Dilatação Térmica dos Sólidos -Professor Henrique

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PROF.: Henrique Dantas
Em física, dilatação térmica é o nome que
se dá a variação das dimensões de um
corpo, ocasionado pela variação de sua
temperatura.
DILATAÇÃO TÉRMICA:
http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica
DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS: 
Quando aquecemos um sólido podemos estudar
as seguintes formas de dilatação:
LINEAR SUPERFICIAL
VOLUMÉTRICA
De forma geral, as dimensões de um corpo
aumentam quando ele é aquecido e diminuem
quando ele é esfriado.
Isso ocorre porque, quando um corpo é aquecido, há
um aumento na agitação das partículas que o
compõem, que se reflete no acréscimo das
amplitudes de vibração, fazendo com que,
macroscopicamente, se ampliem as dimensões do
corpo.
Com a variação na
temperatura de um
sólido, as partículas
que o constituem
vibram, menos ou
mais, em torno de
sua posição de
equilíbrio.
DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS:
QUESTÃO 14:
O professor solicita aos seus alunos que coloquem V (verdadeira) ou F
(falsa) ao final das seguintes afirmações:
I. Os corpos dilatam-se, geralmente, quando são aquecidos e
contraem-se quando são resfriados. À variação de
temperatura corresponde, então, uma variação de volume. ( )
II. A divisão 100, do termômetro graduado na escala Celsius, é o ponto
em que se fixa o mercúrio quando se introduz o termômetro no vapor
de água em ebulição, sob pressão de 760 mmHg. ( )
III. Uma substância termométrica deve conduzir bem o calor, para que
rapidamente entre em equilíbrio térmico com o corpo que está em
contato. ( )
IV. Uma substância termométrica deve manter as mesmas
propriedades químicas para que retorne sempre ao mesmo volume à
mesma temperatura. ( )
Pode-se concluir que os alunos que acertaram o exercício assinalaram
a) 4 F. b) 1 F e 3 V. c) 2 F e 2 V. d) 3 F e 1 V. e) 4 V.
 .
 .
 .
 .
DILATAÇÃO LINEAR:
A variação de comprimento de uma barra é
diretamente proporcional à variação de
temperatura.
0LLL 
  ..0LL
DILATAÇÃO LINEAR(L):
Ocorre quando o corpo sofre expansão em uma 
dimensão 
A dilatação do fio depende 
de três fatores: 
 da substância da qual é 
feito o fio;
da variação de 
temperatura sofrida pelo fio;
do comprimento inicial 
do fio. 
DILATAÇÃO LINEAR:
material símbolo  1 material símbolo  C1
Alumínio Al 25,5.10-6 Ferro Fe 9,07.10-6
Antimônio Sb 12.10-6 Níquel Ni 12,79.10-6
Prata Ag 18,8.10-6 Ouro Au 14,3.10-6
Grafite C 7,86.10-6 Platina Pt 8,99.10-6
Diamante C 1,18.10-6 Chumbo Pb 29,4.10-6
Cobre Cu 16,8.10-6 Zinco Zn 26,28.10-6
DILATAÇÃO LINEAR(α):
A figura abaixo mostra dois frascos de vidro (1 e 2), vazios, ambos com
tampas de um mesmo material indeformável, que é diferente do
vidro. As duas tampas estão plenamente ajustadas aos frascos, uma
internamente e outra externamente. No que respeita à dilatabilidade
desses materiais, e considerando que v é o coeficiente de expansão
dos dois vidros e que t é o coeficiente de expansão das duas tampas,
assinale o que for correto.
01. Sendo t menor que v, se elevarmos a temperatura dos dois
conjuntos, o vidro 1 se romperá.
02. Sendo t maior que v, se elevarmos a temperatura dos dois
conjuntos, o vidro 2 se romperá.
QUESTÃO 40:
 .
 .
04. Sendo t menor que v, se elevarmos a temperatura dos dois
conjuntos, ambos se romperão.
08. Sendo t maior que v, se diminuirmos a temperatura dos dois
conjuntos, o vidro 1 se romperá.
16. Qualquer que seja a variação a que submetermos os dois
conjuntos, nada ocorrerá com os frascos e com as tampas.
QUESTÃO 40:
 .
Uma torre de aço, usado para transmissão de televisão, tem altura de
50 m quando a temperatura ambiente é de 40 ºC. Considere que o aço
dilata-se, linearmente, em médio, na proporção de 1/100.000, para
cada variação de 1 ºC. À noite, supondo que a temperatura caia para
20 ºC, a variação de comprimento da torre, em centímetros, será de:
a) 1,0 b) 1,5 c) 2,0 d) 2,5
QUESTÃO 13:
DILATAÇÃO LINEAR(α): lâmina bimetálica
.
.
.
DILATAÇÃO LINEAR(α):
αPb = 29,4.10-6
αAl = 25,5.10-6
LÂMINA BIMETÁLICA: aplicações
LÂMINA BIMETÁLICA: aplicações
JÁ SABE RESPONDER?
•É possível que o tempo se
dilate com a variação da
temperatura?
• A dilatação superficial corresponde à variação da
área de uma placa quando submetida a uma
variação de temperatura.
• Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica,
etc.
• Ocorre também nos objetos circulares (exemplo:
anéis).
DILATAÇÃO SUPERFICIAL:
0SSS 
  ..0SS
A expansão ocorre nas suas duas dimensões
lineares, ou seja, na área total do corpo.
