DILATAÇÃO TÉRMICA

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DILATAÇÃO TÉRMICA
FÍSICA M.10
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Abertura:
Aproveitando os efeitos da dilatação térmica
Capítulo 1:
Dilatação linear dos sólidos
Capítulo 2:
Dilatação superficial dos sólidos
Slides
Capítulo 3:
Dilatação volumétrica dos sólidos
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Aproveitando os efeitos da dilatação térmica
PAOLO JACOPO MEDDA/SHUTTERSTOCK
GILBERT M. GROSVENOR/NATIONAL GEOGRAPHIC/GETTY IMAGES
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Capítulo 1
Dilatação linear dos sólidos
RNANDO BLANCO CALZADA/
SHUTTERSTOCK
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Dilatações e contrações
Todos os corpos se dilatam ou se contraem com o aumento ou a redução da temperatura.
1 Dilatação linear dos sólidos
ROMAN SIGAEV/SHUTTERSTOCK
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Dilatações e contrações
O quanto um corpo se dilata ou se contrai depende do estado físico do corpo e do material de que ele é feito.
1 Dilatação linear dos sólidos
EDUARDO SANTALIESTRA/CID
EDUARDO SANTALIESTRA/CID
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Dilatação dos sólidos
1 Dilatação linear dos sólidos
LAGUNA DESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK
ANDREW LAMBERT PHOTOGRAPHY/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK
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Dilatação dos sólidos
Com a variação na temperatura de um sólido, as partículas que o constituem vibram, menos ou mais, em torno de sua posição de equilíbrio.
1 Dilatação linear dos sólidos
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Dilatação linear dos sólidos
1 Dilatação linear dos sólidos
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Dilatação linear dos sólidos
A variação no comprimento de uma barra DL, submetida a uma variação de temperatura Dt, é:
1 Dilatação linear dos sólidos
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Dilatação linear dos sólidos
1 Dilatação linear dos sólidos
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Dilatação linear dos sólidos
Expressão geral da dilatação (ou contração) linear de um sólido:
1 Dilatação linear dos sólidos
X SAIR
Dilatação linear dos sólidos
1 Dilatação linear dos sólidos
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Dilatação linear dos sólidos
1 Dilatação linear dos sólidos
R-P/KINO
R-P/KINO
FOTOHUNTER/SHUTTERSTOCK
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Já sabe responder?
É possível que o tempo se dilate com a variação da temperatura?
1 Dilatação linear dos sólidos
DAMIAN PALUS/SHUTTERSTOCK
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RNANDO BLANCO CALZADA/
SHUTTERSTOCK
Capítulo 2
Dilatação superficial dos sólidos
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Dilatações e contrações em mais de 
uma dimensão
A dilatação de alguns corpos, como azulejos e blocos de concreto, é mais perceptível em duas dimensões.
2 Dilatação superficial dos sólidos
LUANA FISCHER/FOLHA IMAGEM
FERNANDO FAVORETTO/CRIAR IMAGEM
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Dilatações e contrações em mais de 
uma dimensão
Dilatação superficial
2 Dilatação superficial dos sólidos
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Dilatações e contrações em mais de 
uma dimensão
Variação da área da superfície de um corpo em função da variação da temperatura:
Coeficiente de dilatação superficial b:
2 Dilatação superficial dos sólidos
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Dilatações e contrações em mais de 
uma dimensão
Expressão geral da dilatação (ou contração) superficial de um sólido:
2 Dilatação superficial dos sólidos
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Dilatações e contrações em mais de 
uma dimensão
O espelho de um telescópio como o Keck, no Havaí, apresenta espaços entre os espelhos que o compõem, para prevenir os efeitos da dilatação térmica.
2 Dilatação superficial dos sólidos
ROGER RESSMEYER/CORBIS/LATINSTOCK
X SAIR
Já sabe responder?
O tamanho do vazio também se altera quando a temperatura varia?
