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terça-feira, 6 de março de 2012

FÍSICA - DILATAÇÃO E CONTRAÇÃO TÉRMICA II(TERMOLOGIA)


Objetivo
Mostrar que quando um material é aquecido ele sofre um aumento de volume e quando resfriado sofre uma diminuição de volume.

Contexto

Alguma vez você já se perguntou por que o copo de vidro se quebra quando colocamos café fervendo dentro dele? 
Ou por que o mercúrio sobe dentro do bulbo do termômetro? 
Estas são apenas duas situações onde testemunhamos o fenômeno da dilatação dos materiais. 
Nos dois casos anteriores o que ocorreu foi que tanto o copo como o mercúrio do termômetro sofreram um aumento de temperatura e por isso os seus volumes aumentaram. 
No caso do copo, a camada de vidro interna se aqueceu e dilatou antes da camada de vidro externa ter se aquecido o suficiente para sofrer a mesma dilatação. 
Por isso a camada de vidro interna empurra a camada externa e o copo se quebra. 
O volume de quase todos os materiais cresce quando sofre um aumento de temperatura porque a vibração das moléculas do material aumenta. 
Assim as moléculas passam a ocupar um espaço maior e conseqüentemente o volume de todo o material também aumenta. 
O inverso ocorre quando um material sofre uma diminuição de temperatura. 
Entretanto há raras exceções onde a temperatura aumenta e o volume ocupado pelo material diminui. Como no caso da água, que quando sua temperatura passa de zero a quatro graus centígrados, o volume ocupado por ela diminui.

Idéia do experimento

A idéia é aquecer um frasco cheio de água e verificar a variação do volume da água através do deslocamento do nível da água num tubo ligado ao frasco. 
A água é aquecida colocando uma vela para aquecer o frasco. 
Quando a água está sendo aquecida ela dilata (aumenta o volume), ou seja, passa a ocupar um espaço maior. Como o frasco está cheio e não há espaço para onde a água ir, então ela sobe pelo tubo ligado ao frasco. 
O volume de água que sobe pelo tubo é o quanto a água dilatou. 
Depois o frasco é colocado dentro de um recipiente contendo água fria. Isso faz com que a água de dentro do frasco esfrie rapidamente. 
Conforme a água vai esfriando, ela diminui o volume, ou seja, vai se contraindo e a água que se encontra no tubo vai descendo.
Tabela do material
ItemObservações
1 frasco de vidro de 50 mlÉ aquele frasco em que geralmente vem com xarope.
1 canetaQue seja possível separar o tubo externo. Se o tubo tiver furo na lateral, ele será tapado com fita crepe.
1 borracha escolarDeve ter cerca de um centímetro de altura.
1 garrafa de refrigerante de 2 litros de plásticoPara confeccionar uma vasilha.
1 lamparinaVer anexo 1.
1 caixa de palitos de fósforoPara acender a lamparina.
ÁguaCerca de um litro.
15 centímetros de fita crepePara confeccionar uma escala.
1 estiletePara cortar a borracha e a garrafa.
1 pano de limpezaPara limpar o fundo do frasco após o aquecimento.
Montagem
  • Corte a garrafa cerca de 10 centímetros acima do fundo.
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  • Marcar na borracha o contorno da boca do frasco.
  • fte14_2.gif 2kB
  • Com o estilete corte a borracha seguindo o contorno desenhado no passo anterior. No final deve ficar como no desenho abaixo, pois queremos uma rolha.
  • fte14_3.gif 1kB
  • Coloque a rolha na boca do frasco para ver se ela encaixa corretamente. Se a rolha estiver muito grande, retire mais um pouco de sua lateral com o estilete.
  • Desmonte a caneta e retire o tubo externo.
  • Fure a rolha usando o tubo da caneta e retire o pedaço de borracha que ficou dentro do tubo.
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  • Coloque o sistema acima na boca do frasco. Se não entrar, retire com o estilete um pouco do lado da borracha. Importante: deve-se deixar apenas o suficiente para a rolha entrar apertada.
  • Retire a rolha com o tubo, coloque o frasco dentro do recipiente de plástico e encha-o totalmente de água. Coloque a rolha com o tubo.
  • fte14_5.gif 2kB
  • Vire o frasco de lado para ver se não ficou nenhuma bolha de ar dentro. Se ficou, encha o frasco com água outra vez. Importante: duas coisas contribuem para criar bolhas dentro do frasco. Uma é deixar um pedaço grande do tubo dentro do frasco. Outra é não encher totalmente frasco com água.
  • Cole um pedaço de fita crepe de cerca de 1 centímetro de largura no tubo de caneta. Se o tubo de caneta tiver furo, coloque a fita de tal modo que tampe o furo.
  • Faça riscos com intervalo de 5 milímetros na fita crepe.
  • Faça uma marca na posição onde está o nível da água.
  • Coloque o conjunto sobre o suporte da lamparina para aquecer.
  • Observe a dilatação, ou seja, o nível da água subindo.
  • Espere o nível da água subir cerca de 3 centímetros.
  • Pegue o frasco e limpe o fundo com o pano.
  • Coloque o conjunto dentro do recipiente de plástico.
  • Coloque água fria ao redor do frasco.
  • Observe o nível da água no tubo baixando, ou seja, a água se contraindo.
Comentários
  • Corte a borracha sobre um papelão ou um pedaço de madeira para não riscar a carteira.
  • Quando a água voltar a mesma temperatura em que estava antes de ser colocada no frasco, o nível da água no tubo será o mesmo de antes do frasco ser aquecido.

Esquema de montagem

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Anexo 1LAMPARINA E SUPORTE


Se você possuir lamparina comum, use-a. Se não tiver, faça esta lamparina a base de vela, que consideramos ser mais segura que a lamparina comum, a base de álcool.
Tabela do material
    ItemObservações
    2 latinhas de refrigeranteO suporte se encaixará melhor sobre a lamparina se o par de latinhas forem da mesma marca.
    1 estiletePara realizar os cortes nas latinhas.
    1 abridor de latasPara retirar a parte superior de uma das latinhas.
Montagem
  • Tire a parte superior de uma latinha com o abridor de latas e corte-a um pouco abaixo do meio com o estilete.
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  • Com o estilete, tire dos lados quatro tiras de cerca de dois centímetros de largura.
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  • Retire um retângulo da lateral da outra latinha, semelhante ao desenho abaixo. É importante que fique um espaço (cerca de dois centímetros e meio) entre o corte do retângulo e a borda superior, pois o suporte será encaixado nesse espaço.
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  • Nas bordas da abertura faça cortes de cerca de cinco milímetros e depois dobre as beiras para dentro da lata (para evitar acidentes com a beira da lata cortante).
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  • Corte a boca da latinha a deixando num formato triangular.
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  • Coloque uma vela dentro da latinha, fixando a vela na boca triangular para ela não cair para dentro da lata conforme for queimando. A vela deve ser empurrada contra a parte triangular e ficar cravada.
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  • Coloque o suporte sobre a lamparina e acenda a vela.
Comentários
  • Conforme a vela for queimando e a chama se aproximando da lata, levante a vela voltando a fixá-la numa posição mais elevada.
Esquema de montagem
fte14_13.gif 3kBProjeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

TMO/FCL

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