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FÍSICA

TERMOLOGIA

A termologia é o setor da Física que trata da

energia térmica – uma forma de energia devida

ao movimento dos átomos ou moléculas de um

corpo. Estuda a transmissão da energia térmica e

os efeitos produzidos por ela quando é fornecida

a um corpo ou retirada dele.

CONCEITOS INICIAIS

1. ENERGIA TÉRMICA

Os átomos ou moléculas de um corpo qualquer

estão em permanente agitação, também chamada

de movimento térmico. A soma das energias de

todos os átomos ou moléculas associadas a esse

movimento chama- se energia térmica do corpo

ou, simplesmente, energia térmica do corpo.

A energia térmica de um corpo, associada à

agitação térmica, também pode ser entendida

como sendo a energia cinética total de suas

moléculas. Os processos pelos quais esta energia

pode ser transferida, processos de transferência

de calor, são: condução, convecção e radiação.

2. TEMPERATURA E CALOR

Estamos acostumados a associar a noção de

temperatura às sensações de quente e frio. Assim,

dizemos que a temperatura de um bolo ao sair do

forno é maior que a de um sorvete porque o bolo

está mais quente que o sorvete.

Entretanto, nosso tato nem sempre é confiável

para avaliar temperaturas. Ao pegarmos, por

exemplo, uma embalagem de papelão contendo

leite e uma jarra metálica contendo suco, que

estiveram pelo mesmo tempo em uma geladeira,

teremos a sensação de que a jarra está mais fria,

embora ambas estejam na mesma temperatura.

Sabe-se, porém, que a temperatura de um corpo é

tanto maior quanto mais intensa é a agitação de

suas partículas (átomos ou moléculas). Por isso,

associamos a temperatura de um corpo à energia

térmica média de suas partículas: quanto maior

(menor) a agitação térmica média das partículas

de um corpo, maior (menor) será a temperatura

desse corpo.

“Temperatura é uma grandeza física que mede o

estado de agitação das partículas de um corpo,

caracterizando seu estado térmico.”

Os aparelhos que medem a temperatura de um

corpo são chamados termômetros.

Se dois corpos, um quente e um frio, forem

colocados em contato, uma parcela de energia

térmica do corpo quente passará para o corpo frio

sob forma de calor.

Após um certo tempo, as temperaturas dos dois

corpos se igualam. Nesse momento o fluxo de

calor é interrompido e se diz que os corpos se

encontram em equilíbrio térmico.

É importante diferenciar “calor” de

“temperatura”, pois são grandezas físicas

diferentes: temperatura é a medida do nível de

energia interna de um corpo; calor é a passagem

de energia de um corpo para outro, devido à

diferença de temperatura entre eles.

“Calor é a energia térmica em transito, entre dois

corpos ou sistemas, decorrentes apenas da

existência de uma diferença de temperatura entre

eles.”

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3. ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Uma escala termométrica corresponde a um

conjunto de valores numéricos, em que cada um

desses valores está associado a uma temperatura.

Para a graduação das escalas foram escolhidos,

para pontos fixos, dois fenômenos que se

reproduzem sempre nas mesmas condições: a

fusão do gelo e a ebulição da água, ambos sob

pressão normal.

Em nosso curso, utilizaremos as seguintes

escalas:

ESCALA KELVIN: Já vimos que a

temperatura é uma grandeza que mede o

nível de agitação das moléculas de um

corpo, Quanto maior a agitação maior a

temperatura, e quanto menor a agitação,

menor a temperatura O que seria então

lógico pensar a respeito da temperatura

quando as moléculas de um corpo

qualquer não tivessem agitação nenhuma?

Pois é, a temperatura deveria ser igual a

zero. Se não tem agitação não tem

também temperatura. Este estado de

ausência de agitação é conhecido como

zero absoluto, e não pode ser

experimentalmente alcançado, embora

possa se chegar muito próximo dele. A

escala Kelvin adota como ponto de

partida (0 K) o zero absoluto, ou seja, o

ponto onde ocorre esta ausência total de

vibração das moléculas. Nesta escala o

gelo se forma a 273K e a água ferve a

373K (ao nível do mar). Esta escala é

muito usada no meio científico, já que ela

pertence ao Sistema Internacional (SI).

