Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Série DILATAÇÃO TÉRMICA

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1 Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Série DILATAÇÃO TÉRMICA

2 Dilatação Térmica Expansão das Moléculas É importante que saibamos o que são temperatura e calor. Temperatura: é a medida do grau de agitação das moléculas; Calor: é a troca de energia causada exclusivamente por uma diferença de temperatura. Imagem: SEE-PE

3 Dilatação Térmica Dilatação Térmica Definição Em física, dilatação térmica é o nome que se dá ao crescimento das dimensões de um corpo, ocasionado pelo aumento de sua temperatura.

4 Dilatação Térmica Para pensar melhor... Como facilitar a abertura da tampa de um vidro de azeitonas? A tampa de metal e o vidro sofrerão alterações quando aquecidas? Como esse fenômeno pode ser explicado fisicamente?

5 Dilatação Térmica Você já observou os trilhos em uma estrada de ferro? Imagem: Powerkites16 / classicalmusic.mzrt@gmail.com / Public Domain.

6 Dilatação Linear Os fios de telefone ou luz, expostos ao Sol, variam suas temperaturas, fazendo com que o fio se estenda de um comprimento inicial (Lo) para um comprimento final (L), aumentando assim sua curvatura. Imagem: Hugh Venables / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

7 Dilatação Linear Dilatação Linear Ocorre quando o corpo sofre expansão em uma dimensão A dilatação do fio depende de três fatores: Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. da substância da qual é feito o fio; da variação de temperatura sofrida pelo fio; do comprimento inicial do fio.

8 Dilatação Linear EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO LINEAR L = Lo.α. T Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

9 Dilatação Linear L é variação de comprimento do fio, ou seja, L = Lf Lo; Lo é o comprimento inicial; Lf é o comprimento final; α é o coeficiente de dilatação linear, uma característica da substância. Sua unidade é o C -1 ; T é a variação de temperatura, ou seja, T = Tf - To, onde To representa a temperatura inicial do fio e Tf a temperatura final.

10 Dilatação Superficial Dilatação Superficial Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. A expansão ocorre nas suas duas dimensões lineares, ou seja, na área total do corpo. Há corpos que podem ser considerados bidimensionais, pois sua terceira dimensão é desprezível, frente às outras duas, por exemplo, uma

11 Dilatação Superficial Vemos uma chapa retangular que, ao ser aquecida, teve toda a sua superfície aumentada, passando de uma área inicial (Si) a uma área final (Sf). Ou seja, a variação da área de superfície S pode ser escrita por (2): S= Sf Si Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

12 Dilatação Superficial A dilatação superficial, analogamente à dilatação linear, depende: da variação de temperatura sofrida pelo corpo; da área inicial; do material do qual é feito o corpo. O coeficiente utilizado neste caso, é o de dilatação superficial β, que equivale a duas vezes o coeficiente de dilatação linear, isto é: β = 2 α. Sua unidade também é o C -1 (3).

13 Dilatação Superficial EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO SUPERFICIAL S = β.si. T Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. S é a dilatação superficial ou o quanto a superfície variou; β é o coeficiente de dilatação superficial; Si é a área inicial; T é a variação de

14 Dilatação Superficial Experimento 1: Dilatação Superficial Lâmina Bimetálica Objetivo: Verificar como diferentes materiais produzem diferentes dilatações. Material: papel comum 3x10cm; papel alumínio 3x10cm; cola; vela. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

15 Dilatação Superficial Procedimentos: cole o papel comum, no lado opaco do papel alumínio; espere secar; aproxime a vela acesa do papel alumínio e veja o que acontece; aproxime a vela do papel comum; verifique a diferença e qual dos dois sofreu maior dilatação (5).

16 Dilatação Superficial FAÇA VOCÊ MESMO! Material: 20 cm de fio de cobre de 1mm de diâmetro (fio elétrico); bolinha de isopor de 1 a 1,5 cm de diâmetro; suporte de caneta (sem carga); lamparina ou suporte com vela; Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

17 Dilatação Superficial Procedimentos: descasque o fio de cobre; passe-o ao redor da bolinha, formando um anel. O fio deve ficar bem justo; passe a outra extremidade do fio pelo interior da caneta (que servirá de suporte) e prenda-o; acenda a lamparina e pegue a caneta com o aro, sem a bola e coloque-a sobre a lamparina por mais ou menos dois minutos; retire a lamparina e em seguida passe a bolinha pelo aro;

18 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 (7).

19 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. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

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

21 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 Imagem: Vlieg / Public Domain. A gota, uma pequena porção de água, costuma obter formato esférico

22 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 Imagem: Jorge Barrios / Public Domain.

23 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 Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

24 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.

25 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

26 Dilatação dos Gases Procedimentos: prenda as bolas de encher na borda dos recipientes de vidro. Coloque um deles na água quente e o outro na água fria; observe o fenômeno termodinâmico e explique as causas do ocorrido.

27 Dilatação Térmica Bibliografia Gonçalves Filho, A.; Toscano, C. Física para o ensino médio. 1. ed. São Paulo:Scipione, Arribas, S. D. Experiências de física na escola. 4. ed. Passo Fundo: Universitária, Sites:

28 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso 2 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. 5 Powerkites16 / classicalmusic.mzrt@gmail.com / Public Domain. 6 Hugh Venables / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic. 7, 8, 10, 11, 13, 14, 16, 18 e 19 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE 08/03/ /03/201 :Railroad_Tracks.jpg /03/201 :Energy_infrastructure_- 2 _geograph.org.uk_-_ jpg Acervo SEE-PE 08/03/ Vlieg / Public Domain. 08/03/201 :Waterdruppel_op_blad.JPG 2 22 Jorge Barrios / Public Domain. 08/03/201 :Glass_of_Water.JPG 2 23 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE 08/03/ Joedeshon / Creative Commons 08/03/201 Attribution 2.5 Generic. :Great_pershing_balloon_derby_2005_ SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido. 9_04.jpg Acervo SEE-PE 08/03/201 2