Dilatação térmica de sólidos e líquidos.ppt

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

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

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?

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

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.

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

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

• ∆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.
Dilatação Linear

• Há corpos que
podem ser
considerados
bidimensionais, pois
sua terceira
dimensão é
desprezível, frente
às outras duas, por
exemplo, uma chapa
(1).
Dilatação Superficial
A expansão ocorre nas suas
duas dimensões lineares, ou
seja, na área total do corpo.

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.

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 = 2α
. Sua unidade também é o °C-1
(3).

• ∆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
temperatura (4).
∆S = β.Si.∆T
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO SUPERFICIAL

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

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).

– 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.

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;
– verifique o que acontece (6).

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).
Dilatação Volumétrica
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.

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.

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 =
β = 3α para uma mesma substância. Sua unidade
também é o °C-1
.
ΔV= γ Vi ΔT
Assim, obtém-se:
2
3

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 de superfície para um
determinado volume.
Dilatação dos Líquidos
A gota, uma pequena porção de
água, costuma obter formato esférico
Imagem: Vlieg / Public Domain.

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
dilatação aparente (ΔVaparente) do líquido. Imagem: Jorge Barrios / Public Domain.

Dilatação dos líquidos
Para saber sua dilatação real (ΔVlíquido), precisa-se adicionar a
dilatação do recipiente (ΔVrecipiente), 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.
ΔVlíquido = ΔVaparente + ΔVrecipiente
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.

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