DILATAÇÃO TÉRMICA FÍSICA M.10 Slides X SAIR Abertura: Aproveitando os efeitos da dilatação térmica Capítulo 1: Dilatação linear dos sólidos Capítulo 2: Dilatação superficial dos sólidos Capítulo 3: Dilatação volumétrica dos sólidos X SAIR

Aproveitando os efeitos da dilatação térmica PAOLO JACOPO MEDDA/SHUTTERSTOCK GILBERT M. GROSVENOR/NATIONAL GEOGRAPHIC/GETTY IMAGES Professor: todos os corpos se expandem ou se contraem em função do aumento ou da redução da temperatura. A substância da qual o corpo é feito influi na variação de volume – os objetos metálicos variam de volume mais facilmente. Engenheiros, projetistas, escultores e joalheiros escolhem com cuidado seus materiais de trabalho, levando em conta os efeitos da dilatação térmica. As pontes precisam de vãos entre as placas de concreto (juntas de dilatação), para evitar rachaduras em sua estrutura. Os trilhos de algumas ferrovias também apresentam espaçamentos para que não surjam rupturas nas linhas férreas. Mas o controle de tal fenômeno natural também proporciona aplicações práticas interessantes, como na fixação de chapas em navios, na fabricação de termômetros e na vedação eficiente de blocos de motores de automóveis. Neste módulo estudaremos a dilatação dos corpos nos estados sólido e líquido, identificando no cotidiano situações nas quais devemos levar em consideração esse importante fenômeno. Aproveitando os efeitos da dilatação térmica

Dilatação linear dos sólidos RNANDO BLANCO CALZADA/ SHUTTERSTOCK Capítulo 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatações e contrações Todos os corpos se dilatam ou se contraem com o aumento ou a redução da temperatura. ROMAN SIGAEV/SHUTTERSTOCK Professor: a água e o vidro se dilatam quando aquecidos, assim como o ar ao redor da panela e da chama. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatações e contrações O quanto um corpo se dilata ou se contrai depende do estado físico do corpo e do material de que ele é feito. EDUARDO SANTALIESTRA/CID EDUARDO SANTALIESTRA/CID Professor: como o metal se expande mais que o vidro, é correto dizer que, se jogarmos água quente sobre a tampa e o bocal de um recipiente de vidro fechado, conseguiremos abri-lo mais facilmente. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação dos sólidos 1 Dilatação linear dos sólidos LAGUNA DESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK ANDREW LAMBERT PHOTOGRAPHY/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Professor: em um sólido, a forma está bem definida, e o volume sofre pequeníssimas variações, pois suas partículas formam uma rede cristalina, com posições bem determinadas. Nessa rede, as partículas não apresentam movimento de translação, mas vibram em torno de suas posições de equilíbrio. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação dos sólidos Com a variação na temperatura de um sólido, as partículas que o constituem vibram, menos ou mais, em torno de sua posição de equilíbrio. Professor: modelo mecânico de um sólido cristalino. As esferas são as partículas componentes do sólido, e as molas representam as forças de ligação existentes entre elas. As esferas estão em constante vibração em torno de suas posições originais (de equilíbrio), afastando-se apenas até certo ponto, em razão das intensas forças que as mantêm unidas. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação linear dos sólidos Professor: a dilatação linear de uma barra é proporcional à sua temperatura e ao seu comprimento inicial. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação linear dos sólidos A variação no comprimento de uma barra DL, submetida a uma variação de temperatura Dt, é: Professor: o coeficiente de dilatação linear é característico de cada substância, e sua unidade deve ser, por análise dimensional, ºC–1. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação linear dos sólidos Material A (10-6°C-1) Chumbo 29 Zinco 26 Alumínio 23 Prata 19 Cobre 17 Ouro 15 Concreto 12 Aço 11 Vidro comum 9 Granito 8 Vidro pirex 3,2 Porcelana 3 Diamante 0,9 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação linear dos sólidos Expressão geral da dilatação (ou contração) linear de um sólido: 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação linear dos sólidos . . Professor: as lâminas bimetálicas são constituídas por duas lâminas de materiais de coeficientes de dilatação lineares diferentes. São usadas em termostatos, pois interrompem a corrente elétrica quando se deformam devido à dilatação desigual. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação linear dos sólidos R-P/KINO R-P/KINO FOTOHUNTER/SHUTTERSTOCK Professor: os trilhos de trem devem ter vãos para permitir que o metal se dilate quando o dia está muito quente ou quando as rodas do trem geram aquecimento por atrito. Sem esses espaços, os trilhos consecutivos se comprimiriam mutuamente, deformando-se ou até mesmo soltando-se dos dormentes. Devido à exposição ao sol, os fios de telefone ou da rede elétrica se expandem e formam curvas mais pronunciadas do que em períodos mais frios. O comprimento do fio será tanto maior quanto mais sua temperatura aumentar. 1 Dilatação linear dos sólidos

