FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA Projeto de Pesquisa da Primeira Série
Série: Primeira Curso: Eletrotécnica
Turma: 2124 Sala: 234
Início: 02 de junho de 2009 Entrega: 17 de julho de 2009 Aluno: Ismael Lopes Möbus Aluno: Lucas Augusto Schmidt Aluno: Rafael Amaral Aluno: Rômulo Carlo dos Santos Orientador: Joni Matzenbacher Co-orientador: Prof. Jader
DILATAÇÃO TÉRMICA
1 DELINEAMENTO1.1 Introdução
Em meados de maio foi proposto para os alunos do curso de Eletrotécnica da escola Liberato Salzano Vieira da Cunha, constituir um projeto para uma apresentação no final do segundo trimestre. O grupo H escolheu a experiência Dilatação Térmica. O projeto, a primeira vista parecia ser complicado, mas após uma conversa com o orientador, a preocupação passou e acabamos tomando a iniciativa de escolher um projeto que futuramente poderá até ajudar alguma empresa ou residência.
Neste projeto apresentamos o delineamento da nossa pesquisa, os resumos dos estudos realizados até o momento para contextualizar e aperfeiçoar nosso projeto e descrevemos a metodologia que será empregada para superar o desafio que nos foi proposto.
1.2 Tema
Este projeto visa a construção de uma réplica em pequena escala, de uma rede elétrica urbana ou empresarial, que será constituída por materiais de baixo custo e que possam fazer uma representação fiel da experiência.
Para realizar este projeto vamos estudar diferentes fontes de energia, e materiais viáveis para sua construção. Além de pesquisas atrás de vários projetos em escala real, para termos uma boa referência do que estamos estudando.
1.3 Proposta
Quando tal projeto foi proposto a nós, tínhamos pouco conhecimento sobre dilatação térmica, entramos em consenso e decidimos que faríamos, antes de tudo, um estudo exploratório, com a finalidade de ter mais afinidade com o assunto que o projeto abrange.
Após o estudo ser compreendido por todos os membros do grupo, daremos continuidade ao projeto, procurando detectar os fatores que determinam a ocorrência desse
fenômeno, uma pesquisa explicativa. Existe a possibilidade de que o projeto tenha uma pesquisa experimental para ver a origem deste experimento e suas influencias, para que esse fenômeno aconteça.
CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO OBJETIVO
Com esse projeto, visamos mostrar as pessoas o quanto a dilatação térmica influencia nas condições da energia que as companhias elétricas nos oferecem. Existe uma enorme preocupação em relação com o estudo do nosso projeto. Essa preocupação vem quando o tempo sofre uma grande baixa na temperatura, causando aos fios elétricos uma contração que pode causar uma distensão nos fios e uma série de problemas elétricos no circuito que interage considerado hoje como um fator indispensável.
Em geral, nós queremos achar uma solução viável a todas as companhias elétricas para que sejam evitados sérios danos à rede elétrica em relação à contração térmica.
1.4 Justificativa(s)
Basicamente, propósito do nosso projeto é ampliar o conhecimento dos alunos do curso de eletrotécnica sobre o tema Dilatação Térmica.
1.5 Problema
A dilatação térmica pode interferir na passagem de energia dos fios elétricos? 1.6 Hipótese(s)
No verão os fios elétricos cedem-se para baixo por causa do calor, e no inverno voltam ao normal por causa do frio, por isso não há interferência na passagem de energia pois a eletricidade percorre p percurso com velocidade constante, estando o fio reto ou inclinado.
No litoral sabe-se que a umidade é bem maior por influencia do mar e das chamadas maresias. Nos aparelhos eletrônicos com TV,DVD e rádios, ocorrem uma oxidação muito mais rápida nas placas eletrônicas diminuindo em porcentagens mais altas o tempo de vida útil dos aparelhos. Na linha de alta tensão pode-se observar pequenas faíscas nos conectores de ligação dos cabos, mais visíveis nos pequenos fios que descem da rede de alta tensão até os fusíveis da rede; ocorrendo trocas, substituições e manutenção muito mais periódica. Fatores em que os riscos de queimar um fusível é constante; principalmente no inverno, no verão o número de manutenção na rede elétrica é menor.
