Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física
Ensino Médio, 2ª Série
DILATAÇÃO TÉRMICA
Física , 2ª Série
Dilatação Térmica
Expansão das Moléculas
É importante que saibamos o que são temperatura e calor.
• Temperatura: é a medida do grau de agitação das moléculas;
• Calor: é a troca de energia causada exclusivamente por uma
diferença de temperatura.
Imagem: SEE-PE
Física , 2ª Série
Dilatação Térmica
Dilatação Térmica
Definição
Em física, dilatação térmica é o nome que se
dá ao crescimento das dimensões de um corpo,
ocasionado pelo aumento de sua temperatura.
Física , 2ª Série
Dilatação Térmica
Para pensar melhor...
• Como facilitar a abertura da tampa de um vidro
de azeitonas ?
• A tampa de metal e o vidro sofrerão alterações
quando aquecidas?
• Como esse fenômeno pode ser explicado
fisicamente?
Física , 2ª Série
Dilatação Térmica
Imagem: Powerkites16 / [email protected] / Public Domain.
Você já observou os trilhos em uma estrada de
ferro?
Física , 2ª Série
Dilatação Linear
Os fios de telefone ou luz,
expostos ao Sol, variam
suas temperaturas, fazendo
com que o fio se estenda
de um comprimento inicial
(Lo) para um comprimento
final (L), aumentando assim
sua curvatura.
Imagem: Hugh Venables /
Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.
Física , 2ª Série
Dilatação Linear
Dilatação Linear
Ocorre quando o corpo sofre expansão em uma dimensão
A dilatação do fio
depende de três fatores:
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor
Desconhecido.
• da substância da qual
é feito o fio;
• da variação de
temperatura sofrida pelo
fio;
• do comprimento inicial
do fio.
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Dilatação Linear
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO LINEAR
∆L = Lo.α.∆T
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Física , 2ª Série
Dilatação Linear
• ∆L é variação de comprimento do fio, ou seja, ∆L = Lf – Lo;
• Lo é o comprimento inicial;
• Lf é o comprimento final;
• α é o coeficiente de dilatação linear, uma característica da
substância. Sua unidade é o °C-1;
• ∆T é a variação de temperatura, ou seja, ∆T = Tf - To, onde To
representa a temperatura inicial do fio e Tf a temperatura
final.
Física , 2ª Série
Dilatação Superficial
Dilatação Superficial
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
A expansão ocorre nas suas
duas dimensões lineares, ou
seja, na área total do corpo.
• Há corpos que
podem ser
considerados
bidimensionais, pois
sua terceira
dimensão é
desprezível, frente
às outras duas, por
exemplo, uma chapa
(1).
Física , 2ª Série
Dilatação Superficial
Vemos uma chapa retangular que, ao ser
aquecida, teve toda a sua superfície
aumentada, passando de uma área inicial (Si) a
uma área final (Sf). Ou seja, a variação da área
de superfície S pode ser escrita por (2):
∆S= Sf – Si
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem
de Autor Desconhecido.
Física , 2ª Série
Dilatação Superficial
A dilatação superficial, analogamente à dilatação
linear, depende:
• da variação de temperatura sofrida pelo corpo;
• da área inicial;
• do material do qual é feito o corpo. O coeficiente
utilizado neste caso, é o de dilatação superficial β,
que equivale a duas vezes o coeficiente de dilatação
linear, isto é: β = 2α. Sua unidade também é o °C-1 (3).
Física , 2ª Série
Dilatação Superficial
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO SUPERFICIAL
∆S = β.Si.∆T
• ∆S é a dilatação superficial
ou o quanto a superfície
variou;
• β é o coeficiente de
dilatação superficial;
• Si é a área inicial;
• ∆T é a variação de
temperatura (4).
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
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Dilatação Superficial
Experimento 1: Dilatação Superficial
Lâmina Bimetálica
– Objetivo: Verificar como diferentes materiais
produzem diferentes dilatações.
Material:
– papel comum 3x10cm;
– papel alumínio 3x10cm;
– cola;
– vela.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor
Desconhecido.
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Dilatação Superficial
Procedimentos:
– cole o papel comum, no lado opaco do
papel alumínio;
– espere secar;
– aproxime a vela acesa do papel alumínio e
veja o que acontece;
– aproxime a vela do papel comum;
– verifique a diferença e qual dos dois sofreu
maior dilatação (5).
– FAÇA VOCÊ MESMO!
Material:
– 20 cm de fio de cobre de 1mm de diâmetro (fio
elétrico);
– bolinha de isopor de 1 a 1,5 cm de diâmetro;
– suporte de caneta (sem carga);
– lamparina ou suporte com vela;
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir
de imagem de Autor Desconhecido.
Física , 2ª Série
Dilatação Superficial
Física , 2ª Série
Dilatação Superficial
Procedimentos:
– descasque o fio de cobre;
– passe-o ao redor da bolinha, formando um anel. O
fio deve ficar bem justo;
– passe a outra extremidade do fio pelo interior da
caneta (que servirá de suporte) e prenda-o;
– acenda a lamparina e pegue a caneta com o aro,
sem a bola e coloque-a sobre a lamparina por
mais ou menos dois minutos;
– retire a lamparina e em seguida passe a bolinha
pelo aro;
– verifique o que acontece (6).
