Dilatação Térmica
Dilatação térmica é a variação que ocorre nas dimensões de um corpo quando submetido a uma variação de temperatura. De uma maneira geral, os corpos, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos, aumentam suas dimensões quando aumentam sua temperatura.
Dilatação Linear
Dilatação Linear é o aumento de volume que acontece em apenas uma dimensão, no seu comprimento. É um processo exclusivo dos materiais sólidos submetidos a aquecimento térmico.
Um exemplo simples de ocorrência de dilatação térmica pode ser observado nos trilhos de trem. Eles são submetidos a temperaturas altíssimas com a passagem das carruagens e a agitação dos átomos que o constituem faz com que o caminho de ferro expanda. Os trilhos, porém, têm espaço para aumentar de volume. Isto decorre do fato de, entre eles, haver juntas - pequenos espaços deixados propositalmente - sem os quais, entortariam. Como calcular a dilatação linear?
ΔL = L0.α. Δθ
Onde,
ΔL = Variação do comprimento
L0 = Comprimento inicial
α = Coeficiente de dilatação linear
Δθ = Variação de temperatura
Coeficientes de Dilatação LinearO aumento da dimensão de um corpo é proporcional ao aumento da sua temperatura, ou seja, quanto maior a temperatura, maior a dilatação. Além disso, a dilatação depende também do tipo de material de que o corpo é feito, motivo pelo qual é muito importante considerar os respectivos coeficientes. A tendência dos materiais para aumentar de volume são indicadas pelos coeficientes. Confira a tabela e saiba qual o material que mais se dilata em exposição ao calor:
Dos sólidos constantes na tabela acima, o que menos se dilata é o Pyrex, que tem o coeficiente menor, enquanto o chumbo lidera com o maior coeficiente.
Dilatação Superficial e Dilatação Volumétrica
Além da dilatação linear, a dilatação térmica é classificada em outros dois tipos:
-Dilatação superficial, cuja dimensão se reflete no comprimento e na largura.
-Dilatação volumétrica, cuja dimensão se reflete não só no comprimento e na largura, mas também na profundidade.
Dilatação Superficial
A dilatação superficial leva em consideração a dilatação sofrida por uma determinada superfície. É o que acontece, por exemplo, com uma chapa de metal delgada.Para calcular a dilatação superficial utilizamos a seguinte fórmula:
ΔA = A0.β.Δθ
Onde,
ΔA: Variação da área (m2 ou cm2)
A0: Área inicial (m2 ou cm2)
β: Coeficiente de dilatação superficial (ºC-1)
Δθ: Variação de temperatura (ºC)
Importa destacar que o coeficiente de dilatação superficial (β) é igual a duas vezes o valor do coeficiente de dilatação linear (α), ou seja:
β = 2 . α
Dilatação VolumétricaA dilatação volumétrica resulta do aumento no volume de um corpo, o que acontece, por exemplo, com uma barra de ouro. Para calcular a dilatação volumétrica utilizamos a seguinte fórmula:
ΔV = V0.γ.Δθ
Onde,
ΔV: Variação do volume (m3 ou cm3)
V0: Volume inicial (m3 ou cm3)
γ: Coeficiente de dilatação volumétrica (ºC-1)
Δθ: Variação de temperatura (ºC)
Repare que o coeficiente de dilatação volumétrico (γ) é três vezes maior que coeficiente de dilatação linear (α), ou seja:
γ = 3 . α
Dilatação Térmica dos Líquidos
Os líquidos, salvo algumas exceções, aumentam de volume quando a sua temperatura aumenta, da mesma forma que os sólidos. Entretanto, devemos lembrar que os líquidos não apresentam forma própria, adquirindo a forma do recipiente que os contém. Por isso, para os líquidos, não faz sentido calcularmos, nem a dilatação linear, nem a superficial, só a volumétrica .Desta forma, apresentamos abaixo a tabela do coeficiente de dilatação volumétrico de algumas substâncias.
