde à distância interatômica média. O comprimento

L de um sólido que possui N ligações entre
L=N x 0 . A compressibilidade, uma

os átomos ao longo de uma de suas arestas será portanto,

propriedade mecânica que descreve o quanto um sólido pode ser deformado pela aplicação de uma força externa, está relacionada à força de coesão entre os átomos e, portanto, no modelo, depende da constante

de mola

k.

Numa dada temperatura, cada átomo possui energia cinética e, portanto, está em constante movimento, oscilando em torno da sua posição de equilíbrio. Sua energia passa ciclicamente de cinética para potencial elástica e de volta à cinética. A energia potencial elástica correspondente à essa força restauradora é descrita por

1 2 U  x= k x−x0  . 2
A posição de equilíbrio x 0 é aquela que corresponde à menor energia potencial elástica. Assim, todos os átomos oscilam em torno dessa posição, independentemente da quantidade de energia cinética que possuam. O