1.7 Objetivo(s)
Construir um circuito em paralelo de lâmpadas, ligado a uma bateria, para demonstrar a dilatação térmica de fio condutor.
1.7.1 Critérios do projeto
Analisar a perda de energia que a dilatação térmica causa nos fios condutores de luz. Entre dois postes de iluminação pública, os fios de eletricidade ficam um pouco caídos. Nesse caso, percebe-se a preocupação dos engenheiros em evitar o fenômeno contrário ao da dilatação. Quando tempo está frio, podemos perceber uma contração do fio. Se estivessem distendidos, poderiam ocorrer danos à rede elétrica.
2 CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA
Bom, nesse trabalho analisaremos o efeito da dilatação térmica em fios elétricos. A dilatação térmica pode definir-se em um material aquecido, em fios elétricos essa dilatação ocorreria com o calor do sol, ou seja, sem a interferência do homem.
Com os dados obtidos em nossa pesquisa, até o momento, concluímos que a dilatação térmica não interfere na passagem de eletricidade em fios elétricos.
A maioria dos materiais dilata-se quando aquecido e contrai-se quando resfriado. 2.1 Contextualização tecnológica
O conhecimento dilatação térmica esta completamente envolvida com uma das maiores descobertas já feitas pelo homem, a eletricidade. A eletricidade foi um grande passo para feito pelo homem, pois a eletricidade é uma forma de energia onde um feixe de elétrons corre em alta velocidade um cabo isolado por borracha, dando a energia fundamental para computadores, robôs, TVs, geladeiras, enfim, inúmeros aparelhos eletrodomésticos. Os fios condutores de eletricidade é um exemplo muito comum de dilatação térmica em prática, pois no verão, os átomos contidos na borracha que isola o fio condutor, aquecidos com as altas temperaturas do verão começam a se espalhar no fio, causando a chamada dilatação linear. As possíveis inovações que a energia elétrica causa atualmente são as chamadas energias limpas, um exemplo dessa inovação é a energia solar que, o sol, aquece placas solares que estas, transformam a energia luminosa em energia elétrica.
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Um dos princípios básicos da dilatação térmica é de que a maioria dos materiais dilata-se quando aquecido e contrai-dilata-se, quando resfriado, foi neste princípio, que nós começamos o nosso trabalho de pesquisa. Outro item a ser considerado é o de: “Por que os materiais se dilatam ou se contraem, termicamente? Vimos que, quando um corpo absorve calor, a agitação térmica de suas moléculas torna-se mais intensa, provocando, um aumento na
temperatura desse corpo. Com o aumento da agitação térmica, aumenta a amplitude da vibração de cada átomo. Assim, o volume necessário para acomodar os átomos ou moléculas de um sólido em alta temperatura é maior do que o volume ocupado pelas mesmas partículas quando o material está em temperaturas mais baixas”.
Dilatação Superficial: (ocorre em duas dimensões) Dilatação Volumétrica: (ocorre em três dimensões).
Quando estudamos a dilatação de um fio, teremos a ocorrência predominante de um aumento no comprimento desse fio. Essa é a característica da dilatação linear. Por estarem relacionados com o aumento e a diminuição da temperatura dos corpos, esses fatos são conhecidos como dilatação e contração térmica.
Um instrumento do qual se pode demonstrar a dilatação térmica é do anel de Gravesande, que precisa de uma haste com uma esfera no meio e um anel, passa-se a esfera no meio do anel, após isso, esquenta-se a esfera e coloca-se a esfera novamente no anel, só que agora ela ultrapassa o anel, pois o calor dilatou a esfera.
Então se pensou em como solucionar o problema que é a dilatação térmica? Hoje em dia, no caso dos trilhos de trem deixa-se um pequeno espaço entre as barras de metal, pelo motivo de que quando está muito quente o metal se expande em efeito da dilatação térmica. Com esse espaço entre as barras os trilhos do trem não sofrem muito efeito da dilatação. Antigamente não havia esse espaço entre os trilhos, o que causava um dobramento nos mesmos, impossibilitando assim, qualquer trem de transitar naquele trilho.
