Dilatação Térmica - Brasil Escola

[Música] Fala amigo estudante aqui é o professor Joab e na nossa aula de física de hoje nós vamos falar sobre a dilatação térmica quando uma substância sofre variações de temperatura ela vai sofrer dilatação ou contração sempre quando uma substância receber calor a temperatura dela vai aumentar e ela vai sofrer dilatação quando a substância perde calor A temperatura vai diminuir e por consequência ela vai sofrer uma contração a dilatação e a contração acontecem com sólidos líquidos ou com os gases sempre quando essas substâncias eh sofrem variações de temperatura elas vão sofrer dilatações no caso de aumento de temperatura ou contrações no caso da diminuição da temperatura no nosso cotidiano existem alguns elementos que são eh armados prevendo as dilatações por exemplo na construção das linhas de trem os trilhos são colocados com o espaço de um trilho pro outro esse espaço é Deixado Para que quando o sol incida sobre o trilho ele vai se dilatar Então esse espaço é Deixado Para que o trilho tenha espaço para se dilatar caso esse espaço não exista o trilho seja colocado colado um no outro quando os trilhos se dilatarem todo o caminho do trem será entortado e vai perder o caminho do trem vai perder o trabalho eh na nossa casa por exemplo a as tampas de conserva geralmente não saem elas são difíceis de de serem retiradas o que pode ser feito uma das coisas que pode ser feito é ser colocar água quente sobre a tampa jogar água quente em cima da tampa o que vai acontecer é que a tampa metálica vai se dilatar e vai ser mais fácil a retirada dessa tampa então no nosso cotidiano Existem muitos outros exemplos de dilatação quando o material está exposto a variações de temperatura ele pode dilatar sofrer dilatação ou ele pode também sofrer a contração o que acontece o aumento de temperatura intensifica a vibração molecular eh e desse modo as partículas que compõem as substâncias se afastam o que tá acontecendo é o seguinte as substâncias possuem as partículas que as compõem as moléculas que as compõem Então vamos pensar aqui num elemento estado sólido por exemplo né que tem essa estrutura as moléculas que compõem esse elemento estão muito Unidas mas estão em constante vibração lembra que temperatura é a medida do grau de vibração molecular quando nós fornecemos calor para esse sistema fornecemos calor para esse corpo a vibração molecular vai se tornar mais intensa e por consequência as moléculas vão se afastar quando elas se afastam ocorre a ação do material a contração é o processo inverso pensa que o material está assim com uma alta agitação molecular a diminuição da temperatura vai diminuir a agitação molecular e por consequência essas moléculas vão se aproximar-se agrupar diminuindo o material de modo que ele vai sofrer uma contração o que acontece é que cada material exposto às variações de temperaturas sofre uma uma ah ação ou contração característica Então olha só diferentes materiais submetidos às mesmas variações de temperatura sofrem dilatações diferentes cada material se comporta de um jeito diferente diante das variações de temperatura então se eu colocar por exemplo Ouro e Prata que são dois metais diferentes submetido às mesmas variações de temperatura eles sofrerão dilatação ou contração diferente porque são materiais que apresentam características diferentes e se tratando da dilatação dos sólidos nós vamos falar da dilatação linear que ocorre eh quando o corpo sofre expansão em uma dimensão apenas ou seja só um aumento no comprimento do corpo Então olha só nós temos aqui uma barra você pode imaginar uma barra metálica por exemplo que tem um comprimento Inicial l0 então L para nós agora Vai representar comprimento comprimento Inicial l0 essa barra foi submetida a uma variação de temperatura nesse caso houve um aumento de temperatura Então o que aconteceu a agitação molecular se tornou mais intensa e as moléculas se afastaram de modo que o material sofreu dilatação então ele tinha um tamanho l0 agora ele passa para um tamanho l ele cresceu del L representa o aumento o quanto que esse material sofreu dilatação o quanto ele se dilatou então l0 tamanho Inicial L é o tamanho final para onde esse material foi e del L é o tanto que ele cresceu del L vai ser o resultado de L - l0 é a subtração do tamanho final da Barra pelo tamanho Inicial e se tratando da dilatação desse material nós vamos perceber o seguinte que o delta L que tá aqui ele é diretamente proporcional à variação de temperatura Como assim se a variação de temperatura for bem pequena o Del L também vai ser bem pequeno o material vai dilatar pouco se a variação de temperatura for alta o Del L vai ser grande o material vai dilatar muito então o que nós percebemos é o seguinte que del L é diretamente proporcional à variação de temperatura a variação do tamanho da Barra é diretamente proporcional à variação de temperatura esse Alfa is significa é um sinal para proporcionalidade o que nós percebemos também é que o Del L é diretamente