DILATAÇÃO E GASES

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DILATAÇÃO
O estudo da dilatação dos sólidos possui importantes aplicações práticas, como a compensação da dilatação dos pêndulos, a dilatação dos trilhos e das pontes (e o consequente cálculo da separação entre os segmentos) ou o fabrico da vidraria de laboratório resistente ao calor. Chama-se dilatação todo acréscimo às dimensões de um corpo por influência do calor que lhe é transmitido. O fenômeno é explicado pela variação das distâncias relativas entre as moléculas, associada ao aumento de temperatura. Normalmente, são estudadas em separado a dilatação dos sólidos, a dos líquidos e a dos gases, distinguindo-se, no caso dos sólidos, a dilatação linear, a superficial e a volumétrica. Os estudos teóricos partem do conceito de coeficiente de dilatação, definido como o aumento de volume, área ou comprimento experimentado pela unidade de volume (área ou comprimento) quando a temperatura varia de 1ºC.
De modo geral, os sólidos se dilatam menos do que os líquidos e estes menos do que os gases. Uma barra de ferro com um metro de comprimento a 0ºC dilata-se apenas 1,2mm se a temperatura aumenta para 100ºC (seu coeficiente de dilatação linear é, portanto, 1,2 x 10-5). Caso se deseje alongar a mesma barra por meio de uma força de tração, para idêntico acréscimo de comprimento seria necessário aplicar-lhe uma força de 2.400kg por unidade de área. Pode-se introduzir um conceito um pouco mais rigoroso de coeficiente de dilatação. Chamando de, respectivamente, os coeficientes linear, superficial e volumétrico. Um fio de aço apresenta curiosa anormalidade de dilatação, pois quando a temperatura atinge cerca de 700ºC o fio experimenta uma contração para voltar a dilatar-se pouco depois. 
O fenômeno, reversível, denomina-se recalescência. As ligas de aço-níquel dilatam-se muito pouco e o coeficiente de dilatação varia com a maior ou menor percentagem de níquel nelas contida. O menor valor de corresponde a 36% de níquel, sendo a liga denominada invar; para 46% de níquel, esse coeficiente torna-se igual a 0,9 x 10-5, valor igual ao da platina e ao do vidro comum, sendo a liga denominada platinite. Alguns corpos como a borracha e a argila contraem-se quando a temperatura se eleva. Esses corpos se aquecem quando são alongados por uma força de tração, ao contrário dos demais, que têm sua temperatura reduzida. A água dilata-se irregularmente. Um volume de água aquecido a partir de 0ºC se contrai até 4ºC; aí começa a dilatar-se. A água a 4ºC possui, portanto, sua maior densidade, sendo tomada como unidade. Por isso as camadas profundas de mares e lagos estão à temperatura constante de 4ºC.
Dilatação térmica
Um dos efeitos da temperatura, é provocar a variação das dimensões de um corpo. Pois se aumentarmos a temperatura de um corpo, aumenta a agitação das partículas de seu corpo e consequentemente, as partículas se afastam uma das outras, provocando um aumento das dimensões (comprimento, área e volume) do corpo. A esse aumento das dimensões do corpo dá-se o nome de dilatação térmica.
Dilatação dos Líquidos
Assim como os sólidos, os líquidos também sofrem dilatação com a variação de temperatura. Como os líquidos não têm forma própria, só se leva em consideração a dilatação volumétrica. Em geral, os líquidos aumentam de volume quando aquecidos e diminuem quando esfriados. Mas, com a água, o processo de dilatação é um pouco diferente. Ao ser esfriada, ela diminui de volume como os outros líquidos, mas só até 4 °C. Se a temperatura continuar caindo, para baixo de 4°C, o volume da água começa a aumentar. Inversamente, se for aquecida de 0°C a 4°C, a água diminui de volume, mas, a partir de 4°C, ela começa a se dilatar. É por essa razão que uma garrafa cheia de água e fechada estoura no congelador: de 4°C até 0°C, a água tem seu volume aumentado, enquanto a garrafa de vidro ou plástico diminui de volume.