Dilatação Térmica dos Líquidos
Os líquidos, salvo algumas exceções, aumentam de volume quando a sua temperatura aumenta, da mesma forma que os sólidos. Entretanto, devemos lembrar que os líquidos não apresentam forma própria, adquirindo a forma do recipiente que os contém. Por isso, para os líquidos, não faz sentido calcularmos, nem a dilatação linear, nem a superficial, só a volumétrica .Desta forma, apresentamos abaixo a tabela do coeficiente de dilatação volumétrico de algumas substâncias.
https://www.youtube.com/watch?v=htZ5wOED9ZE
https://www.youtube.com/watch?v=nZym5Kq1jsU
Exercícios
Exemplo exercício resolvido para fazer exercício 1 :Qual será o comprimento de uma barra de concreto de 2m a 30º C após ser exposta a uma temperatura de 50º C?
Primeiro, vamos retirar os dados do enunciado:
O comprimento inicial (L0) é 2m
O coeficiente de dilatação do concreto (α) é 12.10-6
A temperatura inicial é de 30º C, enquanto a temperatura final é de 50º C
ΔL = L0.α.Δθ
ΔL = 2.12.10-6.(50-30)
ΔL = 2.12.10-6.(20)
ΔL = 2.12.20.10-6
ΔL = 480.10-6
ΔL = 0,00048
0,00048 é a variação do comprimento. Para sabermos o tamanho final da barra de concreto temos de somar o comprimento inicial com a sua variação:
L = L0+ΔL
L = 2+0,00048
L = 2,00048m
1. Um fio de cobre tem 20m à temperatura de 20º C. Se a temperatura aumentar para 35º C qual será o seu comprimento? O coeficiente de dilatação do cobre (α) é 17.10-6 (Resolva como no exemplo acima)
2.O que é dilatação térmica?
3.O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum porque:
a) possui alto coeficiente de rigidez.
b) tem baixo coeficiente de dilatação térmica.
c) tem alto coeficiente de dilatação térmica.
d) tem alto calor específico.
e) é mais maleável que o vidro comum.
4.As deformações geralmente encontradas nos trilhos de trens podem ser explicadas por meio:
a) do desequilíbrio entre as forças internas e externas presentes no material.
b) das reações químicas que são favorecidas pelo aumento da temperatura dos trilhos.
c) do fenômeno da dilatação térmica.
d) do baixo ponto de fusão dos metais presentes nos trilhos.
e) da quantidade de calor latente recebido pelos trilhos.
5.O fato de barras de ferro contidas em uma viga de concreto não provocarem rachaduras no concreto pode ser explicado pela semelhança que existe entre os valores do:
a) calor específico desses materiais.
b) coeficiente de dilatação linear desses materiais.
c) coeficiente de atrito desses materiais.
d) calor de fusão desses materiais.
e) coeficiente de condutividade térmica desses materiais.
6.Diferentemente dos sólidos, os líquidos não têm forma própria, por isso assumem o formato do recipiente que os contém. Com o aumento da temperatura, tanto os líquidos quanto seus recipientes podem sofrer dilatação térmica. O que ocorrerá se o coeficiente de dilatação do recipiente for maior que o coeficiente de dilatação de um líquido contido em seu interior?
a) O líquido transbordará.
b) O recipiente dilatará mais que o líquido e não haverá transbordamento.
c) Haverá transbordamento enquanto a temperatura do recipiente for maior que a temperatura do líquido.
d) O líquido dilatará mais que o recipiente.
e) O líquido e o recipiente dilatarão na mesma medida.
7.Em um dia típico de verão utiliza-se uma régua metálica para medir o comprimento de um lápis. Após medir esse comprimento, coloca-se a régua metálica no congelador a uma temperatura de -10ºC e esperam-se cerca de 15 min para, novamente, medir o comprimento do mesmo lápis. O comprimento medido nesta situação, com relação ao medido anteriormente, será:
a) maior, porque a régua sofreu uma contração.
b) menor, porque a régua sofreu uma dilatação.
c) maior, porque a régua se expandiu.
d) menor, porque a régua se contraiu.
e) o mesmo, porque o comprimento do lápis não se alterou.
8.Marque das opções abaixo qual grandeza não interfere na dilatação dos sólidos:
a) Natureza do material
b) Comprimento inicial do sólido
c) Variação de temperatura sofrida pelo sólido
d) Tempo em que o sólido fica exposto à fonte de calor.
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