fÍsica introduÇÃo de um modo geral, quando aumentamos a temperatura de um corpo (sólido ou...
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FÍSICA FÍSICA
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INTRODUÇÃODe um modo geral, quando aumentamos a temperatura de um corpo (sólido ou líqui-do), aumentamos a agitação das partícu-las que formam esse corpo. Isso causa um afastamento entre as partículas, resultan-do em aumento nas dimensões do corpo (dilatação térmica). Por outro lado, uma diminuição na temperatura de um corpo acarreta uma redução em suas dimensões (construção térmica).
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Na construção civil, por exemplo, para prevenir possíveis trincas e rupturas por causa da dilatação térmica dos materiais, utilizam-se as " folgas", chamadas de juntas de dilatação.
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Í N D I C EÍ N D I C E•Dilatação LinearDilatação Linear•Dilatação SuperficialDilatação Superficial•Dilatação VolumétricaDilatação Volumétrica•CoeficientesCoeficientes•FórmulasFórmulas•Dilatação dos LíquidosDilatação dos Líquidos•Dilatação da ÁguaDilatação da Água
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DILATAÇÃODILATAÇÃO
LINEARLINEAR
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• Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais. Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido. Nesse caso, temos a dilatação Linear ( L ).
• Exemplos: trilho da linha férrea, fio de alta tensão, viga de prédio, etc.
20 20 ooCC 100 100 ooCC
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DILATAÇÃODILATAÇÃO
SUPERFICIALSUPERFICIAL
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• A dilatação superficial corresponde à variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura. As figuras abaixo representam uma placa retangular à temperatura To e à temperatura T > To .
• Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica, etc.
• Ocorre também nos objetos circulares (exemplo: anéis).
20 20 ooCC 100 100 ooCC
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DILATAÇÃODILATAÇÃO
VOLUMÉTRICAVOLUMÉTRICA
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• Neste tipo de dilatação, vamos
considerar a variação de volume, isto é, a dilatação nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura). Veja o exemplo do quadro abaixo:
• Exemplos: caixa de água de um prédio, caixa de sapato, objetos cilíndricos, etc.
20 20 ooCC 100 100 ooCC 20 20 ooCC100 100 ooCC
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COEFICIENTESCOEFICIENTES coeficiente da dilatação linear.
coeficiente da dilatação superficial.
coeficiente da dilatação volumétrica.
3 = 2 =
3
=
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FÓRMULASFÓRMULAS
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DILATAÇÃO LINEAR
L - Lo = Lo . .
L = Lo . .
L = L + Lo
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DILATAÇÃO SUPERFICIAL
S = So . .
S - So = So . .
S - So = So . 2 .
S = S +So
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V - Vo = Vo . 3 .
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
V = Vo . .
V - Vo = Vo . .
V = V + Vo
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Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos têm somente volume definido. Assim o estudo da dilatação térmica dos líquidos é feita somente em relação á dilatação volumétrica. Esta obedece a uma lei idêntica á dilatação volumétrica de um sólido , ou seja , a dilatação volumétrica de um líquido poderá ser calculada pelas mesmas fórmulas da dilatação volumétrica dos sólidos.
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Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos,
medido em oC -1 Água 1,3 . 10-4
Mercúrio 1,8 . 10-4
Glicerina 4,9 . 10-4
Benzeno 10,6 . 10-4
Álcool etílico 11,2 . 10-4
Acetona 14,9 . 10-4
Petróleo 10 . 10-4
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Como os líquidos não apresentam forma própria, só tem significado o estudo de sua dilatação volumétrica. Ao estudar a dilatação dos líquidos tem de se levar em conta a dilatação do recipiente sólido que o contém. .
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De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos.
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No aquecimento de um líquido contido num 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.
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A dilatação aparente é aquela diretamente observada e a dilatação real é aquela que o líquido sofre realmente.
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• A dilatação aparente do líquido é igual ao volume que foi extravasado.
A dilatação real do líquido é dada pela soma da dilatação aparente do líquido e da dilatação volumétrica sofrida pelo recipiente.
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DILATAÇÃO DILATAÇÃO DA DA
ÁGUAÁGUA
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Em países onde os invernos são rigorosos, muitas pessoas deixam suas torneiras gotejando para não permitir que a água contida no encanamento se congele, devido ao pequeno fluxo, e os canos arrebentem. Do mesmo modo, nas encostas rochosas desses países, com a chegada do inverno, as águas que se infiltraram nas rachaduras congelam-se e aumentam de volume, provocando um desmoronamento.
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Em regra geral, ao se elevar a temperatura de uma substância, verifica-se uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 00 C a 40 C, contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira:
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No estado sólido , os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em conseqüência disso, entre as moléculas, formam-se grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto macroscópico).
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Os diagramas a seguir ilustram o comportamento do volume e da densidade em função da temperatura.
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Então, a 4o C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido. Observação: A densidade da água no estado sólido ( gelo ) é menor que a densidade da água no estado líquido.
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Um fio metálico tem 100 m de comprimento e coeficiente de dilatação linear igual a 17 . 10-6 oC-1. Qual a variação de comprimento desse fio, quando a temperatura varia 10o C ?
Solução:L = Lo . . tL = 100 . 0,000017 . 10
L = 0,017 m ou 17 mm