Física 2º ano- Dilatação Térmica- Professora Fernanda

DILATAÇÃO TÉRMICA

Todos os corpos existentes na natureza, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica. O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Ao aquecer um corpo, por exemplo, ocorrerá um aumento na distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação das mesmas. Esse espaçamento maior entre elas se manifesta através da escansão das dimensões do corpo, as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica. O contrário ocorre quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso as distâncias entre as moléculas são diminuídas e em consequência disso há diminuição nas dimensões do corpo. 

Dilatação linear

ΔL = o quanto o corpo aumentou seu comprimento

L₀ = comprimento inicial do corpo

α  =  coeficiente de dilatação linear (depende do material)

ΔӨ = variação da temperatura ( Ө_F – Ө_I )

Vale destacar que o coeficiente de dilatação linear ( α) é um número tabelado e depende de cada material.  Com ele podemos comparar qual substância dilata ou contrai mais do que outra.  Quanto maior for o coeficiente de dilatação linear da substância mais facilidade ela terá para aumentar seu tamanho, quando esquentada, ou diminuir seu tamanho, quando esfriada.

Outra coisa interessante de notar é que, se soubermos o valor do coeficiente de dilatação linear ( α ) de uma determinada substância, poderemos também saber o valor do coeficiente de dilatação superficial ( β) e o coeficiente de dilatação volumétrica (γ ) da mesma.  Eles se relacionam da seguinte maneira:

β  =  2a           e         γ  =  3a


Dilatação superficial

ΔA = o quanto o corpo aumentou sua área

A₀ = área inicial do corpo

β  =  coeficiente de dilatação superficial (depende do material)

ΔӨ = variação da temperatura( Ө_F – Ө_I )


Dilatação volumétrica

ΔV = o quanto o corpo aumentou seu volume

Vo = volume inicial do corpo

γ  =  coeficiente de dilatação volumétrica (depende do material)

ΔӨ = variação da temperatura ( Ө_F – Ө_I )

Obs:

ΔL , ΔA  ou  ΔV  positivos significa que a substância aumentou suas dimensões.

ΔL , ΔA  ou  ΔV  negativos significa que a substância diminuiu suas dimensões.

Exercício:

1) Uma peça de zinco é constituída a partir de uma chapa de zinco com lados 30cm, da qual foi retirado um pedaço de área 500cm². Elevando-se de 50°C a temperatura da peça restante, qual será sua área final em centímetros quadrados? (Dado ).

2)Uma peça sólida tem uma cavidade,cujo volume vale 8cm³, a 20ºC. A temperatura da peçavaria para 920ºC e o coeficiente de dilatação linear do sólido (12 x 10 ^-6 ºC ^-1) pode ser considerado constante. Supondo que a expressão interna da cavidade seja sempre igual à externa, calcule a variação do volume da cavidade.

3) Um recipiente de vidro. com a capacidade de 3000cm³, está completamente cheio com líquido, a 0°C. O conjunto é aquecido até 100°C e observa-se que 15cm³ desse líquido extravasa do recipiente.

Considerando-se o coeficiente de dilatação linear do vidro como sendo constante no referido intervalo térmico e igual a , qual o coeficiente de dilatação real desse líquido?

4) Um paralelepípedo de uma liga de alumínio () tem arestas que, à 0°C, medem 5cm, 40cm e 30cm. De quanto aumenta seu volume ao ser aquecido à temperatura de 100°C?

5) Um fazendeiro quer cercar com arame um terreno quadrado de lados 25m e para isso adquire 100m de fio. Fazendo o cercado, o fazendeiro percebe que faltaram 2cm de fio para a cerca ficar perfeita. Como não quer desperdiçar o material e seria impossível uma emenda no arame, o fazendeiro decide pensar em uma alternativa. Depois de algumas horas, ele percebe que naquele dia a temperatura da cidade está mais baixa do que a média e decide fazer cálculos para verificar se seria possível utilizar o fio num dia mais quente, já que ele estaria dilatado. Sabendo que o acréscimo no comprimento do fio é proporcional ao seu comprimento inicial, ao seu coeficiente de dilatação linear e à variação de temperatura sofrida, calcule o aumento de temperatura que deve ocorrer na cidade para que o fio atinja o tamanho desejado. (Dado: coeficiente de dilatação térmica linear do fio = .)