2 Dilatação superficial dos sólidos
X SAIR
RNANDO BLANCO CALZADA/
SHUTTERSTOCK
Capítulo 3
Dilatação volumétrica dos sólidos
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A dilatação afeta todas as dimensões de 
um corpo
Em alguns corpos, é mais fácil perceber que a dilatação e 
a contração dos sólidos é volumétrica.
3 Dilatação volumétrica dos sólidos
DAVID R. FRAZIER PHOTOLIBRARY/ALAMY/OTHER IMAGES
FABIO YOSHIHITO MATSUURA
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A dilatação afeta todas as dimensões de 
um corpo
A variação no volume é proporcional à variação de temperatura (Dt) e ao volume inicial (V0) do corpo:
A constante de proporcionalidade é o coeficiente de dilatação volumétrica: 
Volume final do corpo que sofreu a dilatação:
3 Dilatação volumétrica dos sólidos
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A dilatação afeta todas as dimensões de 
um corpo
Dilatação volumétrica dos sólidos como produto de dilatações lineares de três dimensões
3 Dilatação volumétrica dos sólidos
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A dilatação afeta todas as dimensões de um corpo
A dilatação térmica de materiais é um fenômeno que auxilia na construção de peças e componentes industriais.
3 Dilatação volumétrica dos sólidos
BRAD REMY/SHUTTERSTOCK
STOCKSNAPP/SHUTTERSTOCK
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Já sabe responder?
Por que não convém construir uma casa grudada à do vizinho?
3 Dilatação volumétrica dos sólidos
R-P/KINO
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Navegando no módulo
CALOR
VARIAÇÃO DE
TEMPERATURA
DILATAÇÃO E
CONTRAÇÃO TÉRMICAS
SÓLIDOS
SUPERFICIAL
VOLUMÉTRICA
LINEAR
Professor: todos os corpos se expandem ou se contraem em função do aumento ou da redução da temperatura. A substância da qual o corpo é feito influi na variação de volume – os objetos metálicos variam de volume mais facilmente. Engenheiros, projetistas, escultores e joalheiros escolhem com cuidado seus materiais de trabalho, levando em conta os efeitos da dilatação térmica. As pontes precisam de vãos entre as placas de concreto (juntas de dilatação), para evitar rachaduras em sua estrutura. Os trilhos de algumas ferrovias também apresentam espaçamentos para que não surjam rupturas nas linhas férreas. Mas o controle de tal fenômeno natural também proporciona aplicações práticas interessantes, como na fixação de chapas em navios, na fabricação de termômetros e na vedação eficiente de blocos de motores de automóveis. Neste módulo estudaremos a dilatação dos corpos nos estados sólido e líquido, identificando no cotidiano situações nas quais devemos levar em consideração esse importante fenômeno.
Professor: a água e o vidro se dilatam quando aquecidos, assim como o ar ao redor da panela e da chama.
Professor: como o metal se expande mais que o vidro, é correto dizer que, se jogarmos água quente sobre a tampa e o bocal de um recipiente de vidro fechado, conseguiremos abri-lo mais facilmente.
Professor: em um sólido, a forma está bem definida, e o volume sofre pequeníssimas variações, pois suas partículas formam uma rede cristalina, com posições bem determinadas. Nessa rede, as partículas não apresentam movimento de translação, mas vibram em torno de suas posições de equilíbrio.
Professor: modelo mecânico de um sólido cristalino. As esferas são as partículas componentes do sólido, e as molas representam as forças de ligação existentes entre elas. As esferas estão em constante vibração em torno de suas posições originais (de equilíbrio), afastando-se apenas até certo ponto, em razão das intensas forças que as mantêm unidas.
Professor: a dilatação linear de uma barra é proporcional à sua temperatura e ao seu comprimento inicial.
Professor: o coeficiente de dilatação linear é característico de cada substância, e sua unidade deve ser, por análise dimensional, ºC–1.
Professor: as lâminas bimetálicas são constituídas por duas lâminas de materiais de coeficientes de dilatação lineares diferentes. São usadas em termostatos, pois interrompem a corrente elétrica quando se deformam devido à dilatação desigual.