ESCALA FAHRENHEIT: Esta escala foi

criada pelo inventor do termômetro de

mercúrio, Daniel Gabriel Fahrenheit, lá

pelos anos de 1714. Para isso ele

escolheu dois pontos de partida,

chamados atualmente de pontos fixos.

Inicialmente ele colocou seu termômetro,

ainda sem nenhuma escala, dentro de uma

mistura de água, gelo e sal de amônio. O

mercúrio ficou estacionado em

determinada posição, a qual ele marcou e

chamou de zero. Depois ele colocou este

mesmo termômetro para determinar um

segundo ponto, a temperatura do corpo

humano. Quando o mercúrio novamente

estacionou em determinada posição ele a

marcou e chamou de 100. Depois foi só

dividir o espaço entre o zero e o 100 em

cem partes iguais. Estava criada a escala

Fahrenheit.

Depois disso, quando Fahrenheit colocou

seu termômetro graduado numa mistura

de água e gelo, obteve o valor de 32ºF, e

quando colocou-o em água fervendo

obteve o valor de 212ºF. Portanto, na

escala Fahrenheit a água vira gelo a 32ºF

e ferve a 212ºF.

ESCALA CELSIUS: A escala Celsius foi

criada por Anders Celsius, um astrônomo

sueco, em 1742. Ele escolheu como

3

pontos fixos, os quais a sua escala seria

baseada, os pontos de fusão do gelo

(quando o gelo vira água) e de ebulição da

água (quando a água ferve). Ele colocou

um termômetro dentro de uma mistura de

água e gelo, em equilíbrio térmico, e na

posição onde o mercúrio estabilizou

marcou o ponto zero. Depois colocou o

termômetro na água em ebulição e onde o

mercúrio estabilizou marcou o ponto 100.

Estava criada a escala Celsius. Sua

vantagem era que ela poderia ser

reproduzida em qualquer canto do

planeta, afinal, ao nível do mar, a água

sempre vira gelo e ferve no mesmo ponto,

e agora também na mesma temperatura. A

escala Celsius é a mais comum de todas

as escalas termométricas.

Conversão entre as escalas Celsius e

Fahrenheit:

θc = temperatura em oC;

θf = temperatura em oF

Conversão entre as escalas Celsius e

Kelvin:

θk = temperatura em K

θc = temperatura em oC;

θk = θc + 273

EXERCÍCIOS:

1) Converta para a escala Fahrenheit as

seguintes temperaturas:

a) 5 ºC.

b) 10 ºC.

c) -25 ºC.

d) 1020 ºC.

e) 23 ºC.

f) -200 ºC.

g) -102 ºC.

h) 85 ºC.

i) -10 ºC.

2) Converta para a escala Celsius as

seguintes temperaturas:

a) 30 ºF.

b) -250 ºF.

c) 150 ºF.

d) 3500 ºF.

e) -30 ºF.

f) 650 ºF.

g) 10 ºF.

h) -2 ºF.

i) -10 ºF.

3) Converta para a escala Kelvin as

seguintes temperaturas:

a) 125 ºC.

b) 10 ºC.

c) -45 ºC.

d) -30 ºF.

e) 90 ºF.

f) 650 ºF.

g) -2 ºF.

h) -10 ºF.

4) Com relação as escalas Celsius e

Fahrenheit, determine a temperatura em

que as duas escalas indicam o mesmo

valor.

5) Determine a temperatura que, na escala

Fahrenheit, é expressa por um número

quatro vezes maior que o correspondente

na escala Celsius.

4

TRANSMISSÃO DE

ENERGIA TÉRMICA

1. CONDUÇÃO

A condução térmica consiste na propagação de

calor no interior de um corpo sólido, aquecido

irregularmente ou entre corpos sólidos distintos

em contato direto.

