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quarta-feira, 8 de julho de 2020

Segunda aula remota de Física - 2ª A, 2ª B, 2ª C e 2ª D

            
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)
                              https://www.todamateria.com.br/dilatacao-termica/
             ATIVIDADE DE AVERIGUAÇÃO DA APRENDIZAGEM

Observações: A atividade a seguir é obrigatória, deve 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.