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1.      DILATAÇÃO TÉRMICA

Esta relacionada com o aumento ou diminuição de uma ou mais dimensões de um fluído ou sólido, ou seja, quando um desses recebe ou doa energia térmica os átomos que os compoem sofrem modificações em sua organização, de outra forma, quando um destes aquece ou resfria eles aumentam ou diminuem sua largura, ou comprimento ou altura ou ainda estas três dimensões ao mesmo tempo. No caso do fluido que não tem forma definida há um aumento ou diminuição de seu volume.

Estudaremos dois tipos de dilatação, no sólido e no líquido. Essas dilatações são bastantes comuns na vida cotidiana, quando você aquece leite ou coloca água para ferver tanto o líquido quando a panela sofre alteração no seu volume.

AULA1 DE DILATAÇÃO TÉRMICA - CONCEITOS INICIAIS

AULA2 - EXERCÍCIOS

AULA3 DE DILATAÇÃO TÉRMICA NOS LÍQUIDOS

Sólidos: A dilatação aqui vai ser estudada como se as três dimensões do volume do corpo aumentassem ou diminuissem da mesma forma, ou seja, homogeneamente. Então há três tipos de dilatação nos sólidos: Linear, Superficial e Volumétrica.

Linear: Esta ligada a dilatação apenas de uma dimensão, o comprimento, ou seja, quando o sólido receber ou doar energia térmica a grande alteração de sua estrutura vai ser no comprimento. Ex: Muito comun nas construções e trilhos de trem, se você observar nessas sempre tem um pequeno espaço entre: dois trilhos, ou em uma ponte espaço entre as placas de concretos como também nos prédios.

Para determinar o comprimento inicial do corpo (Lo) ou o coeficiente de dilatação linear (α) do corpo ou a variação de temperatura a que esse corpo foi submetido ou ainda a variação do comprimento (∆L) a que este corpo foi submetido é utilizado a seguinte expressão;

∆L = Lo.α.(∆T ) , onde ∆L = L - Lo e L o comprimento depois de ter trocado energia térmica ou comprimento final e Lo é o comprimento antes do corpo trocar energia térmica ou comprimento inicial.

Superficial: Esta ligada a dilatação apenas de duas dimensões, no comprimento e na largura, ou seja, quando o sólido receber ou doar energia térmica a grande alteração vai ser tanto no comprimento quanto na largura. Ex: Piso com cerâmica.

Para determinar a área inicial do corpo (Ao) ou o coeficiente de dilatação Superficial (β) do corpo ou a variação de temperatura a que esse corpo foi submetido ou ainda a variação da área (∆A) a que este corpo foi submetido é utilizado a seguinte expressão;

∆A = Ao.β.(∆T ) , onde ∆A = A - Ao e A a área depois de ter trocado energia térmica ou área final e Ao é A área antes do corpo trocar energia térmica ou área inicial.

Volumétrica: Esta ligada a dilatação das três dimensões, o comprimento, a largura e a altura, ou seja, quando o sólido receber ou doar energia térmica as três dimensões de sua estrutura seram afetadas igualmente. Ex: Um cubo.

Para determinar o volume inicial do corpo (Vo) ou o coeficiente de dilatação volumétrica (γ) do corpo ou a variação de temperatura a que esse corpo foi submetido ou ainda a variação do volume (∆V) a que este corpo foi submetido é utilizado a seguinte expressão;

∆V = Vo.γ.(∆T ) , onde ∆V = V - Vo e V o volume depois de ter trocado energia térmica ou volume final e Vo é o volume antes do corpo trocar energia térmica ou volume inicial.

 

Entre as dilatações existem uma relação, uma equivalencia entre seus coeficientes de dilatação, ou seja;

  • β = 2α ou α = β / 2
  • γ = 3α ou α = γ / 3

Dilatação nos Líquidos: os líquidos não apresentam forma definida, ou seja, sua forma é a do recipiente onde está contido. De maneira geral os líquidos dilatam mais do que os sólidos quando recebem ou perdem a mesma quantidade de energia térmica. Contudo, há de se considerar que o recipiente em que o líquido está sendo aquecido ou resfriado também sofre dilatação. De modo que o líquido transborda em determinada situação, pois ele dilata mais que o sólido, esse fato é chamado de dilatação aparente, ou seja, é a quantidade de líquido que derrama do recipiente. A dilatação real do líquido é determinado da seguinte forma.EX:

∆Vreal = Vap + Vrecipiente, onde ∆Vreal é a dilatação real sofrida pelo líquido, Vap é a dilatação aparente e Vrecipiente é a dilatação sofrida pelo próprio recipiente.

Utilizando a expressão da dilatação Volumétrica substituindo nessa ultima equação temos uma relação entre os coeficientes de dilatação volumétrica, ou seja;

γreal = γap + γrecip

 

DILATAÇÃO DA ÁGUA: a água tem um processo especial, ela é especial. Quando uma substancia tem sua temperatura elevada normalmente essa aumenta seu volume diminuindo sua densidade, mas com a água ocorre exatamente o processo inverso entre 0ᵒC e 4ᵒC, a partir de 4ᵒC seu volume volta aumentar e seu comportamento volta a ser igual as das outras substancias normais. Tal comportamento da água é responsável pelo congelamento das superfícies dos rios e mares.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

1 - Adelfo fez três mesas de 0,5m3 para decorar sua residência: uma de ferro, outra de alumínio e outra de zinco, respectivamente. A primeira sofreu uma variação de temperatura três vezes maior que a terceira, a segunda sofreu uma variação em sua temperatura duas vezes maior que a primeira. Desta forma, determine a razão entre as dilatações do: alumínio e zinco, ferro e alumínio. Qual das mesas sofreu maior dilatação?

2 - Na construção dos trilhos de uma ferrovia é utilizada barras de ferro, assim ao colocar dois trilhos de 6 metros separados por 2cm à 10°C qual seria a temperatura máxima para que os trilhos se chocassem, considerando que a única direção da dilatação acontecerá no sentido do encontro.  (αFerro = 12.10-6 ᵒC-1)

3 - Adestraildo aqueceu um placa e zinco de 2m x 4m para fazer uma mesa e colocar em sua sala de jantar. Sabendo-se que a variação de temperatura sofrida pela mesa foi de 673K, de quanto espaço da sala de jantar de Adestraildo vai ser necessário para colocar a mesa? (αZinco = 1,7.10-5 ᵒC-1)



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