Vamos tentar entender este processo. Imagine

que pegamos uma barra de ferro e aquecemos

uma de suas extremidades de forma que iremos

segurar a outra extremidade com a mão. Após

certo período iremos observar que a barra irá

esquentar da extremidade onde esta a chama até a

extremidade onde esta a mão. Esse efeito de

transmissão de calor de uma extremidade para a

outra é o que nós chamamos de condução

térmica.

Note que a condução térmica precisa de um meio

material para ocorrer.

Os diversos tipos de materiais apresentam

condutibilidade térmica, que diz qual é o poder de

condução térmica de calor. Os materiais mais

densos apresentam uma condutibilidade térmica

maior como o ferro, enquanto que os menos

densos possuem condutibilidade térmica menor

como a borracha, pois os menos densos

apresentam menos moléculas para propagar o

calor por toda a sua área.

Por este fato que as panelas têm cabo de plástico

ou de madeira. Pois o plástico e a madeira têm

sua condutibilidade térmica menor do que o ferro,

assim o calor demora um tempo muito maior para

se propagar na madeira ou no plástico, fazendo

com que consigamos pegar a panela do fogo sem

que queimemos a mão.

A condutibilidade térmica no vácuo é nula.

2. CONVECÇÃO

Convecção é o tipo de transmissão de energia

térmica em que essa energia é transmitida por

massas fluidas que se deslocam de uma região

para outra em virtude da diferença de densidade

dos fluidos existentes nessas regiões.

Podemos observar o fenômeno da convecção no

funcionamento de uma geladeira. Existe um

motivo para que o congelador esteja sempre na

parte superior da geladeira. O congelador esfria o

ar, que se torna mais denso e tende a descer.

Enquanto desce, ele retira calor dos alimentos

que encontra. Nesse tempo, o ar quente das partes

inferiores da geladeira tende a subir. Em contato

com o congelador, ele esfria e o processo

continua.

Podemos então dizer que a convecção é o

processo de transmissão de calor através do

deslocamento de massas de fluidos (líquidos ou

gases).

Nos radiadores de automóveis também temos um

exemplo de convecção. A água quente do motor,

por ser menos densa, tende a subir para o

radiador, onde esfriará. Voltando ao motor, já

mais fria, ela resfriará o motor, se aquecerá e o

processo terá seguimento.

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O fenômeno da inversão térmica - comum, por

exemplo, em São Paulo, sobretudo no inverno -

consiste no seguinte: o ar situado próximo à

superfície, que em condições normais é mais

quente que o ar situado bem acima da superfície,

torna-se mais frio que o das camadas

atmosféricas elevadas. Como o ar frio é mais

pesado que o ar quente, ele impede que o ar

quente, localizado acima dele, desça. Assim, não

se formam correntes de ar ascendentes na

atmosfera. Os resíduos poluidores vão então se

concentrando próximo da superfície, agravando

os efeitos da poluição, tal como irritação nos

olhos, nariz e garganta dos moradores desse local.

As inversões térmicas são também provocadas

pela penetração de uma frente fria, que sempre

vem por baixo da frente quente. A frente pode

ficar algum tempo estagnada no local, num

equilíbrio momentâneo que pode durar horas ou

até dias.

3. IRRADIAÇÃO

Irradiação é o tipo de transmissão de energia

térmica que ocorre através de ondas

eletromagnéticas, especialmente as radiações

infravermelhas, também denominadas “ondas de

calor”. É o único processo de transmissão que

pode ocorrer no vácuo, pois as ondas

eletromagnéticas, além de se propagarem em

meios materiais transparentes a elas, também se

propagarem no vácuo.

É por irradiação que a Terra é aquecida pelo Sol.

A absorção das radiações é mais acentuada em

superfícies escuras. Isso é facilmente perceptível

quando usamos uma camisa preta num dia

ensolarado. Uma camisa clara absorve muito

menos e reflete (devolve para o ambiente) muito

mais as radiações que nela incidem.

Todos os corpos aquecidos emitem radiações

térmicas que, ao serem absorvidas por um outro

corpo, provocam, nele, uma elevação de

temperatura.

