Dilatação Linear sólido Fórmula
Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais. Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido.
Nesse caso, temos a dilatação Linear (ΔL).
Primeiras noções
O termo tem sua origem na sensação de “Quente” ou “Frio”, que podemos sentir pelo contato com o corpo.
Através do sentido do tato podemos constatar que as propriedades do corpo variam, quando ele se aquece ou se resfria. Vejam os exemplos a seguir:
- Uma barra, um fio, alonga‑se quando o aquecemos; é o fenômeno da Dilatação Linear.
- Um sólido aumenta o volume quando aquecido; é o fenômeno da Dilatação Cúbica.
- Ao aquecer um balão de vidro cheio d’água, o nível baixa a princípio, devido à dilatação do invólucro, mas sobe depois além do nível primitivo, o que mostra que a dilatação dos Líquidos é, em geral maior do que a dos sólidos.
- Quando se mantém constante a pressão, um gás aumenta o seu volume com o aquecimento.
- A resistência elétrica de um fio metálico aumenta quando o aquecemos. Seja um fio condutor levado ao vermelho sombrio pela corrente elétrica que o percorre e resfriado por imersão em água de urna parte do fio. A parte não mergulhada se torna vermelho vivo, o que indica passagem de corrente mais intensa e, portanto, diminuição da resistência na parte mergulhada.
Em resumo, sem tocá‑lo, podemos saber se um corpo se aquece ou se resfria mediante o exame da variação de uma de suas propriedades.
Temperatura
Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas, as moléculas, que estão em contínuo movimento.
Quanto mais rápido o movimento das moléculas mais quente o corpo e quanto mais lento mais frio.
Calor
“O Calor consiste no movimento das partículas de um corpo” – Isaac Newton
É a energia cinética das moléculas, energia em trânsito.
Equilíbrio Térmico
Do maior potencial ao menor. Ausência de troca de energia entre os corpos.
Quanto maior a temperatura de um corpo, maior a vibração das moléculas.
Estrutura do Sólido
Nos sólidos, as moléculas vibram em torno de posições fixas.
Estrutura do Líquido
Nos líquidos as moléculas vibram, mas mudam constantemente de posições.
Estrutura do gás
No gás, as moléculas movem-se livremente a grande velocidade e sem nenhuma ordem.
MODOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
É DEFINIDA COMO A ENERGIA DE UMA REGIÃO A OUTRA, SENDO A DIFERENÇA DE POTENCIAL TÉRMICO ENTRE ELAS.
Se um bloco quente de cobre é colocado num recipiente com água fria, observa‑se que o cobre esfria e a água se aquece, até que seja atingido o equilíbrio de temperatura.
Os aumentos da temperatura da água e sua queda no cobre são devidos a passagem de uma forma de energia do cobre para a água. Dessa energia chega‑se ao conceito de calor.
“O CALOR é definido como sendo a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema, em virtude da diferença de temperatura”.
A transmissão de calor pode ser definida como a transmissão de energia de uma região a outra, como resultado da diferença de temperatura entre elas.
Como existem diferenças de temperaturas em todo o universo, os fenômenos de fluxo de calor são tão universais quanto os associados às atrações gravitacionais.
Ao contrário da gravidade, entretanto, o fluxo de calor não é governado por uma única relação, mas por uma combinação de várias leis da física.
Temos três modos distintos de transmissão de calor: CONDUÇÃO, RADIAÇÃO e CONVECÇÃO.
CONDUÇÃO
A condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra mais baixa, dentro de um meio (sólido, líquido ou gasoso) ou entre meios diferentes em contato físico direto.
No fluxo de calor por condução a energia é transmitida por meio de comunicação molecular direta, sem apreciável deslocamento das moléculas.
RADIAÇÃO
A radiação ou calor radiante é um processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa quando eles estão separados no espaço, ainda que exista um vácuo entre eles.
O CALOR RADIANTE, NO VÁCUO, ATINGE A VELOCIDADE DA LUZ DE 300 mil km/s.
O termo radiação é em geral aplicado para todas as espécies de fenômenos de ondas eletromagnéticas. Na transmissão de calor, são de interesse apenas os fenômenos que resultam da diferença de temperatura e podem transportar energia através de um meio onde exista o vácuo ou através do espaço.
Essa energia é o Calor Radiante.
Todos os corpos emitem calor radiante de modo constante. A intensidade das emissões depende da temperatura e da natureza da superfície.
A energia radiante tem a velocidade da luz (300 mil km/s) como à radiação da luz.
De fato, de acordo com a teoria eletromagnética, a luz e a radiação térmica diferem apenas nos comprimentos de onda.
O calor radiante irradia de um corpo na forma de impulsos ou “quantum” de energia.
CONVECÇÃO
A convecção é um processo de transporte de energia pela ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento de mistura. A convecção é mais importante como mecanismo de transferência de energia (calor) entre uma superfície sólida e um líquido ou gás.
DILATAÇÃO TÉRMICA DOS CORPOS
De um modo geral, quando aumenta a temperatura de um corpo (sólido ou líquido), aumenta também a agitação das partículas que formam esse corpo.
Isso causa um afastamento entre as partículas, e assim um aumento nas dimensões do corpo (dilatação térmica).
Por outro lado, uma diminuição na temperatura de um corpo acarreta uma redução em suas dimensões.
Na construção civil, por exemplo, para prevenir possíveis trincas e rupturas por causa da dilatação térmica dos materiais, utilizam-se as ” folgas”, chamados de juntos de dilatação.
De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos.
Linear
Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais.
Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido.
Superficial
É a variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura.
Volumétrica
Vamos considerar a variação de volume, isto é, a dilatação nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura).
DILATAÇÃO DA ÁGUA
A dilatação de um sólido com o aumento de temperatura ocorre porque com o aumento da energia térmica aumentam as vibrações dos átomos e moléculas que formam o corpo, fazendo com que passem para posições de equilíbrio mais afastadas que as originais.
OBS.: Na água ocorre fenômeno inverso de 0 a 4ºC. Portanto para dada massa de água, a 4ºC ela apresenta um volume mínimo. Lembrando que a densidade é dada pela relação entre a massa e seu volume (d = m/v), concluímos que a 4ºC a água apresenta densidade máxima.
O comportamento da água explicam por que, nas regiões de clima muito frio, os lagos chegam a ter suas superfícies congeladas, enquanto no fundo a água permanece líquida a 4ºC. Como a 4ºC água tem densidade máxima, ela permanece no fundo não havendo possibilidade de se estabelecer o equilíbrio térmico por diferença de densidade.
CORPOS “OCOS”
“Corpos ocos se dilatam como se não fossem ocos.”
Exemplos:
a) Um anel de aço, ao se dilatar, comporta-se como um disco de aço.
b) Um furo em uma chapa de ferro se dilata, quando aquecido, como se fosse feito de ferro .
c) Um cubo oco de cobre se dilata, quando aquecido, como se fosse sólido.
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