Dilatação dos Corpos

1) Como definir a dilatação de um corpo?

Ao aumentar a temperatura de um corpo, suas moléculas por consequência se agitam e criam maior espaço entre elas, resultando no crescimento das dimensões do corpo, isto é, a dilatação dos corpos.

2) Como se manifesta a dilatação dos corpos?

Com o aquecimento, o sólido dilata-se em todas as direções. A dilatação pode ser diferenciada de três formas a depender da necessidade: Dilatação volumétrica, Dilatação linear, Dilatação superficial.

 

3) O que é Dilatação Linear?

Quando é considerada apenas a variação de uma das dimensões, o comprimento do corpo.

4) O que é Dilatação Superficial?

Quando é considerada a variação da área de uma superfície, levando em conto o comprimento e a largura do corpo.

5) O que é Dilatação Volumétrica?

Quando é considerada a variação do volume do corpo levando em conta o comprimento, a largura e a altura do corpo.

6) Todas as substâncias dilatam-se da mesma forma?

Ao colocar a mesma quantidade de água e leite para ferver percebe-se que ao aquecer o leite aumenta seu volume mais que a água. À essa diferença de capacidade de dilatação de cada substância denominamos coeficiente de dilatação. 

7) Exemplos de efeitos da dilatação térmica:

Portões de ferro abrem mais facilmente no inverno do que no verão.

Recipientes de vidro se quebram quando neles colocamos água fervendo.

A tampa metálica dos vidros de conserva e a tampa de plástico dos vidros de esmalte são facilmente retiradas quando aquecidas.

O termômetro de mercúrio, pois ele dilata facilmente no aumento da temperatura.

O termostato do ferro elétrico de passar roupa constituído por aço e latão. A passagem da corrente elétrica provoca o aquecimento da lâmina, como o latão sofre dilatação maior que o aço, ele se curva, interrompendo a passagem de corrente e controlando, assim, a temperatura do ferro.

Entre os trilhos da estrada de ferro é deixado um espeço, pois o espaço entre os trilhos torna-se menor nos dias quentes.

8) Como pode-se medir a dilação dos corpos?

Em qualquer uma das três considerações de dilatação, a variação da dimensão do corpo é proporcional à dimensão original do corpo e à variação da temperatura sofrida:

a) A equação que expressa a dilatação linear de um corpo é: ΔL = α ⋅ L₀⋅ ΔT

L: Variação do comprimento (m)

α: Coeficiente de dilatação linear (°C^-1)

L₀: Comprimento inicial (m)

ΔT: Variação de temperatura (°C)

b) A equação que expressa a dilatação superficial é:

ΔA = β ⋅ A₀⋅ ΔT

A: Variação da área (m²)

β: Coeficiente de dilatação superficial (°C^-1)

A₀: Área inicial (m²)

ΔT: Variação de temperatura (°C)

c) A equação que expressa a dilatação volumétrica é: ΔV = γ ⋅ V₀ ⋅ ΔT

ΔV: Variação do volume (m³)

γ: Coeficiente de dilatação volumétrica (°C^-1)

V₀: Volume inicial (m³)

ΔT: variação de temperatura (°C)

9) Um trilho de aço tem  100 m comprimento a 10 ^oC. Qual o comprimento alcançado quando sua temperatura chega a 50 ^oC? (α = 1,2 x 10^-5 °C^-1)

 

10) Um recipiente de vidro pyrex, cujo volume é 100 cm³, está cheio de mercúrio a 20 ^oC. Quando a temperatura do recipiente e do vidro foi 120 ^oC, determine:

a) a dilatação sofrida pelo líquido, considerando que γ_mercúrio= 18,2 x 10^-5 °C^-1.

b) a dilatação sofrida pelo recipiente, levando em conta que γ_{vidro pyrex}= 0,9 x 10^-5 °C^-1

c) a quantidade de líquido que transbordou do recipiente (dilatação aparente).

Atividades

1) Julgue cada uma das afirmativas como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Dilatação é a variação das dimensões de um objeto, em consequência do aumento ou da diminuição da temperatura, e que as dimensões variam proporcionalmente à temperatura. (    )

b) Um frasco completamente cheio de água é aquecido e transborda um pouco de água. O volume transbordado mede a dilatação linear da água. (    )

c) Ao aumentar a temperatura de um corpo, as moléculas se agitam e geram dilatação, que pode ser sólida, líquida e gasosa. (    )

d) É comum um copo ficar preso dentro do outro. Pode-se pensar em colocar água gelada dentro do “copo de dentro” e o “copo de fora” em água morna. O “copo de fora” irá se dilatar, e “o copo de dentro”, se contrair. (   )

 

2) De comprimento igual a 500 m, um cabo de aço está sujeito a variações de temperatura de 10 °C a 40 °C e aumenta seu comprimento. Qual o tipo de dilatação está sendo considerada neste caso?