Estas radiações, assim como as ondas de rádio, a

luz, os raios X etc., são tipos de ondas

eletromagnéticas, capazes de se propagar no

vácuo. Da grande gama de ondas

eletromagnéticas existentes, os raios

infravermelhos são os que apresentam efeitos

térmicos de maior intensidade. Dependendo do

meio material que encontram pela frente, tais

raios podem ou continuar-se propagando.

Um exemplo de aplicação da irradiação é a estufa

de plantas. A luz solar (energia radiante)

atravessa as paredes transparentes de vidro e é

absorvida por diversos corpos. Posteriormente,

essa energia é emitida na forma de raios

infravermelhos que não atravessam o vidro (o

vidro é um material opaco para os raios

infravermelhos). Dessa maneira, o ambiente

interno mantém-se aquecido.

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Exercícios de Aplicação

1) Por que uma pessoa que está sentindo frio

procura ficar toda encolhida?

2) É correto dizer que os agasalhos aquecem

nosso corpo no inverno? Qual é a função

desses agasalhos?

3) Numa geladeira:

(a) Por que o congelador sempre é

instalado em sua parte interna mais

alta?

(b) Por que as prateleiras são vazadas, em

vez de serem placas maciças?

4) Em quase todos os dias do ano, a

temperatura do ar nas camadas mais

próximas do solo é maior que as camadas

mais altas. Há dias, porém, em que ocorre

o contrário. Essas ocorrências

excepcionais são conhecidas pelo nome

de “inversão térmica”.

Explique o destino dos agentes poluidores

da atmosfera:

(a) Num dia normal;

(b) Num dia de inversão térmica.

5) Uma pessoa agachada perto de uma

fogueira de festa junina é aquecida mais

significativamente por:

(a) condução.

(b) convecção.

(c) irradiação.

(d) condução e irradiação.

(e) condução e convecção.

6) No ambiente lunar, a propagação do calor

pode dar-se apenas por:

(a) irradiação.

(b) condução.

(c) condução e convecção.

(d) condução e irradiação.

(e) convecção e irradiação.

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DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS

A experiência mostra que os sólidos, ao sofrerem

um aquecimento, se dilatam e, ao serem

resfriados, se contraem.

A dilatação ou contração ocorrem em três

dimensões: comprimento, largura e espessura.

A essa variação nas dimensões de um sólido

causada pelo aquecimento ou resfriamento

denominamos dilatação térmica.

A dilatação de um sólido com o aumento de

temperatura ocorre porque, com o aumento da

energia térmica, aumentam as vibrações dos

átomos e moléculas que formam o corpo, fazendo

com que passem para as posições de equilíbrio

mais afastadas que as originais.

Esse afastamento maior dos átomos e das

moléculas do sólido produz sua dilatação em

todas as direções.

1. DILATAÇÃO LINEAR

É aquele em que predomina a variação em uma

única dimensão, ou seja, o comprimento.

Exemplo, dilatação em fios, cabos e barras.

Para estudarmos a dilatação linear, consideremos

uma barra de comprimento inicial L0, à

temperatura θ0.

Aumentando a temperatura da barra para θ, seu

comprimento passa a ser L.

Em que ΔL = L – L0 é a variação do

comprimento, isto é, a dilatação linear da barra de

comprimento inicial L0, na variação de

temperatura Δθ.

Experimentalmente verificou-se que:

ΔL é diretamente proporcional ao

comprimento inicial L0.

ΔL é diretamente proporcional a variação

de temperatura Δθ.

ΔL depende do material que constitui a

barra.

A partir dessas relações, podemos escrever:

A constante de proporcionalidade é

denominada coeficiente de dilatação linear.

→ A unidade de α é oC

-1

Exemplo:

O comprimento de um fio de alumínio é de 40 m

a 20ºC. Sabendo-se que o fio é aquecido até 60ºC

e que o coeficiente de dilatação térmica linear do

alumínio é de 24 . 10-6

ºC-1

, determinar:

a) A dilatação do fio;

b) O comprimento final do fio.

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2. DILATAÇÃO SUPERFICIAL

É aquela em que predomina a variação de duas

dimensões, ou seja, uma variação da área.

Exemplos: Dilatação em pisos, chapas e outras

superfícies.

