Dilatação Térmica do Sólidos – Revisão de Física Enem. Confira.

Revisão completa sobre a Dilatação Térmica dos Sólidos. Conteúdo de Física para o Enem e o Vestibular. Confira abaixo.

A dilatação e a contração térmica

O aquecimento de um corpo provoca um aumento de temperatura e, consequentemente, faz com que todas as dimensões do corpo (comprimento, largura e altura) aumentem e dizemos que o corpo sofreu uma dilatação térmica.

Por outro lado, um resfriamento provoca uma diminuição do estado de agitação das partículas e, consequentemente, uma diminuição nas dimensões do corpo. Dizemos, então, que o corpo sofre uma contração térmica.

Dica 1 – Termômetros, Pontos Fixos e Escalas Termométricas são o assunto desta aula de revisão sobre Temperatura para a prova de Física Enem – https://blogdoenem.com.br/escalas-termometricas-fisica-enem/

Consideremos, para simplificar, o corpo cúbico, mostrado a seguir que, a uma temperatura inicial 0, tem aresta L0, área da face A0 e volume V0. Após um aquecimento, sua temperatura passa a , sua nova aresta passa a ser L, a nova área da face A e o novo volume V.

Dilatação térmica linear

A dilatação térmica linear é o aumento em qualquer medida de comprimento do corpo quando sua temperatura aumenta, por exemplo, no cubo da figura anterior, L= L – L0.

Dica 2 – Você lembra a definição de atrito e como a força atua em um plano inclinado? Hora de revisar este conteúdo de Física e ficar pronto para gabaritar no Enem!  – https://blogdoenem.com.br/atrito-fisica-enem/

A dilatação térmica linear de um corpo pode ser mais bem entendida a partir de experimentos em laboratórios. Com esses experimentos podemos concluir que:

• a dilatação térmica linear, L, é diretamente proporcional à variação de temperatura , ou seja, quanto maior a variação de temperatura, maior será a dilatação térmica linear (L );
• a dilatação térmica linear, L, é diretamente proporcional ao comprimento inicial L0 do corpo, ou seja, quanto maior o comprimento inicial, maior será a dilatação térmica linear (L L0);
• a dilatação térmica linear depende do material de que é feito o corpo.

Assim, podemos estabelecer uma lei geral que rege a dilatação térmica linear de um sólido:

Nesta expressão, a constante de proporcionalidade a é chamada de coeficiente de dilatação linear, e seu valor muda de acordo com o material de que é feito o corpo. Este coeficiente é geralmente medido em °C –1.

Entenda melhor a dilatação linear com a aula da prof. Lia:

Dilatação térmica superficial

A partir da lei da dilatação térmica linear dos sólidos, , pode-se demonstrar que a dilatação térmica superficial dos sólidos é regida pela lei

Nessa expressão, b é o coeficiente de dilatação térmica superficial do material, também medido em °C–1.

O coeficiente de dilatação superficial de um material depende do valor do coeficiente de dilatação linear desse material e pode-se demonstrar que:

Dilatação térmica volumétrica

Mais uma vez, a partir da lei da dilatação térmica linear dos sólidos, , pode-se demonstrar que a dilatação térmica volumétrica dos sólidos é regida pela lei:

Nessa expressão, g é o coeficiente de dilatação térmica volumétrica do material, também medido em °C –1.

Dica 3 – Revise os conceitos de Física de Movimentos com esta aula de Exercícios Padrões para a prova de Física Enem – https://blogdoenem.com.br/movimento-padroes-fisica-enem/

O coeficiente de dilatação volumétrica de um material, assim como o coeficiente de dilatação superficial, também depende do valor do coeficiente de dilatação linear desse material. Neste caso:

Observações

• Um corpo homogêneo, isto é, feito de um único material, dilata-se (ou contrai-se) proporcionalmente.
• Os espaços vazios de um corpo homogêneo, dilatam-se (ou contraem-se) como se fossem preenchidos pelo material que os rodeia.

Saiba mais sobre dilatação térmica superficial e volumétrica com mais esta aula da prof. Lia:

Desafios para você responder e compartilhar

Questão 1

(VUNESP-SP) 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  = 11·10–6 °C–1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30 m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?

a) 11·10–4 m.

b) 33·10–4 m.

c) 99·10–4 m.

d) 132·10–4 m.

e) 165·10–4 m.

Questão 2

(VUNESP–SP) Duas lâminas metálicas, a primeira de latão e a segunda de aço, de mesmo comprimento à temperatura ambiente, são soldadas rigidamente uma à outra, formando uma lâmina bimetálica, conforme a figura a seguir:

O coeficiente de dilatação térmica linear do latão é maior que o do aço. A lâmina bimetálica é aquecida a uma temperatura acima da ambiente e depois resfriada até uma temperatura abaixo da ambiente. A figura que melhor representa as formas assumidas pela lâmina bimetálica, quando aquecida (forma à esquerda) e quando resfriada (forma à direita), é:

a)

b)

c)

d)

e)

Questão 3

(Mack–SP) Uma placa de alumínio (coeficiente de dilatação linear do alumínio  = 2·10–5 °C–1), com 2,4 m2 de área à temperatura de –20 °C, foi aquecido à 176 °F. O aumento de área da placa foi de:

a) 24 cm2

b) 48 cm2

c) 96 cm2

d) 120 cm2

e) 144 cm2

Questão 4

(Mack-SP) A dilatação de um corpo, ocorrida por causa do aumento de temperatura a que foi submetido, pode ser estudada analiticamente. Se esse corpo, de massa invariável e sempre no estado sólido, inicialmente com temperatura , for aquecido até atingir a temperatura 2⋅θ0, sofrerá uma dilatação volumétrica ΔV. Conseqüentemente, sua densidade:

a) passará a ser o dobro da inicial.

b) passará a ser metade da inicial.

c) aumentará, mas certamente não dobrará.

d) diminuirá, mas certamente não se reduzirá à metade.

e) poderá aumentar ou diminuir, dependendo do formato do corpo.

Questão 5

(UFRS) Uma barra de aço e uma barra de vidro têm o mesmo comprimento à temperatura de 0°C, mas, a 100 °C, seus comprimentos diferem de 0,1 cm. Considere os coeficientes de dilatação linear do aço e do vidro, respectivamente, iguais a 12·10–6 °C–1 e 8·10–6 °C–1.

Qual é o comprimento das duas barras à temperatura de 0 °C?

a) 50 cm

b) 83 cm

c) 125 cm

d) 250 cm

e) 400 cm

Você consegue resolver estes exercícios? Então resolva e coloque um comentário no post, logo abaixo, explicando o seu raciocínio e apontando a alternativa correta para cada questão. Quem compartilha a resolução de um exercício ganha em dobro: ensina e aprende ao mesmo tempo. Ensinar é uma das melhores formas de aprender!