Já sabe responder? É possível que o tempo se dilate com a variação da temperatura? DAMIAN PALUS/SHUTTERSTOCK Professor: sim. Nos antigos relógios de pêndulo calibrados sob determinado intervalo de temperatura, a contagem do tempo poderia se “dilatar” ou se “contrair” em função do aumento ou da diminuição da temperatura, respectivamente. Nesse tipo de relógio, a marcação do tempo depende do período de oscilação de um pêndulo. Caso ocorra aumento de temperatura fora do intervalo para o qual o relógio foi calibrado, o aumento do comprimento do pêndulo tornará seu período de oscilação mais longo. Em decorrência, a marcação do tempo se tornará mais lenta. Em relógios de pêndulo mais modernos, utilizam-se materiais cujas dimensões praticamente não variam com a temperatura, pois seus coeficientes de dilatação térmica são muito baixos. Desse modo, as possibilidades de “contração” ou “dilatação” da contagem do tempo são minimizadas. 1 Dilatação linear dos sólidos

Dilatação superficial dos sólidos RNANDO BLANCO CALZADA/ SHUTTERSTOCK Capítulo 2 Dilatação superficial dos sólidos

Dilatações e contrações em mais de uma dimensão A dilatação de alguns corpos, como azulejos e blocos de concreto, é mais perceptível em duas dimensões. LUANA FISCHER/FOLHA IMAGEM FERNANDO FAVORETTO/CRIAR IMAGEM Professor: o pequeno espaço deixado entre as peças de revestimento cerâmico permite que elas se dilatem sem se comprimir mutuamente. Pela mesma razão, em grandes construções de concreto, como pontes, viadutos, edifícios e pisos de estacionamento, também são deixadas frestas (chamadas juntas de dilatação) entre os blocos de concreto. 2 Dilatação superficial dos sólidos

Dilatações e contrações em mais de uma dimensão Dilatação superficial Professor: a dilatação superficial de uma das faces de um corpo (mudança da área inicial dessa face) pode ser considerada como composta da dilatação de duas dimensões lineares: comprimento e largura. Ela é proporcional à área inicial A0 e à variação da temperatura. 2 Dilatação superficial dos sólidos

Dilatações e contrações em mais de uma dimensão Variação da área da superfície de um corpo em função da variação da temperatura: Coeficiente de dilatação superficial b: 2 Dilatação superficial dos sólidos

Dilatações e contrações em mais de uma dimensão Expressão geral da dilatação (ou contração) superficial de um sólido: Professor: a demonstração matemática dessa expressão, a partir da dilatação do sólido da figura, está na página 18 do módulo. 2 Dilatação superficial dos sólidos

Dilatações e contrações em mais de uma dimensão O espelho de um telescópio como o Keck, no Havaí, apresenta espaços entre os espelhos que o compõem, para prevenir os efeitos da dilatação térmica. ROGER RESSMEYER/CORBIS/LATINSTOCK 2 Dilatação superficial dos sólidos