Consideremos uma placa de área inicial S0, à

temperatura inicial θ0. Aumentando a temperatura

da placa para θ, sua área passa ser S.

A experiência mostra que ΔS é proporcional a So

e Δθ, logo:

Em que β é o coeficiente de dilatação superficial

do material que constitui a placa.

Note que β é o dobro de α devido as dimensões

que representam, então:

Β = 2α

Exemplo:

Uma placa retangular de cobre (αcu = 17.10-6 o

C-1

)

tem 10 cm de largura e 40 cm de comprimento, à

temperatura de 20 ºC. Essa placa é colocada num

ambiente cuja temperatura é de 150 ºC. Calcule a

área da placa nesse ambiente.

3. DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA

A dilatação é denominada volumétrica quando

ocorre variação das três dimensões de um corpo:

comprimento, largura e espessura.

Esse tipo de dilatação é muito importante no

encaixe de peças e em outros campos.

Consideremos um cubo de volume inicial V0, à

temperatura inicial θ0. Aumentando a temperatura

do cubo para θ, sua área passa ser V.

A experiência mostra que ΔV é proporcional a V0

e Δθ, logo:

Em que γ é o coeficiente de dilatação volumétrica

do material que constitui o corpo.

Podemos considerar

γ = 3α

Exemplo:

Um paralelepípedo a 10 ºC possui dimensões

iguais a 10 cm, 20 cm e 30 cm, sendo constituído

de um material cujo coeficiente de dilatação

térmica linear é 8 . 10-6 o

C-1

. Determine o volume

desse paralelepípedo após ele ter sua temperatura

aumentada para 110 ºC.

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EXERCÍCIOS

(1) Um fio metálico de 200 cm de

comprimento sofre um acréscimo de 0,18

cm ao variar a sua temperatura de 30ºC

para 90ºC. Calcule:

a) o aumento de temperatura ao sofrer

uma dilatação de 0,6 cm;

b) o comprimento do fio a 500ºC

(2) Duas barras, A e B, estão na temperatura de

0ºC e a diferença de comprimento entre

elas, em qualquer temperatura, é 4 mm. Se

o coeficiente de dilatação linear da barra A

é 3.10-5

ºC e o coeficiente de dilatação linear

da barra B 5.10-5

ºC-1

, determine:

a) os comprimentos das barras A e B à

quando elas estiverem na temperatura

de 80ºC;

b) as dilatações lineares das barras A e B

à quando elas sofrem uma variação de

temperatura de 100ºC;

c) Esboce um gráfico de comprimento X

temperatura, partindo de 0 ºC até 100

ºC.

(3) (Fatec-SP) Uma barra de aço de 5,000m,

quando submetida a uma variação de temperatura

de 100ºC, sofre uma variação de comprimento de

6,0mm. O coeficiente de dilatação linear do

alumínio é o dobro do aço (αAl = 2αaço). Então,

calcule a dilatação linear que sofre a barra uma de

alumínio de 5,000m, quando submetida a uma

variação de 50ºC.

(4) (OSEC-SP) Uma chapa metálica sofre um

aumento de área de 0,06% ao ser aquecida de

100ºC. Calcule o coeficiente de dilatação linear

desse material, em ºC-1

.

(5) Uma placa retangular de coeficiente de

dilatação linear 4.10-6

ºC-1

e dimensões 30cm de

comprimento por 20cm de largura é aquecida da

temperatura de 20ºC para 70ºC. Determine:

a) o aumento de área sofrido pela placa;

b) a área da placa à 70ºC

(6) Uma laje quadrada de concreto, de 50 cm

de lado a 20 oC é aquecida a 120

oC. Sendo =

12.10-6

oC

-1 o coeficiente de dilatação linear do

concreto, calcule:

a) A variação da área da laje, em cm2;

b) A variação percentual da área da laje;

c) A área final da laje.

(7) (MACK-SP) Uma chapa de alumínio (α =

2,2.10-5

ºC-1

), inicialmente a 20ºC, é utilizada

numa tarefa doméstica no interior de um forno

aquecido a 270ºc. Determine, após o equilíbrio

térmico, sua dilatação superficial percentual em

relação a área inicial.

