Ciências da natureza e suas tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Série Dilatação térmica Prof. Rodrigo

Dilatação de Sólidos Fenômeno provocado pela variação de temperatura, que acarreta mudança na distância entre as “partículas” que formam o corpo. Logo suas dimensões sofrem alteração.

Dilatação de Sólidos Variação Variação Variação da distância das de temperatura Variação da distância entre moléculas Variação das dimensões do corpo

Dilatação de Sólidos

Dilatação de Sólidos Na prática só existe dilatação volumétrica de sólidos, a classificação é feita dependendo da dimensão mais importante do corpo. Ex: fio ( comprimento ) chapa ( área ) ....

Dilatação Linear Sólidos cuja dimensão mais importante é o comprimento (1 dimensão ) por exemplo em fios,barras, canos, etc.

Dilatação de uma Barra LFinal  L LO i f Aquecimento da barra

Dilatação Linear LFinal =LO +  L O Comprimento final da barra pode ser expresso pela relação abaixo : LFinal =LO +  L

Variação do Comprimento  L =LO . .  A dilatação linear depende : do tipo de material (  ) do comprimento inicial (Lo) da variação de temperatura ()

2. Tabela de Coeficientes de Dilatação Linear Substância 10-6(oC-1) Faixa de temperaturas Quartzo fundido 0,6 Temp. ambiente Silício 2,6 Carbono e Grafite 3 100 °C-390 °C Vidro Pyrex 3,2 20 °C-300 °C Tungstênio 4,5 Cromo 4,9 Cimento(concreto) 6,8 Vidro (de janela) 8,6 Platina 9 Ouro 14 Aço 540 °C-980 °C Instituto Educacional Imaculada

Exercício Uma barra apresenta a 10oC o comprimento de 90m, sedo feita de um material cujo coeficiente de dilatação linear médio vale 19.10-6 oC-1. A barra é aquecida até 20oC. Pede-se: a) a dilatação ocorrida; b) o comprimento final da barra.

Exercício O gráfico mostra como varia o comprimento de uma barra metálica em função da temperatura. a) Determine o coeficiente de dilatação linear médio do metal, no intervalo considerado; b) Considerando que não haja variação do coeficiente de dilatação linear para temperaturas maiores que 40oC, determine o comprimento da barra a 70oC.

4. Dilatação Superficial dos Sólidos

4. Dilatação Superficial dos Sólidos

Dilatação Superficial Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).

Dilatação Volumétrica Estuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).

Dilatação Volumétrica dos líquidos. Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam.

Resumo Linear 1(comp) Superficial 2(compx larg) Volumétrica Dilatação Dimensões Grandeza Final Variação da Gr. Coeficiente Linear 1(comp) : c. dilat linear Superficial 2(compx larg) : c. Superf. ( = 2 ) Volumétrica 3(cmp x largx alt) : c. volum. ( = 3 )

Relação dos Coeficientes

Final 1ª parte

Dilatação no Cotidiano

Ponte Metálica(Extremidade móvel)

Pontes e calçadas

Curiosidades Um incêndio na floresta estendeu-se aos dormentes dessa estrada. O calor produzido pelas chamas fez as moléculas do aço vibrarem tão violentamente que elas se empurraram umas às outras, com força suficiente para fazer os trilhos expandirem-se até se envergarem. Os cabos de aço da ponte "Golden Gate" de São Francisco (E.U.A.) ficam 1,50 metros mais baixos, no meio da ponte, no verão do que no inverno, devido à dilatação.

Dilatação no Cotidiano

Lâmina Bimetálica Formada pela união de 2 metais diferentes, é um interruptor controlado por temperatura.

3. Aplicação: Lâmina Bimetálica aLatão = 19,0.10-6 oC-1 aInvar = 1,5.10-6 oC-1 Sugestão de leituras: 1ª) Como funciona o pisca-pisca de uma árvore de natal; 2ª) Como funciona um termômetro com faixa bimetálica (geladeira);

Utilização Pisca - Pisca A corrente elétrica esquenta a lâmina. Com a dilatação, o circuito é interrompido.

Acender uma lâmpada com um fósforo.

Acender uma lâmpada com um fósforo.

Na geladeira, um bimetal liga e desliga o motor da geladeira Motor ligado Mantimentos quentes

Na geladeira, um bimetal liga e desliga o motor da geladeira Motor desligado Mantimentos frios

Ferros e Aquecedores. A lâmina é usada para controlar a temperatura.

Dilatação de Líquidos Num líquido, só existe dilatação volumétrica. Quando esse líquido estiver contido num recipiente, precisamos considerar que o dois dilatam juntos.

Dilatação Térmica dos Líquidos Ao aquecer um líquido, o recipiente também dilata: O volume de líquido extravasado corresponde à medida da dilatação aparente e não a dilatação real.

 VLÍQ =  VREC + VAPAR Dilatação de Líquidos Ocorre dilatação do líquido e do recipiente que o contém. Variação do Volume :  VLÍQ =  VREC + VAPAR

Dilatação Térmica dos Líquidos A dilatação real do líquido é a soma da dilatação aparente e da dilatação do frasco:

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DILATAÇÃO IRREGULAR DA ÁGUA densidade Temperatura (oC) Volume (L) 4 8 12 16 1,0000 1,0004 1,0008 1,0012 1,0016 1,0002 1,0006 1,0010 1,0014 VOLUME Temperatura (oC) 1,0002 1,1000 gelo água 4 Ponto de MÍNIMO VOLUME

A questão estrutural Água no estado líquido Água no estado sólido

Comportamento anômalo da água Como a densidade depende do inverso do volume, a densidade apresenta para a temperatura de 4oC um ponto de máximo valor. Instituto Educacional Imaculada

Por que a água dos lagos não congelam?

Instituto Educacional Imaculada Exemplo (UFPEL-RS/2005) A água, substância fundamental para a vida no Planeta, apresenta uma grande quantidade de comportamentos anômalos. Suponha que um recipiente, feito com um determinado material hipotético, se encontre completamente cheio de água a 4°C. De acordo com o gráfico e seus conhecimentos, é correto afirmar que: a) apenas a diminuição de temperatura fará com que a água transborde. b) tanto o aumento da temperatura quanto sua diminuição não provocarão o transbordamento da água. c) qualquer variação de temperatura fará com que a água transborde. d) a água transbordará apenas para temperaturas negativas. e) a água não transbordará com um aumento de temperatura, somente se o calor específico da substância for menor que o da água. Instituto Educacional Imaculada Resposta: C

Instituto Educacional Imaculada Exemplo (Unicamp-SP) a) Na figura 1 pode-se ver como varia o volume V de 1kg de água quando a sua temperatura varia de 0oC a 10oC. Esboce o gráfico da densidade da água em função da temperatura nesse intervalo. Instituto Educacional Imaculada Figura 1

Instituto Educacional Imaculada Exemplo - continuação b) Na figura 2 mostram-se dois recipientes A e B preenchidos com iguais massas de água inicialmente a 4oC. Os recipientes A e B estão isolados termicamente, com exceção da tampa de A e da base de B, que são condutoras e mantidas permanentemente a 0oC. Em qual dos dois recipientes a temperatura uniforme de 0oC será atingida primeiro? Instituto Educacional Imaculada