Já sabe responder? OVIDIU IORDACHI/SHUTTERSTOCK PHOTOVIBES/ SHUTTERSTOCK DMITRY KRAMAR/ SHUTTERSTOCK THORSTEN SCHUH/ SHUTTERSTOCK O tamanho do vazio também se altera quando a temperatura varia? Professor: objetos com orifícios, tais como CDs, rodas de veículos, espelhos de tomadas, anéis e raladores de queijo são alguns exemplos de corpos que apresentam superfícies nas quais há áreas vazias. Quando esses corpos são submetidos a variação de temperatura, todas as suas superfícies ficam sujeitas a dilatação ou contração. Em caso de aumento de temperatura, o orifício aumenta de perímetro (e de diâmetro, caso seja circular), como se estivesse totalmente preenchido. Com a elevação de temperatura, as partículas ao longo do perímetro se afastam de suas posições de equilíbrio, expandindo esse perímetro (ou diâmetro). O fenômeno inverso ocorre quando a temperatura diminui. Todas as dimensões do corpo, incluindo suas áreas vazias, contraem-se. 2 Dilatação superficial dos sólidos

Dilatação volumétrica dos sólidos RNANDO BLANCO CALZADA/ SHUTTERSTOCK Capítulo 3 Dilatação volumétrica dos sólidos

A dilatação afeta todas as dimensões de um corpo Em alguns corpos, é mais fácil perceber que a dilatação e a contração dos sólidos é volumétrica. FABIO YOSHIHITO MATSUURA DAVID R. FRAZIER PHOTOLIBRARY/ALAMY/OTHER IMAGES Professor: as juntas de dilatação evitam que estruturas como pontes e viadutos apresentem rupturas ou deformações perigosas ao se dilatar ou se contrair. Juntas estreitas costumam ser preenchidas com materiais flexíveis; as de maior largura são recobertas com placas ou grelhas metálicas. Geralmente percebemos esses espaçamentos pelo ruído e pelo pequeno solavanco produzidos no veículo que passa sobre eles. 3 Dilatação volumétrica dos sólidos

A dilatação afeta todas as dimensões de um corpo A variação no volume é proporcional à variação de temperatura (Dt) e ao volume inicial (V0) do corpo: A constante de proporcionalidade é o coeficiente de dilatação volumétrica: Volume final do corpo que sofreu a dilatação: 3 Dilatação volumétrica dos sólidos

A dilatação afeta todas as dimensões de um corpo Dilatação volumétrica dos sólidos como produto de dilatações lineares de três dimensões Professor: a demonstração matemática, a partir da dilatação do sólido da figura, está nas páginas 27 e 28 do módulo. 3 Dilatação volumétrica dos sólidos

A dilatação afeta todas as dimensões de um corpo A dilatação térmica de materiais é um fenômeno que auxilia na construção de peças e componentes industriais. BRAD REMY/SHUTTERSTOCK STOCKSNAPP/SHUTTERSTOCK Professor: na fabricação de rodas de liga leve (por exemplo, de alumínio), a dilatação térmica tem a função de produzir um encaixe perfeito entre o aro e o centro da roda. 3 Dilatação volumétrica dos sólidos

Já sabe responder? Por que não convém construir uma casa grudada à do vizinho? R-P/KINO Professor: os materiais utilizados nas edificações de casas e apartamentos estão sujeitos a variações de temperatura e, consequentemente, dilatam-se ou se contraem em resposta a elas. Assim, se uma casa for construída sem nenhum distanciamento da edificação vizinha, ao se dilatar, ela não disporá de espaço para acomodar essa variação de volume. As forças de compressão assim produzidas poderão ocasionar rachaduras e até ruptura em paredes, lajes e nos pilares. Da mesma forma, na construção de pontes e na colocação de azulejos e pisos de madeira, devem ser previstas folgas entre as edificações para evitar danos decorrentes de dilatações e contrações térmicas. 3 Dilatação volumétrica dos sólidos

CALOR VARIAÇÃO DE TEMPERATURA DILATAÇÃO E CONTRAÇÃO TÉRMICAS SÓLIDOS LINEAR SUPERFICIAL VOLUMÉTRICA Navegando no módulo