(8) Suponha que um corpo feito de material

cujo coeficiente de dilatação linear seja 2.10-4

ºC-1

ao ser colocado dentro outro copo de coeficiente

de dilatação linear 3.10-4

º-1

, após algum tempo,

este não pode mais sair. Três pessoas deram dicas

para tentar retirar o copo:

I) a pessoa A aconselhou resfriar os

copos;

II) a pessoa B sugeriu que os copos

fossem aquecidos;

III) a pessoa C disse que não se podia

fazer nada.

Esrá(ão) correta(s) a(s) pessoa(as):

a) I

b) II

c) I e II

d) nenhuma

e) todas

(9) O volume de um sólido de 400 cm3, na

temperatura de 20ºC, sofre um acréscimo

de 0,05 cm3 ao ter a sua temperatura

aumentada para 70ºC. Calcule:

a) o aumento de volume para aumento de

temperatura de 100ºC;

b) o volume na temperatura de 120ºC

(10) Duas barras metálicas A e B de mesmo

comprimento à 0ºC, são aquecidas juntas até

700ºC e os seus comprimentos aumentam com a

temperatura segundo o gráfico abaixo.

10

Os coeficientes de dilatação linear das

barras A e B são respectivamente:

a) 5 . 10-4

ºC - 1

e 1,0 .10-3

ºC – 1

b) 2 . 10-4

ºC - 1

e 3,0 .10-4

ºC – 1

c) 3 . 10-4

ºC - 1

e 2,0 .10-3

ºC – 1

d) 1,0 . 10-3

ºC - 1

e 5 .10-4

ºC – 1

(11) (UFRN - adaptado) João precisa

abrir um recipiente de conserva cuja

tampa está emperrada. O recipiente é de

vidro comum, e a tampa é de alumínio.

Para facilitar a abertura, sugeriu-se que

ele colocasse a tampa próxima da chama

do fogão por alguns segundos e,

imediatamente após afastar o recipiente da

chama, tentasse abri-lo. O procedimento

sugerido vai favorecer a separação entre a

tampa e o recipiente, facilitando a tarefa

de destampá-lo, explique porque isso

ocorrerá.

(12) (Anhembi-Morumbi-SP) A

dilatação térmica está presente nas

situações mais inesperadas. Leia o texto

seguinte e responda a pergunta final.

"O Cristo redentor, estátua símbolo da

cidade do Rio de Janeiro. recebe sol pela

frente no período da manhã."

Com base nessa informação, podemos

dizer que:

a) Pela manhã a estátua se inclina para frente

a fim de cumprimentar o turista.

b) Pela manhã a estátua se inclina para trás

devido ao aquecimento sofrido.

c) Ao entardecer a estátua inclina-se para

trás.

d) Ao entardecer a estátua inclina-se para o

lado para não cair

e) A estátua não se inclina porque o fluxo de

calor é instantâneo.

11

DILATAÇÃO DOS

LÍQUIDOS

Os líquidos se dilatam obedecendo às mesmas

leis que estudamos para os sólidos. Apenas

devemos nos lembrar de que, como os líquidos

não tem forma própria, mas tomam a forma do

recipiente, não é importante o estudo das

dilatações linear e superficial de um líquido.

O que interessa, em geral, é o conhecimento de

sua dilatação volumétrica. Por isso, para os

líquidos, são tabelados apenas os coeficientes de

dilatação volumétrica.

Ao estudarmos a dilatação dos líquidos, é preciso

levar em consideração a dilatação do recipiente

sólido que o contém.

De maneira geral os líquidos sempre dilatam mais

que seus recipientes.

No aquecimento de um líquido contido em um

recipiente, o líquido irá ao dilatar-se juntamente

com o recipiente, ocupar parte da dilatação

sofrida pelo recipiente, além de mostrar uma

dilatação própria, chamada dilatação aparente.

DILATAÇÃO APARENTE: A dilatação

aparente é aquela diretamente observada.

DILATAÇÃO REAL: É aquela que o

líquido sofre realmente, para medi-la devemos

considerar a dilatação do recipiente e a dilatação

aparente.

