DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS

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1 ESCOLA ESTADUAL DE ENSINO MÉDIO DEMÉTRIO RIBEIRO DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS F Í S I C A 2 º A N O 2015 P R O F. T H A L E S F. M A C H A D O

2 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS Todos os corpos, quando aquecidos, apresentam dilatação térmica decorrente do aumento da vibração de suas partículas.

3 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS Física Prof. Thales F. Machado

4 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS Física Prof. Thales F. Machado

5 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS Física Prof. Thales F. Machado

6 DILATAÇÃO LINEAR Apenas uma das dimensões (comprimento), apresenta alteração considerável quando o corpo e submetido a variações de temperatura. ( L = L L o ) L = L 0. α. Δθ L o L L = L 0 (1 + α. Δθ) L

7 COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR ( ) É uma constante de proporcionalidade e seu valor depende da natureza do material. α = ΔL L 0. Δθ m m. C = 1 C Notamos que a unidade do coeficiente de dilatação linear é o inverso da unidade de variação de temperatura, 1/ C = C -1, denominada grau Celsius recíproco.

8 COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR ( ) Tabela com valores de coeficiente de dilatação linear de alguns materiais Material Material (10-5 C -1 ) (10-5 C -1 ) Chumbo 2,9 Ferro 1,18 Zinco 2,5 Platina 0,9 Alumínio 2,2 Vidro comum 0,9 Latão 2,0 Vidro pirex 0,3 Cobre 1,7 Ouro 1,5 Aço 1,2 Concreto 1,2

9 EXEMPLO 1 Uma barra de alumínio de 140 cm de comprimento, inicialmente em uma temperatura de 25 ºC, é submetida ao aquecimento e sua temperatura se eleva até 175 ºC. Determine: a) a dilatação sofrida pela barra; b) o comprimento da barra, após o aquecimento. Dado: α Al = 2, C 1

10 EXEMPLO 2 O gráfico a seguir representa a variação da temperatura de uma barra metálica em função do comprimento L. Determine o coeficiente de dilatação linear da barra, em C -1.

11 DILATAÇÃO SUPERFICIAL A dilatação ocorre em duas dimensões do corpo (o comprimento e a largura). Se a temperatura de um sólido varia, consequentemente a área de sua superfície também varia. ( A = A A o ) A = A 0. β. Δθ A A = A 0 (1 + β. Δθ) A o

12 COEFICIENTE DE DILATAÇÃO SUPERFICIAL ( ) É uma constante de proporcionalidade e seu valor depende da natureza do material. = 2 Notamos que a unidade do coeficiente de dilatação superficial é a mesma do coeficiente de dilatação linear, o inverso da unidade de variação de temperatura, 1/ C = C -1, denominada grau Celsius recíproco.

13 EXEMPLO 3 Uma placa retangular metálica tem 10 cm de largura e 40 cm de comprimento, à temperatura de 20 C. Essa placa é colocada num ambiente cuja temperatura é de 50 C. Sabendo que α = 2, C -1, calcule: a) a dilatação superficial da placa; b) a área da placa nesse ambiente.

14 EXEMPLO 4 Um anel de ouro apresenta área interna de 5 cm 2 a 20 C. Determine a dilatação superficial dessa área interna quando o anel é aquecido a 120 C. Entre 20 C e 120 C, o coeficiente de dilatação superficial médio do ouro é 3, C 1.

15 DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Ocorre quando todas as dimensões (o comprimento, a largura e a altura) do sólido sofrem dilatações após o aquecimento. ( V = V V o ) V = V 0. γ. Δθ V V o V = V 0 (1 + γ. Δθ)

16 COEFICIENTE DE DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA ( ) É uma constante de proporcionalidade e seu valor depende da natureza do material. = 3 A unidade é a mesma do coeficiente de dilatação linear e superficial, o inverso da unidade de variação de temperatura, 1/ C = C -1, denominada grau Celsius recíproco.

17 EXEMPLO 5 Um paralelepípedo de uma liga metálica (α = C -1 ) tem arestas que, à 0 C, medem 40 cm, 30 cm e 5 cm. Quanto aumenta seu volume, em cm 3, ao ser aquecido à temperatura de 100 C? Qual é o volume do paralelepípedo após sofrer a dilatação?

18 EXEMPLO 6 Uma peça sólida tem uma cavidade cujo volume vale 8 cm 3 a 20 C. Calcule o volume da cavidade do sólido quando a temperatura da peça varia para 920 C. O coeficiente de dilatação linear do sólido (1, C 1 ) pode ser considerado constante

19 OBSERVAÇÕES I. Tendo em vista que o coeficiente de dilatação superficial é o dobro do coeficiente de dilatação linear ( = 2 ) e que o coeficiente de dilatação volumétrica é o triplo do coeficiente de dilatação linear ( = 3 ), podemos relacionar os três coeficientes do seguinte modo: α 1 = β 2 = γ 3

20 OBSERVAÇÕES II. Há materiais que apresentam valores baixos para os coeficientes de dilatação, como o vidro pirex. Tendo por isso aplicações práticas cujo coeficiente de dilatação é bem menor que o vidro comum, faz com que esse material suporte grandes variações de temperatura sem sofrer rachaduras ou trincamentos.

21 OBSERVAÇÕES III. Existem ainda materiais com coeficientes de dilatação negativo, como a borracha vulcanizada. Tais materiais se contraem quando a temperatura aumenta.