Colégio
Estadual “Fausto Cardoso”
Professora:
Marijalma Reis Série: 2ª Turmas: A, B, C e D
Data:
08/07/2020 Disciplina: Física
Dilatação
térmica - Dilatação
dos sólidos
Você
já observou que as estradas ou pontes possuem uma folga entre os
blocos de concreto? Que os trilhos do trem não são contínuos? Ou,
ainda, que os fios da rede elétrica nunca são colocados de forma
esticada?
De
modo geral, os corpos, ao serem aquecidos, têm suas dimensões
aumentadas. A esse fenômeno damos o nome de dilatação térmica. Em
um dia quente, por exemplo, uma porta oferece mais dificuldade para
ser aberta, pois a madeira se expande. Na
prática, há muitas situações nas quais os efeitos da dilatação
térmica precisam ser compensados. Por exemplo, um pedreiro, ao
assentar uma cerâmica no piso, deixa sempre um espaço entre as
peças que é chamado juntas de dilatação térmica.
Novamente,
para compreendermos o aumento nas dimensões de um corpo quando
aquecido, precisamos analisá-lo microscopicamente. Já sabemos que o
aumento da temperatura é associado a um aumento da agitação das
partículas que formam o corpo. Esse aumento da velocidade das
partículas faz com que elas se desloquem ainda mais em torno de suas
posições médias, levando-as a se afastarem mais umas das outras e
aumentando o espaço entre elas. Se o espaço entre as partículas do
corpo aumenta, o volume final também aumenta.
O
caso inverso, chamado de contração térmica, acontece quando se
diminui a temperatura de um corpo. Analogamente, isso causa a
diminuição da agitação das partículas e a consequente diminuição
do volume do corpo.
No
estado sólido, os átomos ou as moléculas de um corpo estão
dispostos regularmente e apresentam intensas forças de coesão entre
eles. O movimento entre eles é pequeno, ocorrendo apenas vibração
em torno das respectivas posições de equilíbrio. Assim, um corpo
sólido, ao ser aquecido, aumenta a amplitude de vibrações das suas
partículas e, consequentemente, a distância média entre elas.
Representação
da dilatação sofrida por um material ao ser aquecido. No exemplo,
em virtude do aquecimento, as partículas passam a vibrar mais.
Dilatação linear
Embora
a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode
predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as
demais. Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão
do sólido. Nesse caso, temos a dilatação Linear.
Considere uma
barra metálica de comprimento inicial L0 e temperatura T0. Ao
aquecermos esta\barra até uma temperatura T (T>T0) notamos que
seu comprimento aumenta.
Fazendo
alguns experimentos com a barra metálica podemos
dizer que a dilatação térmica de seu comprimento (∆L) depende de
três fatores: comprimento
inicial, coeficiente
de dilatação linear
do material que constitui a barra e
variação
de temperatura sofrida pela barra.
ΔL
= Variação de comprimento (
ΔL = Lfinal –
Linicial)
L0
= Comprimento inicial
α
= coeficiente de dilatação térmica do material que
constitui a barra
ΔT
= Variação de temperatura sofrida pela barra (
ΔT = Tfinal –
Tinicial)
Observando
essas relações, obtemos uma relação matemática para calcular a
dilatação linear, que é chamada de Lei
da dilatação linear:
Δ
L = α . L0 . Δ T
A
letra grega α representa o coeficiente
de dilatação linear do
material que constitui a barra e assume um valor específico para
cada tipo de material. Sua unidade de medida é o grau
Celsius recíproco (ºC-1).
Observe
na tabela a seguir o valor do coeficiente de dilatação linear de
algumas substâncias:
Material
|
α
(10-6)
ºC-1
|
Aço
|
11
|
Alumínio
|
24
|
Chumbo
|
29
|
Ferro
|
12
|
Vidro
comum
|
9
|
Concreto
|
10
|
Outro
|
14
|
Prata
|
19
|
Zinco
|
64
|
Exemplo: Uma régua metálica apresenta 62 cm de comprimento inicial. Ao passar de 20 ºC para 98 ºC, determine a dilatação linear ocorrida nessa régua. (Dado: αmetal = 24 x 10-6 ºC-1).
