Unidade 2 Dilatação Térmica. Comportamento dos sólidos Dilatação Linear Dilatação Superficial Dilatação Volumétrica

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1 Unidade 2 Dilatação Térmica Comportamento dos sólidos Dilatação Linear Dilatação Superficial Dilatação Volumétrica

2 Comportamento dos sólidos De um modo geral, quando aumentamos a temperatura de um corpo (sólido ou líquido), aumentamos a agitação das partículas que formam esse corpo. Isso causa um afastamento entre as partículas, resultando em aumento nas dimensões do corpo (dilatação térmica). Por outro lado, uma diminuição na temperatura de um corpo acarreta uma redução em suas dimensões (contração térmica).

3 Cotidiano Na construção civil, por exemplo, para prevenir possíveis trincas e rupturas por causa da dilatação térmica dos materiais, utilizam-se as " folgas", chamadas de juntas de dilatação.

4 Dilatação linear Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais. Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido. Nesse caso, temos a dilatação Linear ( L ). Exemplos: trilho da linha férrea, fio de alta tensão, viga de prédio, etc.

5 Cotidiano

6 Dilatação Superficial A dilatação superficial corresponde à variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura. As figuras abaixo representam uma placa retangular à temperatura To e à temperatura T > To. Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica, etc. Ocorre também nos objetos circulares (exemplo: anéis).

7 Cotidiano

8 Dilatação Volumétrica Neste tipo de dilatação, vamos considerar a variação de volume, isto é, a dilatação nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura). Veja o exemplo do quadro abaixo: Exemplos: caixa de água de um prédio, caixa de sapato, objetos cilíndricos, etc.

9 COEFICIENTES α β γ coeficiente da dilatação linear. coeficiente da dilatação superficial. coeficiente da dilatação volumétrica. 2α = β 3α = γ γ = 3 β 2

10 FÓRMULAS

11 DILATAÇÃO LINEAR L = Lo. α. t L - Lo = Lo. α. t

12 DILATAÇÃO SUPERFICIAL S = So. β. t S - So = So. β. t S - So = So. 2 α. t

13 DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA V = Vo. γ. t V - Vo = Vo. γ. t V - Vo = Vo. 3 α. t

14 Exemplos de Aplicação das relações matemáticas

15 Exemplo 1 Um fio metálico tem 100 m de comprimento e coeficiente de dilatação linear igual a o C -1. Qual a variação de comprimento desse fio, quando a temperatura varia 10 o C? Solução: L = Lo. α. t L = , L = 0,017 m ou 17 mm

16 Exemplo 2 Uma placa metálica tem um orifício circular de 50 mm de diâmetro a 15 o C. A que temperatura deve ser aquecida a placa para que se possa ajustar no orifício um cilindro de 50,3 mm de diâmetro? O coeficiente de dilatação linear do metal é C -1. Solução: L = Lo. α. t 50,3-50 = 50. 0, (t - 15) 0,3 = 0,001. (t - 15) 0,3 : 0,001 = t = t = t 315 = t t = 315 o C

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19 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

20 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

21 DILATAÇÃO DA ÁGUA

22 Em países onde os invernos são rigorosos, muitas pessoas deixam suas torneiras gotejando para não permitir que a água contida no encanamento se congele, devido ao pequeno fluxo, e os canos arrebentem. Do mesmo modo,

23 Em regra geral, ao se elevar a temperatura de uma substância, verificase uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 0 0 C a 4 0 C, contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira:

24 No estado sólido, os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em consequência disso, entre as moléculas, formamse grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto

25 Quando a água é aquecida de 0 o C a 4 o C, as ponte de hidrogênio rompem-se e as moléculas passam a ocupar os vazios existentes, provocando, assim, uma contração. Portanto, no intervalo de 0 o C a 4 o C, ocorre, excepcionalmente, uma diminuição de volume. Mas, de 4 o C a 100 o C, a água dilata-se normalmente.

26 Os diagramas a seguir ilustram o comportamento do volume e da densidade em função da temperatura.

27 Então, a 4 o C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido. Observação: A densidade da água no estado sólido ( gelo ) é menor que a densidade da água no estado líquido.

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