proporcional ao tamanho inicial da Barra então se nós temos del L proporcional a del T del L proporcional ao l0 nós podemos escrever o seguinte del l o tanto que a barra cresceu é diretamente proporcional ao produto do l0 que é o tamanho inicial da Barra eh e del T que é a variação de temperatura sofrida pela barra agora sempre quando nós trocamos um sinal de proporção por um sinal de igualdade o preço que nós pagamos por isso é o surgimento de uma constante essa constante é chamada de coeficiente de dilatação linear nesse caso então nessa equação vai ficar assim del l o quanto que a nossa barra cresceu é igual a l0 tamanho inicial da Barra vezes Alfa agora esse Alfa significa coeficiente de dilatação linear vezes del T que é a variação de temperatura sofrida pela barra esse alfa o coeficiente de lata linear é uma grandeza que caracteriza cada material quanto maior for o coeficiente de dilatação linear de um material mais sensível ele é às variações de temp temperatura mais sensível ele vai ser as variações de temperatura e de forma mais fácil ele vai sofrer as dilatações Então esta equação nos ajuda a determinar o Del L que é o tanto que o material cresceu eu posso reescrever essa equação em função do L que é o tamanho final da Barra como que a gente faz isso é só nós imaginamos o seguinte del L é L que é o tamanho final da Barra Men l0 tamanho inicial da Barra se aqui no lugar de Del L nós substituímos L - l0 nós vamos chegar nessa equação que também pode ser usada a diferença é que essa equação determina de forma direta o tamanho final da Barra Vamos fazer um exemplo aqui ô antes do exemplo coeficiente dilatação alguns exemplos de coeficiente dilatação Aqui nós temos algumas substâncias e o valor dos coeficientes de dilatação então aço 11 x 10 a-6 e perceba a unidade de medida sempre a unidade de medida do coeficiente de dilatação é G C elevado a -1 ah cobre 16. 8 o que que eu posso dizer aqui a respeito do cobre e do aço por conta do cobre tem um coeficiente de dilatação maior do que o do aço ele se dilata de forma mais fácil é mais fácil dilatar o cobre do que o aço então submetidos aço e cobre as mesmas variações de temperatura quem vai se dilatar mais quem vai crescer mais o cobre então imagine Duas Barras uma de cobre uma de aço que tem o mesmo tamanho e elas sofrem a mesma variação de temperatura Qual das Duas Barras vai sofrer a maior dilatação aquela que tem o ma coeficiente de dilatação linear nesse caso é o cobre Vamos lá olha só o nosso exercício uma barra de ferro cujo coeficiente de dilatação é igual a 12 x 10 a-6 GC elevado a -1 a unidade que mede o coeficiente de dilatação possui um comprimento de 15 M esse 15 m é o l0 é o comprimento Inicial Então vamos lá esse 15 m é o nosso l0 comprimento Inicial e essa barra de ferro tem um coeficiente de lata o alfa de 12 x 10 a-6 ah a uma temperatura de 20 GC Então ela tem 15 m a uma temperatura de 20 GC Se a barra for aquecida até 150 GC uma temperatura final o comprimento final da Barra será de quanto então o comando da questão é o l o tamanho final da Barra então ela vai ser aquecida de 20 para 150 GC E nós queremos saber o tamanho final da Barra sabendo que ela tem inicialmente 15 M Então vamos lá que que vai acontecer vamos substituir aqui a equação que calcula o Del L que é a variação de tamanho da Barra então a variação de tamanho da Barra é l0 que é o tamanho inicial da Barra vezes Alfa que é o coeficiente de dilatação linear da Barra vezes del T que é a variação de temperatura aqui sofrida e por essa barra del l a variação de tamanho da barra vai ser tamanho Inicial Nós lemos enunciado que inicialmente essa barra tinha 15 M então 15 vezes coeficiente de ação linear lá no enunciado nós temos 12 x 10 elevado -6 agora nós temos variação de temperatura sofrida por essa barra nós lemos que inicialmente ela estava a 20º C E ela vai ser levada até 150º C variação de temperatura então vai ficar temperatura final 150º C menos a temperatura inicial que é 20 grac aqui então nós teremos del L aqui repete tudo 15 tamanho inicial da Barra 12 x 10 a- 6 coeficiente de dilatação linear 150 - 20 a variação de temperatura sofrida por essa barra 130º quando nós multiplicamos aqui 15 x 12 x 130 o resultado que nós temos é 23. 000 4 15 x 12 x 130 o nosso resultado é 23.

000 e 400 e nós não podemos esquecer o 10 elevado a-6 que tá ali se nós tirarmos esse número aqui da base 10 para nós tirarmos esse número da base 10 nós temos que andar seis casas pra esquerda nesse caso então andando seis casas pra esquerda nós vamos chegar no seguinte valor 0,0 2 3 40 Olha só andando seis casas pra esquerda a partir daqui 1 2 3 4 5 6is casas pra esquerda andando seis casas pra esquerda nós chegamos em 0. 023 400 que que esse número significa o Del l o tanto que a barra cresceu Então essa barra de 15 M inicialmente submetida a uma variação de temperatura de 130 GC cresceu 0,023 e met certo nesse caso Então qual que é o tamanho final da Barra bom inicialmente ela tinha 15 M se ela cresceu 0.