Dilatação Térmica– Aula 4
Allan Calderon
Transmissão de calor
Def.: O calor é uma forma de energia que se propaga
entre dois pontos, devido a uma diferença de
temperatura entre eles.
Ex.: Efeito estufa:
Condução Térmica
Def.: No processo de condução térmica a energia é
transportada de molécula a molécula, por meio de
vibrações, sem que moléculas sejam deslocadas.
Fluxo de calor ([Φ] = cal/s):
Quantidade de calor
Q
φ=
Δt
Variação de tempo
Constante
do material
Área da secção
transversal
k ∗ A ∗ (TQ − TF )
∴φ =
l
Comprimento do material
Temperatura
extremidades
Convecção Térmica
Def.: É o processo de transferência de calor pelo transporte de
matéria, devido a uma diferença de densidade provocada pelo
aquecimento ou resfriamento da substância.
Obs.: Só ocorre em fluídos: líquido e gases!
Importante para a dispersão dos poluentes atmosféricos da terra.
Inversão térmica: no inverno, as camadas de ar próximas a
superfície ficam mais frias que as camadas superiores e, mesmo
durante o dia, o Sol “fraco” de inverno não consegue reverter o
processo. Isso provoca a interrupção das correntes de convecção e
os poluentes permanecem junto ao solo, não se dispersando na
atmosfera.
Irradiação Térmica
Def.: O processo de transferência de calor denominado
irradiação térmica é feito por ondas eletromagnéticas,
denominadas ondas de calor ou calor radiante.
• Acontece tanto no meio
material, quanto no vácuo
(ausência de matéria).
• As ondas de calor, geradas
pelas agitações moleculares, são
funções da temperatura.
• Exemplos: estufa, efeito
estufa, garrafa térmica, etc.
Dilatação térmica dos
sólidos(1)
Com o aumento da temperatura de um corpo (sólido
ou líquido), aumentamos a agitação molecular, e isso
provoca um afastamento das moléculas, resultando
num aumento das dimensões do corpo (dilatação
térmica).
Dilatação térmica dos
sólidos(2)
A dilatação (ou contração) de um sólido ocorre
simultaneamente em todas as suas dimensões, mas,
para efeitos de estudo, podemos ter
1. Dilatação linear:
quando considera-se apenas uma dimensão;
2. Dilatação superficial:
quando considera-se apenas duas dimensões;
3. Dilatação volumétrica
quando considera-se as três dimensões.
1. Dilatação linear dos
sólidos(1)
Experimentalmente, verifica-se que a dilatação linear (Δl = l – l0)
de uma barra é:
Diretamente proporcional ao comprimento inicial (l0) da barra;
Diretamente proporcional à variação de temperatura (ΔT = T –
T0) sofrida pela barra;
Dependente do material([α] = 1/ºC) que constitui a barra.
Δl = l0 ∗ α ∗ ΔT
ou
€
l = l0 + Δl
l = l0 + l0 ∗ α ∗ ΔT
∴ l = l0 (1+ α ∗ ΔT )
1. Dilatação linear dos
sólidos(2)
Gráficos (Variação do tamanho e aumento do material)
Aumento do material
2. Dilatação superficial dos
sólidos(1)
Def.: Variação da área(ΔA) de uma chapa quando submetida a uma variação de
temperatura(ΔT).
Experimentalmente, verifica-se que a dilatação superficial (ΔA = A – A0) de uma
superfície é:
Diretamente proporcional à área inicial (A0) da superfície;
Diretamente proporcional à variação de temperatura (ΔT = T –T0) sofrida pela chapa;
Dependente do material([β] = 1/ºC) que constitui a chapa.
Obs.: Para variações de temperatura não muito elevadasβ=2*α
ΔA = A0 ∗ β ∗ ΔT
ou
A = A0 + ΔA
A = A0 + A0 ∗ β ∗ ΔT
∴ A = A0 (1+ β ∗ ΔT )
2. Dilatação superficial dos
sólidos(2)
Aumento da Temperatura  Aumenta a Área
Furo no meio da placa aumenta com a temperatura.
3. Dilatação Volumétrica dos
sólidos(1)
Def.: Variação do volume(ΔV) de um sólido quando submetida a uma variação de
temperatura(ΔT).
Experimentalmente, verifica-se que a dilatação volumética(ΔV = V – V0) de um sólido
é:
Diretamente proporcional ao volume inicial (V0) do sólido;
Diretamente proporcional à variação de temperatura (ΔT = T –T0) sofrido pelo sólido;
Dependente do material([γ] = 1/ºC) que constitui a sólido.
Obs.: Para variações de temperatura não muito elevadasγ=3*α
ΔV = V0 ∗ γ ∗ ΔT
ou
V = V0 + ΔV
V = V0 + V0 ∗ γ ∗ ΔT
∴V = V0 (1+ γ ∗ ΔT )
3. Dilatação Volumétrica dos
sólidos(2)
Dilatação Térmica dos
líquidos(1)
Os sólidos possuem forma própria e volume definido, mas os líquidos
possuem somente volume definido, mas os líquidos possuem somente volume
definido.
Experimentalmente, verifica-se que a dilatação volumética(ΔV = V – V0) de
um líquido segue as mesmas leis do sólido, então:
Diretamente proporcional ao volume inicial (V0) do sólido;
Diretamente proporcional à variação de temperatura (ΔT = T –T0) sofrido pelo
sólido;
Dependente do material([γ] = 1/ºC) que constitui a sólido
ΔV = V0 ∗ γ ∗ ΔT
ou
V = V0 + ΔV
V = V0 + V0 ∗ γ ∗ ΔT
∴V = V0 (1+ γ ∗ ΔT )
Dilatação Térmica dos
líquidos(2)
Dilatação real dos líquidos
A variação do volume do líquido calculado anteriormente
(dilatação aparente) é a dilatação do líquido com a dilatação
do recipiente, então para se calcular a dilatação real do
líquido e necessária a equação abaixo(veja a figura):
ΔVreal = ΔVaparente + ΔVrecipiente
Com isso, concluímos que:
€
V0 ∗ γ ∗ ΔT = V0 ∗ γ ap. ∗ ΔT + V0 ∗ γ rec. ∗ ΔT
∴ γ = γ ap. + γ rec.
Dilatação Térmica dos
líquidos(3)
Líquido transbordando
Anomalia na dilatação térmica
da água(1)
• Como foi mencionado, de um modo geral, os líquidos aumentam
de volume quando aumentam sua temperatura. No entanto, a
substância água tem um comportamento interessante, quando
aquecida de 0ºC até 4ºC seu volume diminui. Só a partir de
valores maiores de temperatura é que tem seu volume aumentado.
Isto acontece devido a influência que a temperatura tem na
densidade dos corpos.
• Como podemos perceber, pelas equações de volume, com
aumento de temperatura o volume aumenta e a densidade
diminui. No caso da água, como ela possui um tipo de ligação
especial entre suas moléculas (denominada pontes de hidrogênio)
ao ser aquecida de 0ºC a 4ºC, essas ligações são rompidas, o que
produz uma aproximação entre as moléculas, por isso o volume
diminui e neste caso o que é observado é uma diminuição de
volume.
Anomalia na dilatação térmica
da água(2)
Bibliografia
(Ensino de Física pela internet)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm
(Material muito bom!)
http://leoduran.my1blog.com/category/fisica-termica/
http://www.coladaweb.com/fisica/termica.htm
http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/