Dilatação Térmica Aula 4 Allan Calderon

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1 Dilatação Térmica Aula 4 Allan Calderon

2 Transmissão de calor Def.: O calor é uma forma de energia que se propaga entre dois pontos, devido a uma diferença de temperatura entre eles. Ex.: Efeito estufa:

3 Condução Térmica Def.: No processo de condução térmica a energia é transportada de molécula a molécula, por meio de vibrações, sem que moléculas sejam deslocadas. Fluxo de calor ([ ] = cal/s): Quantidade de calor Constante do material Área da secção transversal φ = Q Δt φ = k A (T Q T F ) l Variação de tempo Comprimento do material Temperatura extremidades

4 Convecção Térmica Def.: É o processo de transferência de calor pelo transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade provocada pelo aquecimento ou resfriamento da substância. Obs.: Só ocorre em fluídos: líquido e gases! Importante para a dispersão dos poluentes atmosféricos da terra. Inversão térmica: no inverno, as camadas de ar próximas a superfície ficam mais frias que as camadas superiores e, mesmo durante o dia, o Sol fraco de inverno não consegue reverter o processo. Isso provoca a interrupção das correntes de convecção e os poluentes permanecem junto ao solo, não se dispersando na atmosfera.

5 Irradiação Térmica Def.: O processo de transferência de calor denominado irradiação térmica é feito por ondas eletromagnéticas, denominadas ondas de calor ou calor radiante. Acontece tanto no meio material, quanto no vácuo (ausência de matéria). As ondas de calor, geradas pelas agitações moleculares, são funções da temperatura. Exemplos: estufa, efeito estufa, garrafa térmica, etc.

6 Dilatação térmica dos sólidos(1) Com o aumento da temperatura de um corpo (sólido ou líquido), aumentamos a agitação molecular, e isso provoca um afastamento das moléculas, resultando num aumento das dimensões do corpo (dilatação térmica).

7 Dilatação térmica dos sólidos(2) A dilatação (ou contração) de um sólido ocorre simultaneamente em todas as suas dimensões, mas, para efeitos de estudo, podemos ter 1. Dilatação linear: quando considera-se apenas uma dimensão; 2. Dilatação superficial: quando considera-se apenas duas dimensões; 3. Dilatação volumétrica quando considera-se as três dimensões.

8 1. Dilatação linear dos sólidos(1) Experimentalmente, verifica-se que a dilatação linear ( l = l l 0 ) de uma barra é: Diretamente proporcional ao comprimento inicial (l 0 ) da barra; Diretamente proporcional à variação de temperatura ( T = T T 0 ) sofrida pela barra; Dependente do material([ ] = 1/ºC) que constitui a barra. Δl = l 0 α ΔT ou l = l 0 + Δl l = l 0 + l 0 α ΔT l = l 0 1+ α ΔT ( )

9 1. Dilatação linear dos sólidos(2) Gráficos (Variação do tamanho e aumento do material) Aumento do material

10 2. Dilatação superficial dos sólidos(1) Def.: Variação da área( A) de uma chapa quando submetida a uma variação de temperatura( T). Experimentalmente, verifica-se que a dilatação superficial ( A = A A 0 ) de uma superfície é: Diretamente proporcional à área inicial (A 0 ) da superfície; Diretamente proporcional à variação de temperatura ( T = T T 0 ) sofrida pela chapa; Dependente do material([ ] = 1/ºC) que constitui a chapa. Obs.: Para variações de temperatura não muito elevadas =2* ΔA = A 0 β ΔT ou A = A 0 + ΔA A = A 0 + A 0 β ΔT A = A 0 1+ β ΔT ( )

11 2. Dilatação superficial dos sólidos(2) Aumento da Temperatura Aumenta a Área Furo no meio da placa aumenta com a temperatura.

12 3. Dilatação Volumétrica dos sólidos(1) Def.: Variação do volume( V) de um sólido quando submetida a uma variação de temperatura( T). Experimentalmente, verifica-se que a dilatação volumética( V = V V 0 ) de um sólido é: Diretamente proporcional ao volume inicial (V 0 ) do sólido; Diretamente proporcional à variação de temperatura ( T = T T 0 ) sofrido pelo sólido; Dependente do material([ ] = 1/ºC) que constitui a sólido. Obs.: Para variações de temperatura não muito elevadas =3* ΔV = V 0 γ ΔT ou V = V 0 + ΔV V = V 0 + V 0 γ ΔT V = V 0 1+ γ ΔT ( )

13 3. Dilatação Volumétrica dos sólidos(2)

14 Dilatação Térmica dos líquidos(1) Os sólidos possuem forma própria e volume definido, mas os líquidos possuem somente volume definido, mas os líquidos possuem somente volume definido. Experimentalmente, verifica-se que a dilatação volumética( V = V V 0 ) de um líquido segue as mesmas leis do sólido, então: Diretamente proporcional ao volume inicial (V 0 ) do sólido; Diretamente proporcional à variação de temperatura ( T = T T 0 ) sofrido pelo sólido; Dependente do material([ ] = 1/ºC) que constitui a sólido ΔV = V 0 γ ΔT ou V = V 0 + ΔV V = V 0 + V 0 γ ΔT V = V 0 1+ γ ΔT ( )

15 Dilatação Térmica dos líquidos(2) Dilatação real dos líquidos A variação do volume do líquido calculado anteriormente (dilatação aparente) é a dilatação do líquido com a dilatação do recipiente, então para se calcular a dilatação real do líquido e necessária a equação abaixo(veja a figura): ΔV real = ΔV aparente + ΔV recipiente Com isso, concluímos que: V 0 γ ΔT = V 0 γ ap. ΔT + V 0 γ rec. ΔT γ = γ ap. + γ rec.

16 Dilatação Térmica dos Líquido transbordando líquidos(3)

17 Anomalia na dilatação térmica da água(1) Como foi mencionado, de um modo geral, os líquidos aumentam de volume quando aumentam sua temperatura. No entanto, a substância água tem um comportamento interessante, quando aquecida de 0ºC até 4ºC seu volume diminui. Só a partir de valores maiores de temperatura é que tem seu volume aumentado. Isto acontece devido a influência que a temperatura tem na densidade dos corpos. Como podemos perceber, pelas equações de volume, com aumento de temperatura o volume aumenta e a densidade diminui. No caso da água, como ela possui um tipo de ligação especial entre suas moléculas (denominada pontes de hidrogênio) ao ser aquecida de 0ºC a 4ºC, essas ligações são rompidas, o que produz uma aproximação entre as moléculas, por isso o volume diminui e neste caso o que é observado é uma diminuição de volume.

18 Anomalia na dilatação térmica da água(2)

19 Bibliografia (Ensino de Física pela internet) (Material muito bom!)

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