PROF.: Henrique Dantas

Transcrição

1 PROF.: Henrique Dantas

2 DILATAÇÃO TÉRMICA: Em física, dilatação térmica é o nome que se dá a variação das dimensões de um corpo, ocasionado pela variação de sua temperatura.

3 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS: Quando aquecemos um sólido podemos estudar as seguintes formas de dilatação: LINEAR SUPERFICIAL VOLUMÉTRICA

4 Isso ocorre porque, quando um corpo é aquecido, há um De aumento forma geral, na agitação as dimensões das partículas de um que corpo o compõem, aumentam que quando se ele reflete é aquecido no acréscimo e diminuem das amplitudes quando ele é de esfriado. vibração, fazendo com que, macroscopicamente, se ampliem as dimensões do corpo.

5 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.

6 QUESTÃO 14: O professor solicita aos seus alunos que coloquem V (verdadeira) ou F (falsa) ao final das seguintes afirmações: I. Os corpos dilatam-se, geralmente, quando são aquecidos e contraem-se quando são resfriados. À variação de temperatura corresponde, então, uma variação de volume. ( ) II. A divisão 100, do termômetro graduado na escala Celsius, é o ponto em que se fixa o mercúrio quando se introduz o termômetro no vapor de água em ebulição, sob pressão de 760 mmhg. ( ) III. Uma substância termométrica deve conduzir bem o calor, para que rapidamente entre em equilíbrio térmico com o corpo que está em contato. ( ) IV. Uma substância termométrica deve manter as mesmas propriedades químicas para que retorne sempre ao mesmo volume à mesma temperatura. ( ) Pode-se concluir que os alunos que acertaram o exercício assinalaram a) 4 F. b) 1 F e 3 V. c) 2 F e 2 V. d) 3 F e 1 V. e) 4 V.....

7 DILATAÇÃO LINEAR: A variação de comprimento de uma barra é diretamente proporcional à variação de temperatura.

8 DILATAÇÃO LINEAR( L): Ocorre quando o corpo sofre expansão em uma dimensão A dilatação do fio depende de três fatores: da do variação comprimento substância de da inicial qual é temperatura feito do fio. o fio; sofrida pelo fio; L L.. 0 L L L 0

9 DILATAÇÃO LINEAR:

10 DILATAÇÃO LINEAR(α): material símbolo 1 material símbolo C 1 Alumínio Al 25, Ferro Fe 9, Antimônio Sb Níquel Ni 12, Prata Ag 18, Ouro Au 14, Grafite C 7, Platina Pt 8, Diamante C 1, Chumbo Pb 29, Cobre Cu 16, Zinco Zn 26,

11 QUESTÃO 40: A figura abaixo mostra dois frascos de vidro (1 e 2), vazios, ambos com tampas de um mesmo material indeformável, que é diferente do vidro. As duas tampas estão plenamente ajustadas aos frascos, uma internamente e outra externamente. No que respeita à dilatabilidade desses materiais, e considerando que v é o coeficiente de expansão dos dois vidros e que t é o coeficiente de expansão das duas tampas, assinale o que for correto Sendo t menor que v, se elevarmos a temperatura dos dois conjuntos, o vidro 1 se romperá. 02. Sendo t maior que v, se elevarmos a temperatura dos dois conjuntos, o vidro 2 se romperá..

12 QUESTÃO 40: 04. Sendo t menor que v, se elevarmos a temperatura dos dois conjuntos, ambos se romperão. 08. Sendo t maior que v, se diminuirmos a temperatura dos dois conjuntos, o vidro 1 se romperá. 16. Qualquer que seja a variação a que submetermos os dois conjuntos, nada ocorrerá com os frascos e com as tampas..

13 QUESTÃO 13: Uma torre de aço, usado para transmissão de televisão, tem altura de 50 m quando a temperatura ambiente é de 40 ºC. Considere que o aço dilata-se, linearmente, em médio, na proporção de 1/ , para cada variação de 1 ºC. À noite, supondo que a temperatura caia para 20 ºC, a variação de comprimento da torre, em centímetros, será de: a) 1,0 b) 1,5 c) 2,0 d) 2,5

14 DILATAÇÃO LINEAR(α): lâmina bimetálica

15 DILATAÇÃO LINEAR(α): αpb = 29, αal = 25,

16 LÂMINA BIMETÁLICA: aplicações

17 LÂMINA BIMETÁLICA: aplicações

18 JÁ SABE RESPONDER? É possível que o tempo se dilate com a variação da temperatura?

19 DILATAÇÃO SUPERFICIAL: A dilatação superficial corresponde à variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura. Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica, etc. Ocorre também nos objetos circulares (exemplo: anéis). S S.. 0 S S S 0

20 DILATAÇÃO SUPERFICIAL: A expansão ocorre nas suas duas dimensões lineares, ou seja, na área total do corpo.

21 DILATAÇÃO EM MAIS DE UMA DIMENSÃO A dilatação de alguns corpos, como azulejos e blocos de concreto, é mais perceptível em duas dimensões.

22 DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS:

23 Física, 2ª Série Dilatação Volumétrica DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Dilatação Volumétrica Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. A grande maioria dos corpos sólidos possui três dimensões: altura, comprimento e espessura. Quando aquecido, o sólido sofre expansão em cada uma delas, resultando em um aumento no volume total do corpo.