Consideremos um recipiente totalmente cheio de

um líquido à temperatura inicial θ0.

Aumentando a temperatura do conjunto

(recipiente + líquido) até uma temperatura θ,

nota-se um extravasamento do líquido, pois esse

se dilata mais que o recipiente.

Dilatação aparente do líquido é igual ao volume

que foi extravasado.

A dilatação real é dada pela soma da dilatação

aparente do líquido e da dilatação volumétrica

sofrida pelo recipiente.

Portanto:

Curiosidade:

Dilatação irregular da água

“De modo geral, os líquidos se contraem quando

resfriados. No caso da água, esse comportamento

é anômalo perto do congelamento. A densidade

da água que é de 0,997 g/cm3 a 25

oC, atinge o

máximo de 1,000 g/cm3 a 3,98

oC e diminui até

virar gelo.

A menor densidade do gelo em relação à água é

consequência de sua estrutura cristalina, onde as

moléculas de H2O se ligam por meio das

chamadas “pontes de hidrogênio”. Essas pontes

são formadas pela interação dipolar das ligações

O – H (oxigênio e hidrogênio) da água com

outros átomos de oxigênio de moléculas vizinhas,

dando origem a unidades que se repetem no

espaço.

A estrutura cria espaços como num edifício em

construção. Na fusão, a estrutura é rompida

parcialmente, mas ainda restam vazios,

responsáveis por uma menor compactação ao

redor de 0 oC. Com o aumento da temperatura, a

agitação térmica das moléculas destrói o que

restou da estrutura do gelo e aumenta a

compactação.”

12

Henrique E. Toma, Instituto de Química – USP.

In: Folha de São Paulo.

Temos, a seguir, o gráfico da densidade da água

em função da temperatura, na pressão de 1 atm.

Observemos que essa densidade aumenta quando

a água passa do estado sólido para o estado

líquido e que, no estado líquido, ela é máxima a 4 oC.

É por esse motivo que, em países onde o inverno

é rigorosamente frio, os lagos e rios se congelam

na superfície, a água de máxima densidade

encontra-se no fundo, isto é, a 4 oC. Esse fato é

fundamental para a preservação da fauna e da

flora destes lugares. Se a água não apresentasse

esta irregularidade na dilatação, os rios e lagos se

congelariam totalmente, causando danos

irreparáveis às plantas e animais aquáticos.

EXERCÍCIOS

(1) Um posto recebeu 5000 l de gasolina num

dia em que a temperatura era de 35 oC.

Uma onda de frio provocou uma queda de

temperatura para 15 oC, que durou alguns

dias, o suficiente para que a gasolina fosse

totalmente vendida. Se o coeficiente de

dilatação volumétrica da gasolina é igual

a 11.10-4

oC

-1, determine o prejuízo, em

litros, sofrido pelo dono do posto.

(2) O dono de um posto de gasolina consulta

uma tabela de coeficientes de dilatação

volumétrica, obtendo álcool = 10-3

oC

-1.

Assim, ele verifica que se comprar 14000

l do combustível em um dia em que a

temperatura do álcool é de 20 oC e

revende-los num dia mais quente, em que

essa temperatura seja de 30 oC, estará

ganhando n litros. Qual é o valor de n?

(3) Um recipiente de vidro está

completamente cheio com 400 cm3 de

mercúrio a 20 ºC. Aquece-se o conjunto

até 35 ºC. Dados:

γHg = 18 . 10-5 o

C-1

e γvidro = 3 . 10-5 o

C-1

Calcule:

a) A dilatação do recipiente

b) A dilatação real do mercúrio.

c) O volume do mercúrio extravasado.

(4) Um recipiente cujo volume máximo é de

1000 cm3 a 0 ºC contém 980 cm

3 de um

líquido à mesma temperatura. O conjunto

é aquecido e, a partir de certa temperatura,

o líquido começa a transbordar. O

coeficiente de dilatação volumétrica do

recipiente é de 2 . 10-5

°C-1

e o do líquido

é de 1 . 10-3 o

C-1

. Determine a temperatura

aproximada do início do transbordamento

do líquido.