Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Física não precisa ser difícil! Confira aqui um resumo completo sobre Dilatação dos Sólidos e se prepare para gabaritar sua prova!

Uma maneira bem simples e direta de descrever o estudo da Dilatação é: parte da Física que estuda a variação no tamanho do corpo, sendo essa variação no tamanho causada por uma variação na temperatura do corpo.

Ou seja, o corpo terá sua temperatura modificada e, consequentemente, suas dimensões irão mudar.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Temperatura

Temperatura é o grau de agitação das moléculas. Quanto mais agitadas, maior a temperatura.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Moléculas mais agitadas no corpo quente e menos agitadas no corpo frio

Dilatação de Sólidos

Vimos que, conforme aumenta a temperatura, ocorre um aumento nas dimensões do corpo e que a temperatura é o grau de agitação das moléculas. Quanto maior é a agitação das moléculas, mais colisões existem entre elas, fazendo com que ocorra uma separação molecular maior.

A Dilatação dos Sólidos pode ser de 3 tipos:

Dilatação Linear

Quando apenas uma de suas dimensões é analisada. Geralmente é aplicado na dilatação de barras e cabos.

A variação no comprimento do sólido é dada pela expressão:

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Onde Δl é a variação do comprimento da barra, α é o coeficiente de dilatação linear do material e ΔT é a variação da temperatura.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Variação em apenas uma dimensão é chamada de dilatação linear

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Podemos utilizar a equação da seguinte forma também:

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Dilatação superficial

Quando duas de suas dimensões são analisadas. Geralmente é aplicado na dilatação de placas ou chapas.

A variação na área do sólido é dada pela expressão:

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Onde ΔA é a variação na área da placa, β é o coeficiente de dilatação superficial do material e ΔT é a variação da temperatura.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Variação em duas dimensões é chamada de dilatação superficial

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Podemos utilizar a equação da seguinte forma também:

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Dilatação volumétrica

Quando as três dimensões são analisadas. É aplicado a qualquer sólido em que as três dimensões tem comprimento variáveis.

A variação no volume do sólido é dada pela expressão:

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Onde Δ V é a variação no volume do sólido, γ é o coeficiente de dilatação volumétrico do material e ΔT é a variação da temperatura.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Variação em três dimensões é chamada de dilatação volumétrica

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Podemos utilizar a equação da seguinte forma também:

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Coeficientes de Dilatação

A unidade padrão do SI para os coeficientes de dilatação é o grau Celsius recíproco (°C-1). Os três coeficientes de dilatação se relacionam da seguinte maneira:

β=2α e γ=3α

Uma dica: grave sempre que o α é o coeficiente de dilatação linear (uma dimensão) e que, conforme é acrescentado uma dimensão, acrescenta-se 1α no coeficiente de dilatação.

Lâminas Bimetálicas

São lâminas de materiais diferentes que estão unidas e sofrerão a mesma variação de temperatura. Como a variação na temperatura das lâminas é a mesma e o material é diferente (diferentes coeficientes de dilatação) um dos materiais da lâmina ira se dilatar mais do que o outro, curvando a lâmina.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

O metal com maior coeficiente de dilatação tem maior variação na dimensão

Como a variação na dimensão é diretamente proporcional ao coeficiente de dilatação, o material com maior coeficiente de dilatação terá a maior dilatação.

Exercícios

1. (UNESP-SP) A lâmina bimetálica da figura abaixo é feita de cobre (α= 1,4 x 10-5°C-1) e de alumínio (α = 2,4 x 10-5°C-1). Uma das partes não pode deslizar sobre a outra e o sistema está engastado numa parede.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

Se na temperatura ambiente (27 °C) ela é horizontal, a afirmativa correta sobre o comportamento da lâmina (α é o coeficiente de dilatação linear) é:

a) Sempre se curva para baixo quando muda a temperatura.
b) Sempre se curva para cima quando muda a temperatura.
c) Curva-se para baixo se θ > 27 °C e para cima de θ < 27 °C.
d) Curva-se para cima se θ > 27 °C e para baixo se θ < 27 °C.
e) Somente se curva se θ > 27 °C.

2. (FGV-SP) Um serralheiro monta, com o mesmo tipo de vergalhão de ferro, a armação esquematizada.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

A barra transversal que liga os pontos A e B não exerce forças sobre esses pontos. Se a temperatura da armação for aumentada, a barra transversal

a) continua não exercendo forças sobre os pontos A e B.
b) empurrará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes maior que o novo tamanho que deveria assumir.
c) empurrará os pontos A e B, pois ficará (L0)αΔT  vezes maior que o novo tamanho que deveria assumir.
d) tracionará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes menor que o novo tamanho que deveria assumir.
e) tracionará os pontos A e B, pois ficará (L0)αΔT vezes menor que o novo tamanho que deveria assumir.

3. (UFRJ-RJ) Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (αAl = 24 x 10-6C-1) e uma haste de aço (αaço = 12 x 10-6 C-1), e todas inicialmente à mesma temperatura.

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta?

O sistema é, então, submetido a um processo de aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.
Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento, a figura formada pelas hastes estará mais próxima de um:

a) quadrado.
b) retângulo.
c) losango.
d) trapézio retângulo.
e) trapézio isósceles.

Gabarito

1. D

2. A

3. E

Por que um corpo altera suas dimensões quando sua temperatura aumenta Assinale a resposta correta?

Dessa forma, o aumento das dimensões do corpo se dá pelo aumento do espaço entre as moléculas que compõem o corpo. Diante disso, se o aumento de temperatura produz expansão térmica do corpo, uma redução de temperatura provocará diminuição de volume, isto é, provocará a contração do corpo.

Quando o calor provoca o aumento das dimensões de um corpo ocorre uma?

Dilatação Térmica é a variação que ocorre nas dimensões de um corpo quando submetido a uma variação de temperatura. De uma maneira geral, os corpos, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos, aumentam suas dimensões quando aumentam sua temperatura.

Quando um corpo tem um aumento de suas dimensões devido ao aumento da temperatura é porque ele sofreu?

A dilatação térmica acontece quando um determinado corpo sofre um aumento na sua temperatura, resultando no aumento do seu volume. Isso acontece porque no momento em que a temperatura é aumentada, as moléculas presentes nesse corpo, se agitam e geram o aumento da distância entre elas.

Por que os corpos se dilatam com o aumento da temperatura?

Se a temperatura de um corpo aumenta, conseqüentemente, aumenta a velocidade de seus átomos e moléculas, que passam, então, a se movimentar rapidamente, ocorrendo um aumento no afastamento médio entre os átomos, o que causa um aumento nas dimensões do corpo, ou seja, de seu volume, e isto é o que se chama dilatação.