ciências da natureza e suas tecnologias - física · 2019. 4. 10. · física , 2ª série...

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física

Ensino Médio, 2ª Série

DILATAÇÃO TÉRMICA

Física , 2ª SérieDilatação 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.

Dilatação Térmica

Definição

http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica


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?

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Física , 2ª SérieDilatação 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.


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.


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.

Física , 2ª Série

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.



http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/dilata.htm



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.


Física , 2ª SérieDilatação Superficial

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 SuperficialLâmina 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).

http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/dilsol.htm

– 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;



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Física , 2ª SérieDilatação Superficial

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).

http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/dilsol.htm

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 .

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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:

23

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.

Física , 2ª SérieDilatação 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

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Física , 2ª SérieDilatação dos Gases

Os gases têm ainda mais facilidade de absorver calor que os líquidos. Por isso, são substâncias comumente utilizadas em experimentos termodinâmicos. Para que os balões possam levantar voo, por exemplo, o gás que preenche o seu conteúdo deve ser aquecido. A expansão volumétrica é tão intensa, que a densidade do gás dentro do balão torna-se menor que a densidade do ar da atmosfera, fazendo com que o balão comece a flutuar.

Dilatação dos Gases

Imagem: Joedeshon /

Creative Commons Attribution 2.5 Generic.


• ATIVIDADE

• Objetivo: explicitar o conceito de dilatação dos líquidos e gases;

• Material: 2 recipientes de vidro, 2 bolas de encher, um Becker com água quente e outro com água fria.

Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem

de Autor Desconhecido.


• Procedimentos:

• prenda as bolas de encher na borda dos recipientes de vidro. Coloque um deles na água quente e o outro na água fria;

• observe o fenômeno termodinâmico e explique as causas do ocorrido.

Bibliografia


Dilatação Térmica

• Gonçalves Filho, A.; Toscano, C. Física para o

ensino médio. 1. ed. São Paulo:Scipione, 2002.

• Arribas, S. D. Experiências de física na escola.

4. ed. Passo Fundo: Universitária, 1996.

•Sites:

www.if.ufrgs.br/cref/leila/dilata.htm

http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-

liquidos.htm


http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-liquidos.htm

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

2 SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.

Acervo SEE-PE 08/03/2012

5 Powerkites16 / [email protected] / PublicDomain.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Railroad_Tracks.jpg

13/03/2012

6 Hugh Venables / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Energy_infrastructure_-_geograph.org.uk_-_1080396.jpg

08/03/2012

7, 8, 10, 11, 13, 14,

16, 18 e 19

SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.


21 Vlieg / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waterdruppel_op_blad.JPG

08/03/2012

22 Jorge Barrios / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass_of_Water.JPG

08/03/2012



24 Joedeshon / Creative Commons Attribution 2.5 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Great_pershing_balloon_derby_2005_09_04.jpg

08/03/2012



Tabela de Imagens

ciências da natureza e suas tecnologias - física · 2019. 4. 10. · física , 2ª série...

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