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Dilatação Volumétrica
Dilatação Volumétrica
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
A grande maioria dos corpos sólidos possui três
dimensões: altura, comprimento e espessura.
Quando aquecido, o sólido sofre expansão em
cada uma delas, resultando em um aumento no
volume total do corpo (7).
Física , 2ª Série
Dilatação Volumétrica
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
De forma similar aos casos anteriores, temos a proporcionalidade entre:
• variação da dimensão;
• dimensão inicial;
• variação da temperatura.
Imagem: SEE-PE, redesenhado
a partir de imagem de Autor
Desconhecido.
Adicionando-se um coeficiente que depende do material do qual o sólido
é formado, garantimos a relação entre os termos da equação da
dilatação volumétrica .
Física , 2ª Série
Dilatação Volumétrica
Assim, obtém-se:
ΔV= γ Vi ΔT
Onde:
• ΔV = Vf – Vi é a variação do volume;
• Vi é o volume inicial;
• ΔT = T – To é a variação da temperatura;
• γ é o coeficiente de dilatação volumétrico;
γ = 3 β = 3α para uma mesma substância. Sua
2 também é o °C-1.
unidade
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Dilatação dos Líquidos
Dilatação dos Líquidos
Os líquidos, assim como os sólidos,
sofrem dilatações ao serem
aquecidos. Uma vez que não têm
forma própria, fato este devido à
gravidade, adquirem a forma do
recipiente . Se o líquido estivesse
livre da atração gravitacional (no
espaço, por exemplo) obteria a
forma de uma esfera, pois nessa
geometria há a menor área de
superfície para um determinado
volume.
Imagem: Vlieg / Public Domain.
A gota, uma pequena porção de
água, costuma obter formato esférico
Física , 2ª Série
Dilatação dos Líquidos
Ao se ver o conjunto recipiente + líquido
ser aquecido, tem-se a sensação de que
apenas o líquido teve seu volume
aumentado. Mas, na verdade, ambos os
corpos, em diferentes estados físicos,
sofrem dilatação. Como o líquido tem
mais facilidade de absorver calor, sofre
uma maior variação de volume do que
o recipiente sólido. O que se observa é a
dilatação aparente (ΔVaparente) do
líquido.
Imagem: Jorge Barrios / Public Domain.
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Dilatação dos líquidos
Para saber sua dilatação real (ΔVlíquido), precisa-se adicionar a
dilatação do recipiente (ΔVrecipiente), e para isso, deve-se
conhecer os coeficientes de dilatação volumétrica do líquido e do
recipiente. A dilatação real do líquido é, portanto, a dilatação
aparente, somada à dilatação do recipiente.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
ΔVlíquido = ΔVaparente + ΔVrecipiente
Física , 2ª Série
Dilatação dos Gases
Dilatação dos Gases
Os gases têm ainda mais facilidade de
absorver calor que os líquidos. Por
isso, são substâncias comumente
utilizadas em experimentos
termodinâmicos. Para que os balões
possam levantar voo, por exemplo, o
gás que preenche o seu conteúdo deve
ser aquecido. A expansão volumétrica
é tão intensa, que a densidade do gás
dentro do balão torna-se menor que a
densidade do ar da atmosfera, fazendo
com que o balão comece a flutuar.
Imagem: Joedeshon /
Creative Commons Attribution 2.5 Generic.
Física , 2ª Série
Dilatação dos Gases
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem
de Autor Desconhecido.
• ATIVIDADE
• Objetivo: explicitar o
conceito de dilatação
dos líquidos e gases;
• Material: 2 recipientes
de vidro, 2 bolas de
encher, um Becker
com água quente e
outro com água fria.
Física , 2ª Série
Dilatação dos Gases
• Procedimentos:
• prenda as bolas de encher na borda dos
recipientes de vidro. Coloque um deles na
água quente e o outro na água fria;
• observe o fenômeno termodinâmico e
explique as causas do ocorrido.
Física , 2ª Série
Dilatação Térmica
Bibliografia
• Gonçalves Filho, A.; Toscano, C. Física para o
ensino médio. 1. ed. São Paulo:Scipione, 2002.
• Arribas, S. D. Experiências de física na escola.
4. ed. Passo Fundo: Universitária, 1996.
•Sites:
www.if.ufrgs.br/cref/leila/dilata.htm
http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacaoliquidos.htm
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Powerkites16 /
[email protected] / Public
Domain.
Hugh Venables / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.0 Generic.
Link da Fonte
Acervo SEE-PE
Data do
Acesso
08/03/2012
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Railroa 13/03/2012
d_Tracks.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Energy 08/03/2012
_infrastructure_-_geograph.org.uk__1080396.jpg
7, 8, 10, SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Acervo SEE-PE
08/03/2012
11, 13, 14, Autor Desconhecido.
16, 18 e
19
21
Vlieg / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waterd 08/03/2012
ruppel_op_blad.JPG
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Jorge Barrios / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass_o 08/03/2012
f_Water.JPG
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08/03/2012
Autor Desconhecido.
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Joedeshon / Creative Commons Attribution http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Great_ 08/03/2012
2.5 Generic.
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08/03/2012
Autor Desconhecido.