Dilatação dos Gases
A dilatação dos gases, que é mais acentuada que a dos líquidos, pode ser comprovada por uma experiência bem simples. 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.
Dilatação Linear
Dilatação linear é aquela em que predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. (Ex: dilatação em cabos, barras, etc….)
Dilatação Superficial e Volumétrica
Verifica-se experimentalmente que a dilatação superficial e a dilatação volumétrica dos sólidos são inteiramente semelhante à dilatação linear.
Gases
Gases são fluidos no estado gasoso. A característica que os difere dos fluidos líquidos é que, quando colocados em um recipiente, estes têm a capacidade de ocupá-lo totalmente. A maior parte dos elementos químicos não-metálicos conhecidos são encontrados no seu estado gasoso, em temperatura ambiente.
Gás e Vapor
A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica. O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão. Com o gás não ocorre o mesmo. Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com o gás seja diferente do vapor.
Comportamento dos Gases
Uma determinada substância no estado gasoso é um gás se a sua temperatura for superior à temperatura crítica, se a temperatura for igual ou inferior à temperatura crítica a substância é vapor. Os gases reais que normalmente conhecemos como, por exemplo, o hélio, o nitrogênio e o oxigênio, apresentam características moleculares diferentes e particulares de cada um. Contudo, se colocarmos todos eles a altas temperaturas e baixas pressões eles passam a apresentar comportamentos muito semelhantes. No estudo dos gases adota-se um modelo teórico, simples e que na prática não existe, com comportamento aproximado ao dos gases reais. Essa aproximação é cada vez melhor quanto menor for a pressão e maior a temperatura. Esse modelo de gás é denominado de gás perfeito. Por volta do século XVII e XIX, três cientistas (Jacques Charles, Louis J. Gay-Lussac e Paul E. Clayperon), após estudarem o comportamento dos gases, elaboraboraram leis que regem o comportamento dos gases perfeitos, também chamados de gases ideais. As leis por eles determinadas estabelecem as regras do comportamento “externo” do gás perfeito, levando em conta apenas as grandezas físicas que estão associadas a eles, grandezas essas que são: volume, temperatura e pressão.
Lei geral dos gases perfeitos
A expressão que determina a lei geral para os gases perfeitos pode ser vista da seguinte forma:
Onde po, Vo e To são respectivamente a pressão inicial, volume inicial e temperatura inicial. Essa é uma expressão que é utilizada para quando as variáveis de um gás apresentar variações.
Lei de Boyle
Robert Boyle, físico e químico, foi quem determinou a lei que rege as transformações sofridas por um gás, quando sua temperatura é mantida constante. Sua lei diz que quando um gás sofre uma transformação isotérmica, a pressão dele é inversamente proporcional ao volume ocupado. Dessa lei obtemos que como To = T temos que:
poVo = pV
Lei de Charles
A lei de Charles é a lei que rege as transformações de um gás perfeito a volume constante. Essas transformações são chamadas de transformações isocóricas ou isométricas. Segundo essa lei, quando uma massa de gás perfeito sofre transformação isocórica, a sua pressão é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma:
Onde po e To são respectivamente a pressão inicial e a temperatura inicial.
Lei de Gay-Lussac
A lei de Gay-Lussac é a lei que rege as transformações de um gás perfeito à pressão constante. Essa lei, apesar de levar o nome de Gay-Lussac, já havia sido descoberta pelo físico e químico A.C. Charles. Segundo a lei, quando um gás sofre uma transformação isobárica o volume do gás é diretamente proporcional à sua temperaturaabsoluta. Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma:
Onde Vo e To correspondem respectivamente ao volume inicial e à temperatura inicial.
Bibliografia
 https://www.coladaweb.com/fisica/termologia/dilatacao
 https://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/EstudodosGases/gases.php
 https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-dos-gases.htm
Trabalho
de
FísicaCOLÉGIO MARIO TAMBORINDEGUY
PROFESSORA: 
TURMA:
ALUNOS: ANA CLAÚDIA