Professor: os trilhos de trem devem ter vãos para permitir que o metal se dilate quando o dia está muito quente ou quando as rodas do trem geram aquecimento por atrito. Sem esses espaços, os trilhos consecutivos se comprimiriam mutuamente, deformando-se ou até mesmo soltando-se dos dormentes. Devido à exposição ao sol, os fios de telefone ou da rede elétrica se expandem e formam curvas mais pronunciadas do que em períodos mais frios. O comprimento do fio será tanto maior quanto mais sua temperatura aumentar.
Professor: sim. Nos antigos relógios de pêndulo calibrados sob determinado intervalo de temperatura, a contagem do tempo poderia se “dilatar” ou se “contrair” em função do aumentoou da diminuição da temperatura, respectivamente. Nesse tipo de relógio, a marcação do tempo depende do período de oscilação de um pêndulo. Caso ocorra aumento de temperatura fora do intervalo para o qual o relógio foi calibrado, o aumento do comprimento do pêndulo tornará seu período de oscilação mais longo. Em decorrência, a marcação do tempo se tornará mais lenta. Em relógios de pêndulo mais modernos, utilizam-se materiais cujas dimensões praticamente não variam com a temperatura, pois seus coeficientes de dilatação térmica são muito baixos. Desse modo, as possibilidades de “contração” ou “dilatação” da contagem do tempo são minimizadas.
Professor: o pequeno espaço deixado entre as peças de revestimento cerâmico permite que elas se dilatem sem se comprimir mutuamente. Pela mesma razão, em grandes construções de concreto, como pontes, viadutos, edifícios e pisos de estacionamento, também são deixadas frestas (chamadas juntas de dilatação) entre os blocos de concreto.
Professor: a dilatação superficial de uma das faces de um corpo (mudança da área inicial dessa face) pode ser considerada como composta da dilatação de duas dimensões lineares: comprimento e largura. Ela é proporcional à área inicial A0 e à variação da temperatura. 
Professor: a demonstração matemática dessa expressão, a partir da dilatação do sólido da figura, está na página 18 do módulo.
Professor: objetos com orifícios, tais como CDs, rodas de veículos, espelhos de tomadas, anéis e raladores de queijo são alguns exemplos de corpos que apresentam superfícies nas quais há áreas vazias. Quando esses corpos são submetidos a variação de temperatura, todas as suas superfícies ficam sujeitas a dilatação ou contração. Em caso de aumento de temperatura, o orifício aumenta de perímetro (e de diâmetro, caso seja circular), como se estivesse totalmente preenchido. Com a elevação de temperatura, as partículas ao longo do perímetro se afastam de suas posições de equilíbrio, expandindo esse perímetro (ou diâmetro). O fenômeno inverso ocorre quando a temperatura diminui. Todas as dimensões do corpo, incluindo suas áreas vazias, contraem-se.
Professor: as juntas de dilatação evitam que estruturas como pontes e viadutos apresentem rupturas ou deformações perigosas ao se dilatar ou se contrair. Juntas estreitas costumam ser preenchidas com materiais flexíveis; as de maior largura são recobertas com placas ou grelhas metálicas. Geralmente percebemos esses espaçamentos pelo ruído e pelo pequeno solavanco produzidos no veículo que passa sobre eles.
Professor: a demonstração matemática, a partir da dilatação do sólido da figura, está nas páginas 27 e 28 do módulo.
Professor: na fabricação de rodas de liga leve (por exemplo, de alumínio), a dilatação térmica tem a função de produzir um encaixe perfeito entre o aro e o centro da roda.
Professor: os materiais utilizados nas edificações de casas e apartamentos estão sujeitos a variações de temperatura e, consequentemente, dilatam-se ou se contraem em resposta a elas. Assim, se uma casa for construída sem nenhum distanciamento da edificação vizinha, ao se dilatar, ela não disporá de espaço para acomodar essa variação de volume. As forças de compressão assim produzidas poderão ocasionar rachaduras e até ruptura em paredes, lajes e nos pilares. Da mesma forma, na construção de pontes e na colocação de azulejos e pisos de madeira, devem ser previstas folgas entre as edificações para evitar danos decorrentes de dilatações e contrações térmicas.