O coeficiente da dilatação, no nosso caso o do metal cobre é: Material Símbolo Tempo (Celsius)
Chumbo Cu 18 a 100
Nem todos os materiais se dilatam da mesma forma, os cabos de alta tensão aumentam somente o seu comprimento (dilatação linear) o ferro (na forma de uma placa) se exposto a altas temperaturas pode se expandir aumentando o tamanho de sua área (dilatação superficial) e um recipiente de vidro, aumenta seu comprimento, largura e espessura (dilatação volumétrica).
Um modo básico de calcular a expansão na dilatação linear do material é: uma barra de comprimento C.i, à temperatura T.i, é aquecida até uma determinada temperatura T.f, a barra, após o aquecimento não tem o mesmo comprimento isso é, se dilatou. Com os seguintes dados podemos montar essa equação: ΔL= Liα Δt.
3.1 Fio fino e longo
O fio fino e longo, é uma parte essencial de nosso projeto para que o feixe de elétrons chegue até as lâmpadas para lhe fornecerem energia. Estudos mostram, que o diâmetro necessário do fio para que isso ocorra com segurança sem ter o perigo de haver uma sobrecarga nos fios é de 10 mm.
3.2 Bateria
A bateria é usada para manter aparelhos elétricos funcionando. Inventada por Volta, em 1799, a invenção da pilha tornou possível vários avanços para descobrir a eletricidade. Dependendo da energia fornecida pela bateria, se as lâmpadas precisarem de uma energia maior, a bateria gaste rapidamente, tornando o projeto menos viável.
3.3 Lâmpadas
A primeira lâmpada construída foi feita após vários estudos de Thomas Edson. Criada para gerar luz à noite, as lâmpadas são somente eficazes com energia elétrica. Devemos analisar com cuidado as lâmpadas que usaremos, pois dependendo da potencia das mesmas, a bateria não consiga alimentá-las totalmente, impossibilitando o resultado esperado para nosso projeto.
4.0 METODOLOGIA
A nossa metodologia vai detalhar uma proposta de solução, um orçamento e um cronograma. Na proposta de solução, nós realizamos um estudo, voltado principalmente, para a explicação de como nós realizaremos o nosso projeto.
Já no cronograma, nós organizamos em forma de tabela, todas as datas que foram e ainda serão utilizadas para realizar o nosso projeto de pesquisa.
No orçamento, procuramos realizar uma pesquisa em três lojas específicas do ramo da eletrecidade, e assim, achamos preços mais em conta, para os materiais que serão utilizados.
4.1 Proposta de solução
Após a visita ao museu de Ciências e Tecnologia da PUC-RS, iniciamos a escolha de nosso projeto. O experimento escolhido retrata a dilatação dos fios elétricos, nomeado “Dilatação Térmica”, onde iremos reconstruir da maneira mais viável e fiel possível ao projeto pesquisado.
Com a orientação de nosso professor Luiz André Mützenberg, juntamente com o co-orientador Ivo Pereira de Souza, realizamos um estudo de campo mais aperfeiçoado para a
solução do problema proposto para o grupo.
Em cima de pesquisas em livros e sites da internet, nós iremos nos reunir para começarmos a construção do projeto. Os materiais necessários para a construção já foram pesquisados e comprados.
Basicamente, o “protótipo” será pequeno, os fios de cobre que serão usados, terão mais ou menos um metro de comprimentom, tudo isso ligado a uma fonte geradora de no máximo 30 V.
4.2 Orçamento
Os materiais necessários para a construção do projeto seriam: lâmpadas, fio longo e fino de nylon e suporte para as lâmpadas. O custo total do projeto é em torno de 6,20 reais, e o tempo necessário para a sua conclusão é em torno de dois meses. Acreditamos que não haverá necessidade de alguma mão-de-obra, com a exceção de nosso orientador Ivo Pereira de Souza, que nos auxilia quando solicitado. Segue abaixo os orçamentos de nosso projeto.
4.3 Cronograma
Abaixo segue as datas previstas para as realizações das tarefas
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Atividade:
BIBLIOGRAFIA:
DA COSTA, Luís Henrique Machado. Dilatação térmica. Disponível em:
http://www.coladaweb.com/fisica/termica.htm, acessado em: 10 de junho de 2009. DA SILVA, Marco Aurélio. Dilatação térmica. Disponível em:
http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-termica-calorimetria.htm, acessado em: 19 de junho de 2009.
