Dilatação linear

Dilatação térmica linear é um fenômeno em que um corpo de formato alongado sofre um aumento em seu comprimento por conta de um aumento de temperatura. A dilatação sofrida por um corpo depende de fatores como a variação de temperatura sofrida e o coeficiente de dilatação característico de cada substância.

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Dilatação térmica

Dilatação térmica é o acréscimo no tamanho dos corpos decorrente de um aumento da agitação térmica das moléculas. Com o aumento de temperatura, as moléculas passam a mover-se com amplitudes maiores, dessa forma, ocupam um espaço maior. Existem basicamente três classificações para a dilatação térmica, são elas:

• Dilatação térmica linear: ocorre nos corpos de formato alongado, como fios, cabos, barras de metal etc.

• Dilatação térmica superfícial: predomina em objetos que têm formato superfícial, como azulejos, placas metálicas etc.

• Dilatação térmica volumétrica: é muito comum em líquidos e gases, entretanto pode ocorrer em sólidos que apresentem dimensões de tamanhos similares.

Neste texto falaremos com mais detalhes sobre a dilatação térmica linear, vamos lá?

Dilatação térmica linear

Quando um fio é aquecido, seu comprimento aumenta, graças ao aumento da movimentação de suas moléculas. Como o comprimento do fio é a sua dimensão mais relevante, dizemos que ele sofre majoritariamente uma dilatação térmica linear, apesar de a expansão ocorrer em todas as direções.

A dilatação linear, que é um aumento de comprimento, pode ser calculada pela expressão a seguir:

ΔL – dilatação linear (m)

L₀ – comprimento inicial (m)

L_F – comprimento inicial (m)

α – coeficiente de dilatação linear (ºC^-1)

ΔT – variação de temperatura (ºC)

Exemplos de dilatação térmica linear

Confira alguns exemplos de situações em que ocorre a dilatação linear:

• Em dias quentes, os fios dos postes apresentam uma catenária mais acentuada, uma vez que o comprimento dos fios aumenta.

• Os trilhos dos trens e as pontes apresentam juntas de dilatação, que são pequenos espaços entre blocos de concreto ou metal, cuja função é evitar os danos às estruturas devido à dilatação térmica.

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Tabela de coeficientes de dilatação linear

Na figura a seguir, apresentamos uma tabela com o módulo do coeficiente de dilatação linear para alguns materiais comuns, confira:

Exercícios sobre dilatação linear

Questão 1) (UFG) Uma longa ponte foi construída e instalada com blocos de concreto de 5 m de comprimento a uma temperatura de 20 °C em uma região na qual a temperatura varia ao longo do ano entre 10 °C e 40 °C. O concreto destes blocos tem coeficiente de dilatação linear de 10^-5 °C^-1. Nessas condições, qual distância em cm deve ser resguardada entre os blocos na instalação para que, no dia mais quente do verão, a separação entre eles seja de 1 cm?

a) 1,01

b) 1,10

c) 1,20

d) 2,00

e) 2,02

Gabarito: Letra A

Resolução:

Para calcular a distância entre os blocos, precisamos determinar a dilatação sofrida por cada bloco, confira:

Considerando-se o cálculo feito acima, a resposta correta é a letra A.

Questão 2) (Enem PPL) Para a proteção contra curtos-circuitos em residências são utilizados disjuntores, compostos por duas lâminas de metais diferentes, com suas superfícies soldadas uma à outra, ou seja, uma lâmina bimetálica. Essa lâmina toca o contato elétrico, fechando o circuito e deixando a corrente elétrica passar. Quando da passagem de uma corrente superior à estipulada (limite), a lâmina se curva para um dos lados, afastando-se do contato elétrico e, assim, interrompendo o circuito. Isso ocorre porque os metais da lâmina possuem uma característica física cuja resposta é diferente para a mesma corrente elétrica que passa no circuito.

A característica física que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de:

a) dureza

b) elasticidade

c) dilatação térmica

d) compressibilidade

e) condutividade elétrica

Gabarito: Letra C

Resolução:

As laminas curvam-se por conta dos diferentes coeficientes de dilatação de cada material, que fazem com que uma delas cresça mais que a outra, logo, a alternativa correta é e letra C.

Questão 3) (UEFS) Quase todas as substâncias, sólidas, líquidas ou gasosas, se dilatam com o aumento da temperatura e se contraem quando sua temperatura é diminuída, e esse efeito tem muitas implicações na vida diária. Uma tubulação de cobre, cujo coeficiente de dilatação linear é 1,7.10^-5 ºC^-1, de comprimento igual a 20,5 m, é usada para se obter água quente.

Considerando-se que a temperatura varia de 20 ºC a 40 ºC, conclui-se que a dilatação sofrida pelo tubo, em mm, é igual a:

a) 7,43

b) 6,97

c) 5,75

d) 4,86

e) 3,49

Gabarito: Letra B

Resolução:

Vamos calcular a dilatação sofrida pelo tubo, observe:

Com base no cálculo feito acima, a resposta correta é letra B.