* Identificar o princípio de funcionamento de um termômetro clínico * Calcular a dilatação de um material conhecido quando aquecido * Identificar a temperatura final em função da dilatação sofrida por um corpo

Uma aula de 50 minutos

Dilatação Linear

Desenvolvimento da atividade
Motivação / Introdução (10 min.)
A medida de uma temperatura implica no emprego de algum tipo de termômetro. Existem inúmeros tipos de termômetros baseados em princípios diferentes, o termômetro mais conhecido pelas pessoas é o chamado termômetro clínico que é usado para medidas de temperatura do corpo humano. Nessa aula veremos uma maneira diferente de medir uma temperatura onde não dispomos de um termômetro.

Na sala de aula (20 min.)
Trabalhe com os alunos de forma a deixar claro a idéia de que:
O fenômeno da dilatação como um dos fenômenos físicos empregados a media de temperatura. Nesse caso a aula pode partir de um instrumento que todos os alunos já viram e até mesmo manusearam, o termômetro clínico. A figura abaixo ilustra alguns elementos importantes na constituição desse instrumento.

 Figura 01 – Termômetro Clínico indicando a temperatura média do corpo humano

O emprego do mercúrio no seu interior está diretamente ligado ao fato de possuir um alto coeficiente de dilatação linear (α_Hg=182.10-6/°C) em relação ao tubo de .vidro (α_vidro=32.10-6/°C). O mercúrio tem também a vantagem de se encontrar no estado líquido à temperatura ambiente. Isso faz com que qualquer variação de temperatura implique em uma variação do comprimento da escala conforme mostra a equação 01 de medida da dilatação (ΔL) de uma barra (L₀) constituída de um material com coeficiente de dilatação (a) após sofrer uma variação de temperatura (ΔT). Desta forma a leitura de uma temperatura pode ser feita fazendo uma leitura de uma escala graduada (Na fig.01 a escala indicada está em ºC, ou seja, ponto de congelamento da água (0ºC) e ponto de fervura (100ºC)).

Percebemos então que a dilatação de um material conhecido pode ser empregada como método de determinação de uma temperatura. Os primeiros termômetros foram criados segundo esse princípio e embora hoje haja formas mais modernas de medidas de temperaturas esse tipo de t ermômetro ainda é o muito empregado.

Na sala de informática (20 min.)
Usaremos o Objeto de Aprendizagem do Labvirt denominado Indústria Metalúrgica (fig. 02). Nesse O.A. O aluno deverá ajudar um operário de uma siderúrgica a resolver um complexo problema: medir a temperatura de um forno sem o emprego de um termômetro.
Durante a resolução do problema oriente os alunos a observarem os seguintes elementos:
* Materiais diferentes possuem também diferentes coeficientes de dilatação
* Segundo a eq.01a dilatação (ΔL) será maior, e portanto mais visível, quanto maior for o tamanho inicial da barra (L₀), o coeficiente de dilatação (a) e a variação de temperatura (ΔT).
* A determinação da temperatura do alto forno deve ser feita com base em um cálculo envolvendo os parâmetros da eq.01 que também é mostrada no próprio Objeto de Aprendizagem.

 Figura 02 – Indústria Metalúrgica. Disponível em: http://www.labvirt.fe.usp.br/simulacoes/fisica/sim_termo_metalurgica.htm

Professor, peça para que os alunos alterem os parâmetros da simulação e descrevam o que ocorre. Para isso respondam as questões do relatório.
 

http://www.labvirt.fe.usp.br/simulacoes/fisica/sim_termo_metalurgica.htm http://br.geocities.com/resumodefisica/termometria/ter07.htm http://www.bd.com/brasil/consumo/BDconsumo/termometro/bula_term_vidro.doc http://www.coladaweb.com/fisica/termometro.htm

Quando o aluno estiver acessando o Objeto de Aprendizagem "Indústria Metalúrgica". Peça para que responda as seguintes questões: 1) A mudança do tipo de barra empregada irá alterar a dilatação da peça? Explique. 2) Qual das barras possui o maior coeficiente de dilatação? 3) O tempo que a barra ficará no forno influirá da dilatação? Explique. 4) Considerando que o operário use uma barra de alumínio de 1,80m com uma temperatura de 40ºC e que depois de retirada do forno tenha um tamanho de 1,818m, calcule a temperatura do forno. Considere a(Al) = 0,0000036/ºC. 5) Pesquise pelo menos mais dois outros tipos de termômetros com funcionamento diferente do termômetro clínico e faça uma descrição do seu funcionamento acompanhado de um esquema explicativo.