O aumento da temperatura de um corpo geralmente produz aumento em seu volume, seja em líquidos ou em sólidos. De maneira similar à dilatação linear, o aumento do volume será proporcional à variação de temperatura, caso ela seja menor do que 100°C. Veja a seguir o que é a dilatação volumétrica e como calcular, além de exemplos cotidianos e vídeos sobre o assunto. Publicidade Quando a temperatura de um determinado
material aumenta, geralmente seu volume também vai aumentar. Caso a temperatura do corpo diminua, é esperado que o volume diminua também. Considere um corpo com volume inicial V0. Após receber energia térmica, sua temperatura aumenta e, consequentemente, seu volume também aumenta para um volume V, de forma que há uma variação volumétrica (ΔV= V – V0). Como calcular a dilatação volumétricaComo dito anteriormente, para casos nos quais a variação da temperatura seja inferior a 100°C, o volume varia de maneira proporcional à temperatura. Dessa forma, o cálculo da dilatação volumétrica será: ΔV= V0.Ɣ.ΔT Em que, Publicidade
Note que a unidade de medida do volume está em unidades do Sistema do Internacional (SI). Porém, essas unidades podem ser centímetros cúbicos (cm3), litros (L), etc. Não há problema em utilizar outras unidades de medida, desde que tanto a variação do volume quanto o volume inicial estejam no mesmo sistema de medidas. A variação da temperatura não está em unidades do SI. Porém, também não há diferença entre utilizar a variação da temperatura em graus Celsius ou em Kelvin, visto que a variação de temperatura em ambas as escalas é a mesma (ΔK=ΔºC). A unidade de medida do coeficiente de dilatação volumétrica é o inverso da unidade da temperatura, e a constante física do coeficiente de dilatação térmica é uma característica intrínseca do material. Há também a conversão entre os coeficientes de dilatação térmica linear, superficial e volumétrica de um material: Publicidade Todo EstudoEm que,
Dilatação volumétrica de sólidos e líquidosA dilatação volumétrica se comporta de maneira distinta nos sólidos e nos líquidos. Além disso, algumas substâncias, como a água, possuem uma dilatação anômala ou incomum. A expansão em sólidos obedece às características citadas acima. Vejamos as características da dilatação volumétrica em líquidos. Dilatação volumétrica em líquidosAssim como na dilatação dos sólidos, a dilatação volumétrica em líquidos ocorre quando sua temperatura aumenta. Dessa forma, precisamos conhecer o coeficiente de dilatação térmica do líquido e, também, o coeficiente de dilatação térmica do recipiente no qual ele se encontra. Assim, calculamos a dilatação aparente (que é a dilatação do líquido) e a dilatação do recipiente (que é uma dilatação de sólidos). Todo EstudoDessa forma, as equações são: ΔVaparente= V0aparente.Ɣlíquido.ΔT Publicidade Em que,
ΔVrecipiente= V0recipiente.Ɣrecipiente.ΔT Em que,
Assim, a variação de volume real é dada por: ΔVreal= ΔVaparente+ΔVrecipiente Em que,
Dilatação anômala da águaTodo EstudoAlgumas substâncias, como a água, possuem uma dilatação fora do comum. No caso do aquecimento entre 0°C e 4°C, a água se comprime ao invés de dilatar. Exemplos cotidianosVocê já deve ter reparado que em algumas construções, como pontes e viadutos, há um pequeno espaço entre as peças de concreto. Esse espaço existe por um motivo e não é para economizar nos gastos. Ele está lá para compensar a dilatação térmica volumétrica sofrida pelo concreto com a variação da temperatura. Você já tentou abrir um pote de conserva e falhou? Muito provavelmente deve ter visto, em alguma rede social, que, para abrir o pote, basta aquecê-lo. Isso acontece porque os coeficientes de dilatação do vidro e do aço são diferentes e, ao esquentar o pote, a tampa dilata mais que o vidro, facilitando a abertura. Vídeos sobre dilatação volumétricaAgora que já vimos o que é a dilatação volumétrica, que tal assistir a alguns vídeos explicativos sobre o assunto? Experimento de dilatação volumétrica com uma esferaVeja uma aplicação prática da dilatação volumétrica. Dilatação térmica em sólidosVamos aprofundar nossos conhecimentos sobre dilatação térmica! Aplicação tecnológica da dilatação térmicaVeja uma aplicação tecnológica da dilatação térmica: o disjuntor térmico! A dilatação térmica está muito presente em nosso cotidiano, e agora você já sabe um pouco mais sobre como explicá-la fisicamente. Para completar seus estudos e ampliar o conhecimento, é importante estudar também outros conceitos da termodinâmica. ReferênciasYOUNG, H. D. Física II: Termodinâmica e ondas. São Paulo: Addison Wesley, 2008. Por Hugo Shigueo TanakaDivulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Como referenciar este conteúdo Tanaka, Hugo Shigueo. Dilatação volumétrica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/dilatacao-volumetrica. Acesso em: 25 de December de 2022. 1. [IF-Sul] Um copo de vidro de 50 g de massa possui 100 g de água que o preenche até a “boca”. O sistema está inicialmente em equilíbrio térmico a uma temperatura de 4°C. O gráfico mostra como se comporta o volume do vidro e da água em função da temperatura. De acordo com o comportamento anômalo da água ou analisando o gráfico concluímos que o nível de água no copo irá: a) diminuir, se a temperatura do sistema diminuir. b) diminuir, independentemente de a temperatura do sistema aumentar ou diminuir. c) transbordar, independentemente de a temperatura do sistema aumentar o diminuir. d) transbordar, somente se a temperatura do sistema aumentar. De acordo com o gráfico, a 4°C, temos o menor volume de água na pressão normal. Ao aumentar a temperatura, a água dilata, o que faz com que o líquido transborde. Resposta correta: C. 2. [UFRGS ] Quando se fornece calor a uma substância, podem ocorrer diversas modificações decorrentes de propriedades térmicas da matéria e de processos que envolvem a energia térmica. I. Todos os materiais quando aquecidos, expandem-se. Quais estão corretas? A primeira afirmativa é FALSA. A água, por exemplo, possui uma dilatação anômala. A segunda afirmativa é VERDADEIRA. A temperatura de ebulição de um líquido varia conforme a pressão. Quanto maior a pressão, maior a temperatura de ebulição. A terceira afirmativa é VERDADEIRA. O calor latente de vaporização é a energia necessária para vaporizar uma massa de água. Resposta correta: D. O que acontece com o volume dos corpos ao serem aquecidos?Quanto mais agitadas estiverem as moléculas de um determinado objeto, mais afastadas elas estarão entre si. O resultado disso é um aumento no tamanho do objeto, ou seja, quando aquecido, ele sofre uma dilatação.
Como podemos explicar o fenômeno da dilatação dos corpos quando são aquecidos?Dilatação térmica é um fenômeno físico decorrente do aumento da temperatura de um corpo. Quando um corpo é exposto a alguma fonte de calor, sua temperatura pode sofrer variações, aumentando a agitação das moléculas, que oscilam em torno de um espaço maior.
O que acontece com a densidade de um corpo quando sofre aumento de temperatura e se for a água?Sim, a densidade diminui à medida que a temperatura aumenta.
Em que situação um corpo material pode diminuir o volume?Quando quebramos algum objeto estamos partindo-o em pedaços menores que o inicial. É a capacidade que toda matéria tem de diminuir seu volume quando uma força é exercida sobre ela.
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