DILATAÇÃO SUPERFICIAL:
DILATAÇÃO EM MAIS DE UMA DIMENSÃO
•A dilatação de alguns corpos, como azulejos e 
blocos de concreto, é mais perceptível em duas 
dimensões.
DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS:
A grande maioria dos corpos sólidos possui três
dimensões: altura, comprimento e espessura.
Quando aquecido, o sólido sofre expansão em cada
uma delas, resultando em um aumento no volume
total do corpo.
Física , 2ª Série
Dilatação Volumétrica
Dilatação Volumétrica
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de 
imagem de Autor Desconhecido.
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
Física , 2ª Série
Dilatação Volumétrica
EQUAÇÃO DA DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
De forma similar aos casos anteriores, temos a proporcionalidade entre:
• variação da dimensão;
• dimensão inicial;
• variação da temperatura.
Adicionando-se um coeficiente que depende do material do qual o sólido 
é formado, garantimos a relação entre os termos da equação da 
dilatação volumétrica .
Im
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DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
Onde:
• ΔV = Vf – Vi é a variação do volume; 
• Vi é o volume inicial; 
• ΔT = T – To é a variação da temperatura; 
• γ é o coeficiente de dilatação volumétrico; γ = β = 3α 
para uma mesma substância. Sua unidade também é o °C-1.
Física , 2ª Série
Dilatação Volumétrica
ΔV= γ.VO.ΔT
Assim, obtém-se:
2
3
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
Os líquidos, assim como os sólidos,
sofrem dilatações ao serem
aquecidos. Uma vez que não têm
forma própria, fato este devido à
gravidade, adquirem a forma do
recipiente . Se o líquido estivesse
livre da atração gravitacional (no
espaço, por exemplo) obteria a
forma de uma esfera, pois nessa
geometria há a menor área de
superfície para um determinado
volume.
Física , 2ª Série
Dilatação dos Líquidos
Dilatação dos Líquidos
A gota, uma pequena porção de 
água, costuma obter formato esférico
Imagem: Vlieg / Public Domain.
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
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.
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
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
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
• 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. .
• De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais
que os sólidos ao serem igualmente aquecidos.
• 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.
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
Física , 2ª Série
Dilatação dos Líquidos
Ao se ver o conjunto recipiente + líquido
ser aquecido, tem-se a sensação de que
apenas o líquido teve seu volume
aumentado. Mas, na verdade, ambos oscorpos, em diferentes estados físicos,
sofrem dilatação. Como o líquido tem
mais facilidade de absorver calor, sofre
uma maior variação de volume do que
o recipiente sólido. O que se observa é a
dilatação aparente (ΔVaparente) do
líquido. Imagem: Jorge Barrios / Public Domain.
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
Física , 2ª Série
Dilatação dos líquidos
Para saber sua dilatação real (ΔVlíquido), precisa-se adicionar a
dilatação do recipiente (ΔVrecipiente), e para isso, deve-se
conhecer os coeficientes de dilatação volumétrica do líquido e do
recipiente. A dilatação real do líquido é, portanto, a dilatação
aparente, somada à dilatação do recipiente.
ΔVlíquido = ΔVaparente + ΔVrecipiente
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DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA 
ÁGUA
Aquecendo certa massa m de água, inicialmente a
0º C, até a temperatura de 100ºC, verificamos que
de 0ºC a 4ºC o volume diminui, pois o nível da água
no recipiente baixa, ocorrendo a contração. A partir
de 4ºC, continuando o aquecimento, o nível da
água sobe, o que significa aumento de volume,
ocorrendo a dilatação.
Portanto a água apresenta um comportamento
excepcional, contraindo-se quando aquecida de
0ºC a 4ºC .
É a chamada anomalia da água !!!
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA 
ÁGUA
O gráfico abaixo mostra aproximadamente como varia
o volume da água com o aumento de temperatura .
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA 
ÁGUA
Observe que a 4ºC a massa m de água apresenta
volume mínimo .
Lembrando que a densidade (d) é dada por:
A densidade da água varia conforme a temperatura
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA 
ÁGUA
Agora fica a pergunta, porque a água sofreu uma contração
com o aumento da temperatura ?
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA 
ÁGUA
A elevação da temperatura da água provoca um
aumento na agitação molecular que tende a
romper as pontes de hidrogênio, aproximando as
moléculas .
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DA 
ÁGUA
ISSO EXPLICA PORQUE EM INVERNOS
RIGOROSOS OS LAGOS CONGELAM NA
SUPERFÍCIE.
Física , 2ª Série
Dilatação dos Gases
Os gases têm ainda mais facilidade de
absorver calor que os líquidos. Por
isso, são substâncias comumente
utilizadas em experimentos
termodinâmicos. Para que os balões
possam levantar voo, por exemplo, o
gás que preenche o seu conteúdo deve
ser aquecido. A expansão volumétrica
é tão intensa, que a densidade do gás
dentro do balão torna-se menor que a
densidade do ar da atmosfera, fazendo
com que o balão comece a flutuar.
Dilatação dos Gases
Imagem: Joedeshon / 
Creative Commons Attribution 2.5 Generic.
DILATAÇÃO DOS GASES
Física , 2ª Série
Dilatação dos Gases
• ATIVIDADE
• Objetivo: explicitar o
conceito de dilatação
dos líquidos e gases;
• Material: 2 recipientes
de vidro, 2 bolas de
encher, um Becker
com água quente e
outro com água fria.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem 
de Autor Desconhecido.
DILATAÇÃO DOS GASES