 

3) Uma chapa metálica sofre um aumento de 0,68 cm² ao ser aquecido em 100 ^oC. Qual o tipo de dilatação está sendo considerada neste caso?

 

4) Qual a grandeza que interfere no fenômeno da dilatação dos corpos e que depende da natureza do material que constitui o corpo?

      (A) Volume

      (B) Temperatura

      (C) Coeficiente de dilatação

      (D) Comprimento

 

5) Qual o significado dessa grandeza?

     (A) Um objeto de ouro que tenha volume 1 cm³, ao ser aquecido ou resfriado em 1 °C, tem uma variação de volume de 4,2 x 10^-5 cm³ ou 0,000042 cm³.

      (B) Só há variação do volume, se houver aumento de temperatura em 4,2 °C.

      (C) Só há variação do volume, se houver redução da temperatura em 4,2 °C.

      (D) O ouro só dilata quando sua temperatura chega a 42 °C.

 

6) Dados que o coeficiente de dilatação do vidro comum é 2,7x10^-5 °C^-1 e o coeficiente de dilatação volumétrica do vidro pirex é 0,9x10^-5 °C^-1. Qual dos dois tipos de vidros dilata mais?

 

7) Inicialmente, um fio de cobre está com uma temperatura de 30°C e mede 50 m. Qual será seu comprimento final ao atingir 100°C? (Coeficiente de dilatação linear do cobre é α = 1,7 ⋅ 10^-5 °C^-1)

8)Um recipiente de vidro comum, de coeficiente de dilatação volumétrico igual a 2,7 x 10^–5 °C ^–1, está completamente cheio de álcool etílico, de coeficiente de dilatação volumétrica igual a 10^–3 °C ^{– 1}. O recipiente e o volume de álcool é de 500 ml. Após o conjunto sofrer uma variação de temperatura de 20 °C ocorre vazamento de líquido. Determine o valor aproximado do coeficiente do volume de líquido que vazou?

 

9) Gaspar encheu o tanque de gasolina e deixou o carro estacionado sob o Sol forte de um dia de verão. Ao retornar, verificou que o combustível havia vazado. Qual a melhor explicação do ocorrido?

      (A) Com o aumento da temperatura, houve a dilatação volumétrica do combustível provocando o vazamento.

     (B) O coeficiente de dilação do cilindro de combustível é maior que do próprio combustível, então o cilindro se contraiu provocando o vazamento.

      (C) Alguém tentou furtar o combustível, se aproveitando de sua ausência.

      (D) Não é possível ocorrer esse fato, logo Gaspar é mentiroso.

 

10) Ao colocar um fio de cobre entre dois postes, num dia quente de verão, um eletricista não deve deixá-lo muito esticado. Por quê?

      (A) Com o aumento da temperatura, o fio esticado pode aumentar a tensão elétrica e provocar um incêndio.

      (B) Num dia de muito frio, o fio se contrai e pode arrebentar.

      (C) Segundo as normas técnicas deve-se deixar mais fios, caso haja algum rompimento.

      (D) Por pura estética ao ambiente paisagístico do local.

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11) Marque nas opções abaixo qual grandeza não interfere na dilatação dos sólidos:

      (A) Natureza do material

      (B) Comprimento inicial do sólido

      (C) Variação de temperatura sofrida pelo sólido

      (D) Tempo em que o sólido fica exposto à fonte de calor.

12) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos:

I - Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia, pois estaria comprando mais massa por litro de combustível.
II - Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro.

III - Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido.

 

Destas considerações, somente:

 

(A)    I é correta.

(B)    II é correta.

(C)    III é correta.

(D)   I e II são corretas.

(E)    II e III são corretas.

Pesquisa Google:

1) Por que um copo de vidro, na temperatura ambiente, trinca ou quebra quando recebe água fervendo?

2) Por que, numa região muito fria, só a superfície dos lagos congela?

3) Por que ocorre o fenômeno da dilatação dos corpos quando a temperatura varia? (modelo cinético-molecular)

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