DILATAÇÃO TÉRMICA. A figura mostra uma barra metálica, em duas temperaturas diferentes: Verifica-se, experimentalmente, que:

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1 DILATAÇÃO TÉRMICA Uma variação de temperatura pode alterar o valor das grandezas de um corpo, tais como: a pressão de um gás, cor e um metal, a resistência elétrica de um condutor de eletricidade, a altura de uma coluna de mercúrio, etc. (Na construção de termômetros, essas grandezas são utilizadas como grandezas termométricas.) Você está iniciando agora o estudo da dilatação térmica, que trata da alteração das dimensões de um corpo devido à variação de temperatura. Além da construção de termômetros, a dilatação térmica permite outras inúmeras aplicações, entre as quais podemos citar a lâmina bimetálica em pregada em dispositivos de segurança contra incêndio e em chaves automáticas (relé termostático) que desligam um circuito elétrico quando ocorre uma elevação indesejável da temperatura. Quando a temperatura se eleva, a lâmina bimetálica se encurva, devido às dilatações que ocorrem em suas faces, constituidas por metais diferentes. Uma outra aplicação é a rebitagem de chapas metálicas. As experiências mostram que os orifícios das chapas aumentam quando sofrem elevação de temperatura. Os orifícios, com diâmetro menor que dos rebites, são aquecidos e sofrem dilatação, permitindo assim os encaixes. Quando as chapas se esfriam, os orifícios se contraem e se prendem firmemente aos rebites. Muitas vezes, porém, a dilatação térmica dos corpos pode causar danos. É o que ocorre, por exemplo, quando os trilhos de uma ferrovia ficam deformados após uma grande elevação de temperatura. Nesse caso, as juntas de dilatação (pequenos espaços entre os trechos de um trilho) foram insuficientes. 1. DILATAÇÃO LINEAR A figura mostra uma barra metálica, em duas temperaturas diferentes: Verifica-se, experimentalmente, que: A constante de proporcionalidade que transforma essa relação em uma igualdade, é o coeficientede dilatação linear do material com o qual a peça foi construída. Desse modo temos:

2 2. DILATAÇÃO SUPERFICIAL Verifica-se, também experimentalmente, que o acréscimo na área de uma superfície que apresenta variações de temperatura é diretamente proporcional à sua área inicial S o e à correspondente variação de temperatura. A constante de proporcionalidade é o coeficiente de dilatação superficial tal que teremos: 3. DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Utilizando-se o mesmo raciocínio anterior e introduzindo-se o coeficiente de dilatação volumétrica, tal que = 3 teremos:

3 4. DILATAÇÃO ANÔMALA DA ÁGUA A maioria dos líquidos se dilatam com o aumento da temperatura e se contraem com a redução da temperatura, mas a ÁGUA constitui uma anomalia do comportamento geral entre 0ºC e 4ºC, vejamos: A partir de 0ºC a medida que a temperatura se eleva, a água se contrai, porém essa contração cessa quando a temperatura é de 4ºC; a partir dessa temperatura ela começa a se dilatar. Sendo assim, a água atinge um volume mínimo a 4ºC e nesta temperatura a sua densidade é máxima. 5. DILATAÇÃO DE CORPOS "OCOS" "Corpos ocos se dilatam como se não fossem ocos." Exemplos: a) Um anel de aço, ao se dilatar, comporta-se como um disco de aço. b) Um furo em uma chapa de ferro se dilata, quando aquecido, como se fosse feito de ferro.

4 c) Um cubo oco de cobre se dilata, quando aquecido, como se fosse sólido. 6. DILATAÇÃO APARENTE DOS LÍQUIDOS "Na maioria das vezes os líquidos se dilatam muito mais do que os recipientes que os contém." Como conseqüência, se em uma certa temperatura o recipiente estiver completamente cheio, ao aquecermos o conjunto haverá um derramamento de parte do líquido contido no recipiente. Ao volume de líquido derramado damos o nome de DILATAÇÃO APARENTE DO LÍQUIDO

5 CALORIMETRIA: MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO 1. CALOR E MUDANÇA DE ESTADO Toda matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso. As possíveis mudanças de estado, quando uma substância recebe ou cede calor, estão esquematizadas na figura abaixo: Quando, à pressão constante, uma substância recebe (absorve) calor sensível, sua temperatura aumenta: se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura. O gráfico ilustra a variação da temperatura de uma substância em função do calor absorvido pela mesma. IMPORTANTE: 1) O termo sublimação é usado para designar a mudança sólidoû gasoso. Alguns autores classificam a passagem sólidoè gasoso como sublimação direta ou 1ª sublimação, e a passagem gasosoè sólido como sublimação inversa ou 2ª sublimação. Na CNTP o melhor exemplo de sublimação é o da naftalina, que passa do estado sólido diretamente para o gasoso. 2)A mudança líquido é gasoso, que chamamos vaporização, deve ser subdividida em: a) Evaporação: é um processo espontâneo e lento, que se verifica a uma temperatura qualquer e depende da área de contato. Na evaporação, quanto maior a área de contato mais rapidamente se processa a passagem do estado líquido para o gasoso.

6 b) Ebulição: é um processo que se verifica a uma determinada temperatura (a pressão tem influência sobre a temperatura, veremos posteriormente). Logo é um processo forçado. É mais rápido que a evaporação. c) Calefação: ocorre quando uma massa de líquido cai sobre uma superfície aquecida a uma temperatura superior a temperatura de ebulição do líquido. A calefação é um processo quase instantâneo. Ao observarmos gotas d água caírem sobre uma chapa bem quente, notamos que as gotas vaporizam rapidamente emitindo um chiado característico. 2. CALOR LATENTE Calor latente de mudança de estado L é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura. Matematicamente: Da definição de calor latente resulta sua unidade de medida: cal/g, J/g, KJ/kg, BTU/lb, etc. A quantidade de calor envolvida na mudança de estado decorre da definição de calor latente. IMPORTANTE: À pressão constante, toda substância sofre mudança de estado a uma determinada temperatura. À pressão constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantém constante. Nas mesmas condições, a quantidade de calor recebida (absorvida) ou cedida (liberada) por uma dada substância, durante a mudança de estado, é, em valor absoluto, igual para a unidade de sua massa. Exemplo: calor latente de fusão do gelo: L F = 80cal/g calor latente de solidificação da água: L S = - 80 cal/g O sinal (+) refere-se à quantidade de calor recebida (absorvida) pela substância, e o sinal (-) à quantidade de calor cedida (liberada) pela mesma. 3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO A pressão influi sobre as temperaturas em que ocorrem as mudanças de estado físico. 3.1 INFLUÊNCIA NA FUSÃO Quase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume. No entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem. A pressão influencia a temperatura de fusão desses dois grupos de maneira distinta, vejamos.

7 Tudo o que foi dito sobre a temperatura de fusão também é válido para a temperatura de solidificação. 3.2 INFLUÊNCIA NA EBULIÇÃO A influência da pressão sobre a ebulição é muito mais simples que sobre a fusão, pois a regra agora é única: