aula 1Termologia-Dilatação Térmica

Prévia do material em texto

ANDANDO 
TRANQUILAMENTE SOB O 
SOL EM RONDÔNIA
Sensações obtidas no tato:
Quente, frio, morno, gelado...
“Essas sensações são relativas à pessoa que a sente, 
bem como às condições que ela se encontra.” Como 
as sensações são variáveis, elas não se prestam para 
medir a temperatura.”
Todos os corpos são constituídos por partículas que 
estão sempre em movimento. Esse movimento é 
denominado energia interna do corpo. O nível de 
energia interna do corpo depende da velocidade com 
que suas partículas se movimentam. Verifica-se que o 
estado de aquecimento influi no estado de agitação 
das partículas. 
Termologia - Parte da Física 
que estuda as leis que regem 
os fenômenos caloríficos.
Termometria - Estuda as 
medidas de temperaturas 
e os efeitos provocados 
pela sua variação.
Temperatura 
A temperatura é a 
grandeza que mede o 
grau de agitação das 
partículas de um corpo, 
caracterizando o seu 
estado térmico.
Certas propriedades características de 
um corpo alteram-se com a variação 
da temperatura. 
Por exemplo:
- o comprimento de uma barra;
- o volume de um líquido;
- a pressão de um gás a volume
constante;
- a cor.
Energia transferida de um corpo para o
outro devido a diferença de
temperatura existente entre ambos.
“Dois corpos em diferentes
temperaturas trocam calor quando
colocados em contato, até atingirem
o equilíbrio térmico".
Se dois corpos com temperaturas 
diferentes forem postos em contato 
verifica-se, depois de um certo 
tempo, que eles terão a mesma 
temperatura. Dizemos, então, que foi 
atingido o equilíbrio térmico.
É um aparelho que permite medir
a temperatura dos corpos. Seu
processo baseia-se no equilíbrio
térmico.
De um termômetro exige-se:
sensibilidade, exatidão e
comodidade.
Para graduação de um termômetro é necessário 
definir os pontos fixos, ambos sob pressão normal.
 1o Ponto Fixo: Corresponde a temperatura de fusão
do gelo.
 2o Ponto Fixo: Corresponde a temperatura de
ebulição da água.
 1. Transformar em graus Celsius:
a) 14 0F b) 104 0F
 2. Transformar em graus Fahrenheit:
a) 25 0C b) 500C
 3.Transforme em Kelvin:
a) 27 0C b) 68 0F
→Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou 
gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta. 
→Os átomos que constituem um sólido se distribuem ordenadamente, 
dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do 
sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, 
que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a 
outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma 
posição média de equilíbrio. 
→Quando a temperatura aumenta, há um aumento da agitação, fazendo 
com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em 
conseqüência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, 
ocasionando a dilatação do sólido. 
" Se o espaço entre as partículas aumenta, o volume final 
do corpo acaba aumentando também“
"Se o espaço entre as partículas diminui, o volume final do 
corpo acaba diminuindo também“
A dilatação/contração térmica pode ser 
analisada por meio de três formas:
- Linearmente
- Superficialmente
- Volumétricamente
É a dilatação que ocorre em uma dimensão do corpo. 
A constante de proporcionalidade  é considerada coeficiente de dilatação 
linear. 
L  Lo e L  T
L depende do material que constitui o corpo. 
Logo:
L = L – Lo
L = Lo..T
Onde:
L = variação do comprimento L = L – Lo
Lo = comprimento inicial 
 = coeficiente de dilatação linear
T = variação da temperatura T= T – To
Isolando “” teremos: 
 = L / (Lo.T)
Cuja Unidade será:
 = 1/ oC
 = oC-1
Exemplos:
Alumínio 23. 10-6 oC-1
Cobre 17. 10-6 oC-1
Vidro 9. 10-6 oC-1
Vidro Pirex 3,2. 10-6 oC-1
Zinco 25. 10-6 oC-1
Chumbo 29. 10-6 oC-1
Aço 11. 10-6 oC-1
 A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno
importante em diversas aplicações de engenharia,
como construções de pontes, prédios e estradas de
ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de
aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 . 10-6 °C-1.
Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de
quanto aumentaria o seu comprimento se a
temperatura aumentasse para 40°C?
RESOLUÇÃO:
Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os
coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente,
1,2 . 10-5 °C-1 e 2,6 . 10-5 °C-1. Em uma determinada temperatura, a
lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela
apresenta uma curvatura. Explique por quê.
RESOLUÇÃO
Como α zinco > α aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação 
maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. 
Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os 
metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a 
parte externa da curvatura.
È a dilatação que ocorre em duas dimensões do corpo. 
A constante de proporcionalidade  é considerada 
coeficiente de dilatação superficial.
A Ao
A T
A depende do material 
que constitui o corpo. 
