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:
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Dilatação térmica linear: ocorre nos corpos de formato alongado, como fios, cabos, barras de metal etc.
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Dilatação térmica superfícial: predomina em objetos que têm formato superfícial, como azulejos, placas metálicas etc.
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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)
LF – 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:
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Em dias quentes, os fios dos postes apresentam uma catenária mais acentuada, uma vez que o comprimento dos fios aumenta.
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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:
Material |
Coeficiente de dilatação linear (ºC-1) |
Vidro |
3.10-6 |
11.10-6 |
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Concreto |
12.10-6 |
17.10-6 |
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22.10-6 |
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26.10-6 |
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.