DILATAÇÃO TÉRMICA
Física II
Dilatação Térmica
Expansão das Moléculas
É importante que saibamos diferenciar 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.
Física II
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 II
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?
Imagem: Powerkites16 / [email protected] / Public Domain.
Você já observou os trilhos em uma estrada de
ferro?
Pontes
Pontes
Juntas de dilatação
Juntas de dilatação
Juntas de dilatação para tubulação
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.
Dilatação Linear
Ocorre quando o corpo sofre expansão em uma dimensão
A dilatação do fio
depende de três fatores:
• da substância da qual
é feito o fio;
• da variação de
temperatura sofrida pelo
fio;
• do comprimento inicial
do fio.
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO LINEAR
∆L = Lo.α.∆T
• ∆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.
Dilatação Superficial
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).
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.
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).
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.
Experimento 1: Dilatação Superficial
Lâmina Bimetálica
– Objetivo: Verificar como diferentes materiais
produzem diferentes dilatações.
Material:
– papel comum 3x10cm;
– papel alumínio 3x10cm;
– cola;
– vela.
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;
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).
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).
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
De forma similar aos casos anteriores, temos a proporcionalidade entre:
• variação da dimensão;
• dimensão inicial;
• variação da temperatura.
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 .
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
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
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.
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.
ΔVlíquido = ΔVaparente + ΔVrecipiente
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.
• 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.
• 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 II - 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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11, 13, 14, Autor Desconhecido.
16, 18 e
19
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Vlieg / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waterd
ruppel_op_blad.JPG
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Jorge Barrios / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass_o
f_Water.JPG
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