24 Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Física, 2ª Série Dilatação Volumétrica EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA De forma similar aos casos anteriores, temos a proporcionalidade entre: variação da dimensão; dimensão inicial; variação da temperatura. Adicionando-se um coeficiente que depende do material do qual o sólido é formado, garantimos a relação entre os termos da equação da dilatação volumétrica.

25 Física, 2ª Série Dilatação Volumétrica DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Assim, obtém-se: ΔV= γ.v O.ΔT Onde: ΔV = Vf Vi é a variação do volume; Vi é o volume inicial; ΔT = T To é a variação da temperatura; 3 γ é o coeficiente de dilatação volumétrico; γ = 2 β = 3α para uma mesma substância. Sua unidade também é o C -1.

26 Física, 2ª Série Dilatação dos Líquidos DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS Dilatação dos Líquidos Os líquidos, assim como os sólidos, sofrem dilatações ao serem aquecidos. Uma vez que não têm forma própria, fato este devido à gravidade, adquirem a forma do recipiente. Se o líquido estivesse livre da atração gravitacional (no espaço, por exemplo) obteria a forma de uma esfera, pois nessa geometria há a menor área de superfície para um determinado volume. Imagem: Vlieg / Public Domain. A gota, uma pequena porção de água, costuma obter formato esférico

27 DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos têm somente volume definido. Assim o estudo da dilatação térmica dos líquidos é feita somente em relação á dilatação volumétrica. Esta obedece a uma lei idêntica á dilatação volumétrica de um sólido, ou seja, a dilatação volumétrica de um líquido poderá ser calculada pelas mesmas fórmulas da dilatação volumétrica dos sólidos.

28 DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos, medido em o C -1 Água 1, Mercúrio 1, Glicerina 4, Benzeno 10, Álcool etílico 11, Acetona 14, Petróleo

29 DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS Como os líquidos não apresentam forma própria, só tem significado o estudo de sua dilatação volumétrica. Ao estudar a dilatação dos líquidos tem de se levar em conta a dilatação do recipiente sólido que o contém.. De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos. No aquecimento de um líquido contido num recipiente, o líquido irá, ao dilatar-se juntamente com o recipiente, ocupar parte da dilatação sofrida pelo recipiente, além de mostrar uma dilatação própria, chamada dilatação aparente.

30 Física, 2ª Série Dilatação dos Líquidos DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS Ao se ver o conjunto recipiente + líquido ser aquecido, tem-se a sensação de que apenas o líquido teve seu volume aumentado. Mas, na verdade, ambos os corpos, em diferentes estados físicos, sofrem dilatação. Como o líquido tem mais facilidade de absorver calor, sofre uma maior variação de volume do que o recipiente sólido. O que se observa é a dilatação aparente (ΔV aparente ) do líquido. Imagem: Jorge Barrios / Public Domain.

31 Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Física, 2ª Série Dilatação dos líquidos DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS Para saber sua dilatação real (ΔV líquido ), precisa-se adicionar a dilatação do recipiente (ΔV recipiente ), e para isso, deve-se conhecer os coeficientes de dilatação volumétrica do líquido e do recipiente. A dilatação real do líquido é, portanto, a dilatação aparente, somada à dilatação do recipiente. ΔV líquido = ΔV aparente + ΔV recipiente

32 O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA Aquecendo certa massa m de água, inicialmente a 0º C, até a temperatura de 100ºC, verificamos que de 0ºC a 4ºC o volume diminui, pois o nível da água no recipiente baixa, ocorrendo a contração. A partir de 4ºC, continuando o aquecimento, o nível da água sobe, o que significa aumento de volume, ocorrendo a dilatação.

33 O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA Portanto a água apresenta um comportamento excepcional, contraindo-se quando aquecida de 0ºC a 4ºC. É a chamada anomalia da água!!!

34 O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA O gráfico abaixo mostra aproximadamente como varia o volume da água com o aumento de temperatura.

35 O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA Observe que a 4ºC a massa m de água apresenta volume mínimo. Lembrando que a densidade (d) é dada por: A densidade da água varia conforme a temperatura

36 O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA Agora fica a pergunta, porque a água sofreu uma contração com o aumento da temperatura?

37 O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA A elevação da temperatura da água provoca um aumento na agitação molecular que tende a romper as pontes de hidrogênio, aproximando as moléculas.

38 ISSO EXPLICA PORQUE EM INVERNOS RIGOROSOS OS LAGOS CONGELAM NA SUPERFÍCIE.

39 Física, 2ª Série Dilatação dos Gases DILATAÇÃO DOS GASES Dilatação dos Gases Os gases têm ainda mais facilidade de absorver calor que os líquidos. Por isso, são substâncias comumente utilizadas em experimentos termodinâmicos. Para que os balões possam levantar voo, por exemplo, o gás que preenche o seu conteúdo deve ser aquecido. A expansão volumétrica é tão intensa, que a densidade do gás dentro do balão torna-se menor que a densidade do ar da atmosfera, fazendo com que o balão comece a flutuar. Imagem: Joedeshon / Creative Commons Attribution 2.5 Generic.

40 Física, 2ª Série Dilatação dos Gases DILATAÇÃO DOS GASES Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. ATIVIDADE Objetivo: explicitar o conceito de dilatação dos líquidos e gases; Material: 2 recipientes de vidro, 2 bolas de encher, um Becker com água quente e outro com água fria.