Resolução: L0 = 62 cm Δ L = α . L0 . Δ T ΔT = T – T0 Δ L = 24 x 10-6 x 62 x 78 ΔT = 98 – 20 = 78 ºC Δ L = 116 064 x 10-6 αmetal = 24 x 10-6 ºC-1 Δ L = 0,116064 cm
Assista à vídeoaula a seguir:
Conteúdo
complementar (opcional)
ATIVIDADE
DE AVERIGUAÇÃO DA APRENDIZAGEM
Observações:
A atividade a seguir é obrigatória,
deverá ser respondida no caderno
usando caneta azul ou preta e entregue a
professora via whatsapp; As questões de 1 à 5 são objetivas, porém a questão 5, só será válida com o desenvolvimento do cálculo.
1.
A dilatação térmica dos sólidos depende diretamente de três
fatores ou grandezas. Assinale a opção que contém as três
grandezas corretas:
a)
tamanho inicial, natureza do material e velocidade.
b)
tamanho inicial, tempo e velocidade.
c)
tamanho inicial, natureza do material e variação da temperatura.
d)
tamanho inicial, variação da temperatura e tempo.
e)
natureza do material, coeficiente de dilatação e variação de
temperatura.
2.
Ao lavarmos louça, às vezes verificamos que um copo fica preso
dentro de outro, sendo difícil separá-los com segurança. Com base
nos conhecimentos adquiridos até aqui, assinale a alternativa
adequada para soltar um copo do outro sem perigo de quebrá-los.
a)
Colocar água quente (não muito) dentro do copo que está por
dentro, provocando assim uma dilatação térmica.
b)
Colocar água bem fria dentro do copo que está por dentro,
provocando, assim, sua contração térmica.
c)
Banhar o copo externo com água quente (não muito), provocando,
assim, uma contração térmica.
d)
Banhar o corpo externo com água gelada, provocando, assim, uma
contração térmica.
e)
Mergulhar os dois copos em água quente (não muito), provocando,
assim, uma dilatação térmica igual em ambos os copos.
3.
Um bloco de alumínio de coeficiente de dilatação linear 23 x 10-6
ºC-1 e outro bloco do mesmo tamanho feito de ferro com
coeficiente de dilatação linear 12 x 10-6 °C-1 ,
apresentam a mesma temperatura. Se os dois blocos forem submetidos a
mesma elevação de temperatura, qual deles sofrerá maior dilatação?
a)
O bloco de ferro se dilatará mais do que o bloco de alumínio, pois
apresenta menor coeficiente de dilatação linear.
b)
Os dois blocos sofrerão a mesma dilatação.
c)
O bloco de alumínio se dilatará menos do que o bloco de ferro, pois
apresenta maior coeficiente de dilatação linear.
d)
Os dois blocos permanecerão com o mesmo tamanho.
e)
O bloco de alumínio se dilatará mais do que o bloco de ferro, pois
apresenta maior coeficiente de dilatação linear.
4.
Dois fios, de mesmo material, sofrem a mesma variação de
temperatura. Verifica-se que as dilatações sofridas pelos fios são
diferentes. Como isso pode ser explicado?
a)
A dilatação linear ocorre por causa do aumento de temperatura e do
material de que é feito o corpo, portanto, se os dois fios eram
feitos de mesmo material e sofreram a mesma variação de
temperatura, é impossível que as dilatações sofridas pelos fios
sejam diferentes.
b)
A dilatação linear é proporcional com a massa do corpo.
c)
A dilatação linear também é proporcional ao comprimento inicial.
Logo, os comprimentos iniciais dos fios eram diferentes.
d)
A dilatação linear é inversamente proporcional ao comprimento
inicial. Logo, os comprimentos iniciais dos fios eram diferentes.
e)
O coeficiente de dilatação linear dos fios eram diferentes.
5.
um longo trilho, constituído de um material cujo coeficiente de
dilatação térmica linear é 2,5 x 10-5 ºC-1
, tem a 0 ºC um comprimento de 1000 m. Ao ser aquecido até a
temperatura de 1 °C, seu comprimento aumenta. Qual a dilatação
linear do trilho a 1 °C?
a)
0,025 m
b)
25 m
c)
1000 m
d)
2,5 m
e)
0,000025 m
6.
Faça um experimento simples sobre dilatação térmica e envie em
forma de vídeo.