Logo:
A = A – Ao
A = Ao..T
Onde:
A = variação da área A = A – Ao
Ao = área inicial 
 = coeficiente de dilatação superficial
t = variação da temperatura T= T – To
Relação entre Coeficientes =2.
Exemplos:
Se Alumínio = 23. 10-6 oC-1 
 será 46. 10-6 oC-1
Se Cobre = 17. 10-6 oC-1
 será 34. 10-6 oC-1
 O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa 
de alumínio quando esta é aquecida?
 RESOLUÇÃO
 A experiência mostra que o diâmetro desse orifício 
aumenta. Para entender melhor o fenômeno, imagine a 
situação equivalente de uma placa circular, de tamanho 
igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. 
Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa 
aumenta.
Uma chapa possui área de 4m2 a 0oC. Aquecendo-se a chapa
a 50oC, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser
sua área final. Dado  = 10.10-6 oC-1
ΔA = A0 . β . ΔT
Obs.: β = 2.α
ΔA = 4 . (20 . 10-6) . (50 – 0) = 0,004m2
A = 4 + 0,004 = 4,004m2
Dilatação dos Gases
Num balão de vidro, com ar em seu interior, introduz-se um 
canudo dentro do qual há uma gota de óleo.
Segurando o balão de vidro como indicado na figura, o calor 
fornecido pelas mãos é suficiente para aumentar o volume de ar 
e deslocar a gota de óleo.
È a dilatação que ocorre em três dimensões do corpo. A 
constante de proporcionalidade  é considerada coeficiente de 
dilatação volumétrica.
V Vo e V  T
V depende do material 
que constitui o corpo. 
Logo:
V = V – Vo
V = Vo..T
Onde:
V = variação do volume 
V = V – Vo
Vo = comprimento inicial 
 = coeficiente de dilatação linear
T = variação da temperatura T = T – To
Relação entre Coeficientes =3.
/1 = /2 = /3
Exemplos:
Se Alumínio = 23. 10-6 oC-1 
 será 69. 10-6 oC-1
Se Cobre = 17. 10-6 oC-1
 será 51. 10-6 oC-1
O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 
100cm3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 
40oC de temperatura. Suponha ser constante e igual a 1.10-5
oC-1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é 
feita a esfera. 
ΔV = V0 . γ . ΔT
Obs.: γ = 3.α
ΔV = 100 . (3 x 1 . 10-5) . 40 = 0,12cm3
A água é o líquido mais comum, no entanto, seu 
comportamento em termos de dilatação térmica é 
uma verdadeira exceção.
Gráfico I
O gráfico I mostra esse comportamento: de 0°C até 
4°C o volume da água diminui com o aquecimento. 
Somente a partir de 4°C é que, com o aquecimento, a 
água aumenta de volume (como acontece aos demais 
líquidos).
O gráfico II descreve a variação da densidade d 
da água com a temperatura. Como a densidade 
de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu 
volume (V), ou seja, , tem-se que a densidade da 
água é inversamente proporcional ao seu volume 
durante a variação da temperatura, pois a massapermanece constante. 
Gráfico II
Assim, de 0°C a 4°C a densidade da água aumenta com o 
aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4°C a 
densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu 
volume aumenta.
A densidade da água é máxima a 4°C e seu valor é 1,0000 
g/cm3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é 
menor.
	Slide 1: Termologia Prof. Esp. Mário Gorza Romano
	Slide 2: Termometria
	Slide 3: Energia Interna
	Slide 4: Conceitos importantes
	Slide 5: Conceitos importantes
	Slide 6: Conceitos importantes
	Slide 7: Medidas de Temperatura 
	Slide 8: Calor
	Slide 9: Equilíbrio Térmico
	Slide 10: Termômetro
	Slide 11: Graduação de um termômetro
	Slide 12: Apresentação do Termômetro
	Slide 13: Escalas Termométricas
	Slide 14: Relações entre as escalas
	Slide 15: Exemplos
	Slide 16: Exemplos
	Slide 17: Exemplos
	Slide 18: Dilatação Térmica – Linear Exemplos:
	Slide 19: Dilatação Térmica
	Slide 20: Tipos de Dilatação Térmica
	Slide 21: Dilatação Linear 
	Slide 22: Coeficiente de Dilatação Linear 
	Slide 23: Problema exemplo: 
	Slide 24: Problema exemplo:
	Slide 25: Dilatação Térmica – Superficial Exemplo:
	Slide 26: Dilatação Superficial 
	Slide 27: Coeficiente de Dilatação Superficial
	Slide 28: Problema exemplo:
	Slide 29: Problema exemplo:
	Slide 30: Dilatação Térmica – Volumétrica Exemplos:
	Slide 31: Dilatação Térmica – Volumétrica Exemplos:
	Slide 32: Dilatação Volumétrica 
	Slide 33: Coeficiente de Dilatação Volumétrico
	Slide 34: Problema exemplo:
	Slide 35: O caso da água 
	Slide 36: Comentário sobre o caso da água
	Slide 37: Comentário sobre o caso da água