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Dilatação dos sólidos e dos líquidos

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Academic year: 2021

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Texto

(1)

Capítulo

(2)

Dilatação dos sólidos e dos líquidos

Agitação térmica

Já sabemos que a temperatura de um corpo está relacionada ao estado de agitação das partículas que o constituem.

(3)

Dilatação dos sólidos e dos líquidos

Agitação térmica Temperatura 0 Temperatura  > 0 S T U D IO CAP A R R O Z Aquecimento Maior agitação

(4)

Dilatação dos sólidos e dos líquidos

Aquecimento Temperatura 0 V0 L0 A0 Temperatura  > 0 V L A A D ILSO N S E CC O Agitação térmica

(5)

Dilatação térmica linear: L = L – L0

Dilatação térmica superficial: A = A – A0

Dilatação térmica volumétrica: V = V – V0

Dilatação dos sólidos e dos líquidos

Agitação térmica Aquecimento Temperatura 0 V0 L0 A0 Temperatura  > 0 V L A A D ILSO N S E CC O Essas três formas de

dilatação sempre ocorrem

(6)

Dilatação térmica linear dos sólidos

L0 Temperatura 0 Temperatura  L L S T U D IO CAP A R R O Z

(7)

L0 Temperatura 0 Temperatura  L L S T U D IO CAP A R R O Z

A variação L no comprimento inicial L0 depende:

 da variação de temperatura  → L ∝ ;

do comprimento inicial L0 → L ∝ L0;

 do material de que o corpo é feito.

Dilatação térmica linear dos sólidos

(8)

Dilatação térmica linear dos sólidos

A grandeza  é o coeficiente de dilatação linear do

material (em oC–1).

(9)

Dilatação térmica superficial dos sólidos

Temperatura 0 A0 Temperatura  AD ILSON SE C C O A0A

(10)

A variação A na área de superfície inicial A0 depende:

 da variação de temperatura  → A ∝ ;

da área de superfície inicial A0 → A ∝ A0;

 do material de que o corpo é feito.

Matematicamente: A = A0 ·  ·  e  = 2 · 

Dilatação térmica superficial dos sólidos

Temperatura 0 A0 Temperatura  A D ILSO N S E CC O A0A

(11)

Dilatação térmica superficial dos sólidos

A grandeza  é o coeficiente de dilatação superficial

do material (em oC–1).

(12)

Dilatação térmica volumétrica

dos sólidos

Temperatura 0 V0 Temperatura  A D ILSO N S E CC O V

(13)

A variação V no volume inicial V0 depende:

 da variação de temperatura  → V ∝ ;

do volume inicial V0 → V ∝ V0;

 do material de que o corpo é feito.

Matematicamente: V = V ·  ·  e  = 3 · 

Dilatação térmica volumétrica

dos sólidos

Temperatura 0 V0 Temperatura  A D ILSO N S E CC O V

(14)

Dilatação térmica volumétrica

dos sólidos

A grandeza  é o coeficiente de dilatação volumétrica

do material (em oC–1).

(15)

Consideramos, neste caso, apenas a dilatação volumétrica. Em geral, os líquidos dilatam-se muito mais que os sólidos. Assim, se um recipiente totalmente cheio de líquido for

aquecido, parte do líquido transbordará.

(16)

Dilatação térmica dos líquidos

Aquecimento

Vtransbordado = Vlíquido – Vfrasco

V0 (líquido) = V0 (frasco) 0 A D ILSO N S E CC O Dilatação aparente  Vlíquido > Vfrasco

(17)

A lei que descreve a dilatação volumétrica dos líquidos é a mesma que a dos sólidos:

V = V0 ·  · 

A grandeza  é o coeficiente de dilatação volumétrica

(real) do líquido (em oC–1).

(18)

Retomando a situação anterior:

Ou, de modo equivalente:

Dilatação térmica dos líquidos

Vtransbordado = Vlíquido – Vfrasco

Vaparente = Vlíquido Vfrasco

aparente = líquido – frasco

(19)

A água, o líquido mais abundante em nosso planeta, é constituída por moléculas com dois átomos de hidrogênio

e um átomo de oxigênio: H2O.

A dilatação anômala da água

S TU D IO CA PA RR O Z

(20)

A água líquida tem uma estrutura parcialmente ordenada, na qual pontes de hidrogênio estão constantemente sendo formadas e rompidas.

A dilatação anômala da água

S TU D IO CA PA RR O Z

(21)

Entretanto, quando a água está no estado sólido (gelo), todas as suas moléculas se estruturam de modo a formar pontes de hidrogênio.

A dilatação anômala da água

S TU D IO CA PA RR O Z

(22)

O efeito dessas pontes é aumentar o espaçamento entre as moléculas, o que torna o gelo menos denso que a água. Por isso o gelo flutua na água.

A dilatação anômala da água

S T U D IO CAP A R R O Z

(23)

Por esse motivo uma dada massa de gelo tem um volume maior que a mesma massa de água.

A dilatação anômala da água

S T U D IO CAP A R R O Z

(24)

E o que acontece com o volume quando o gelo derrete?

À temperatura de 0 oC, ao passar do estado sólido para o

estado líquido, a água diminui de volume devido ao rompimento das pontes de hidrogênio.

A dilatação anômala da água

A D ILSO N S E CC O

(25)

No entanto, no aquecimento de 0 oC a 4 oC, o rompimento das

pontes de hidrogênio ainda prevalece sobre o afastamento das moléculas devido ao aumento da temperatura.

Nessa faixa de temperatura, o aquecimento da água ainda provoca uma diminuição em seu volume.

A dilatação anômala da água

A D ILSO N S E CC O

(26)

O volume da água só aumenta a partir de 4 ºC, quando ocorre a predominância do afastamento das moléculas pelo aumento da temperatura.

A dilatação anômala da água

A D ILSO N S E CC O

(27)

Como consequência da variação de volume da água, verifica-se que sua densidade atinge um valor máximo quando sua

temperatura se encontra em 4 ºC.

A dilatação anômala da água

A D ILSO N S E CC O

(28)

ANOTAÇÕES EM AULA

Coordenação editorial: Juliane Matsubara Barroso

Elaboração de originais: Carlos Magno A. Torres, Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo Cesar M. Penteado

Edição de texto: Eugênio Dalle Olle, Fabio Ferreira Rodrigues, Fernando Savoia Gonzalez, João Batista Silva dos Santos,

Livia Santa Clara de Azevedo Ferreira, Lucas Maduar Carvalho Mota, Luiz Alberto de Paula e Silvana Sausmikat Fortes

Preparação de texto: Silvana Cobucci Leite Coordenação de produção: Maria José Tanbellini

Iconografia: Daniela Baraúna, Érika Freitas, Fabio Yoshihito Matsuura, Flávia Aline de Morais e Monica de Souza Diagramação: Mamute Mídia

EDITORA MODERNA

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Editor assistente de arte: Eduardo Bertolini

Assistentes de arte: Ana Maria Totaro, Camila Castro e Valdeí Prazeres Revisores: Antonio Carlos Marques, Diego Rezende e Ramiro Morais Torres © Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados.

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