Conteúdos

Este roteiro de estudos de física tem como objetivo explicar o conceito de dilatação térmica e como ela ocorre nos sólidos, líquidos e gases. Ao longo do material, serão apresentados exemplos do cotidiano, questões orientadoras e exercícios de fixação para auxiliar na compreensão do conteúdo. Também há sugestões de leitura e vídeo para aprofundamento do tema.

Objetivos

• Compreender o conceito de dilatação térmica;
• Identificar os tipos de dilatação térmica;
• Relacionar temperatura e variação das dimensões dos corpos;
• Resolver exercícios envolvendo dilatação linear, superficial e volumétrica; e
• Reconhecer aplicações práticas da dilatação térmica no cotidiano.

Conteúdos / Objetos do conhecimento:

• Temperatura e agitação térmica;
• Dilatação linear;
• Dilatação superficial;
• Dilatação volumétrica; e
• Aplicações da dilatação térmica.

Palavras-chave:

Dilatação térmica. Temperatura. Calor. Física. Sólidos. Expansão térmica.

Proposta de trabalho:

O objetivo deste material é apoiar os alunos na compreensão acerca de como os materiais se comportam quando sofrem variações de temperatura e como esse fenômeno está presente em diversas situações do cotidiano.

Explore os materiais fornecidos como base, atentando-se para as respostas de cada pergunta orientadora. Durante a leitura, faça anotações no caderno e registre suas dúvidas. Ao final dos estudos, produza um pequeno resumo sobre os principais conceitos aprendidos e resolva os exercícios propostos.

1ª Etapa: Conceito de dilatação térmica

Pergunta orientadora: “O que é dilatação térmica?”

Dilatação térmica é a variação que ocorre nas dimensões de um corpo quando submetido a uma variação de temperatura. Os corpos, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos, aumentam suas dimensões quando aumentam sua temperatura. Leia o texto disponível em: Dilatação Térmica – Toda Matéria.

A partir da leitura, responda:

1) O que é dilatação térmica?

2) Por que os corpos aumentam de tamanho quando aquecidos?

3) Cite dois exemplos de dilatação térmica presentes no cotidiano.

Para saber mais, assista:

Gabarito da 1ª etapa:

1)  Dilatação térmica é o aumento das dimensões de um corpo provocado pela elevação de sua temperatura.

2) Porque, ao receber calor, as partículas do material aumentam sua agitação e passam a ocupar mais espaço.

3) Alguns dos exemplos possíveis são: trilhos de trem com pequenos espaços entre eles e fios elétricos, que ficam mais esticados no frio e mais frouxos no calor.

2ª Etapa: Tipos de dilatação térmica

Pergunta orientadora: “Quais são os tipos de dilatação térmica?”

A dilatação térmica é um fenômeno da física que descreve como os materiais mudam de tamanho em função da temperatura. Em termos simples, quando um corpo é aquecido, suas partículas passam a vibrar com maior intensidade, exigindo mais espaço e levando à expansão. Esse efeito não se aplica apenas aos sólidos; líquidos e gases também o exibem, embora de maneiras diferentes. Por outro lado, o resfriamento provoca a contração térmica, já que a menor agitação das partículas as aproxima, reduzindo o volume do material.

Entenda o fenômeno da dilatação térmica, como ela afeta sólidos e líquidos, seus tipos (linear, superficial e volumétrica) e aprenda a calcular cada um.. Leia o texto disponível em: Dilatação térmica: o que é, tipos e cálculos – Estratégia.

1) O que é dilatação linear?

2) Em quais corpos ocorre a dilatação superficial?

3) Qual a diferença entre dilatação superficial e volumétrica?

4) O que acontece com um corpo quando sua temperatura diminui?

Gabarito da 2ª etapa:

1) É a dilatação que ocorre principalmente no comprimento do corpo.

2) Em placas e superfícies metálicas ou materiais que possuem duas dimensões predominantes.

3) A dilatação superficial ocorre na área do corpo, enquanto a volumétrica ocorre em todo o volume.

4) O corpo sofre contração térmica, diminuindo suas dimensões.

3ª Etapa: Fórmulas da dilatação térmica

Pergunta orientadora: “Como calcular a dilatação térmica?”

Dilatação linear

Onde:

ΔL = variação do comprimento;

L₀ = comprimento inicial;

α = coeficiente de dilatação linear; e

ΔT = variação de temperatura.

4ª Etapa: Cheque seus conhecimentos

1) Responda:

a) O que acontece com a maioria dos corpos quando são aquecidos?

b) O que é contração térmica?

c) Qual tipo de dilatação ocorre nos trilhos de trem?

d) O volume de um líquido pode variar com a temperatura?

e) Por que pontes possuem juntas de dilatação?

2) Calcule:

a) Uma barra de ferro de 2 m sofre aquecimento de 30°C. Sabendo que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 1,2 × 10⁻⁵ °C⁻¹, calcule a dilatação sofrida.

Fórmula:
ΔL = L₀ · α · ΔT

b) Uma chapa metálica possui área inicial de 4 m² e sofre variação de temperatura de 20°C. Sabendo que β = 2,4 × 10⁻⁵ °C⁻¹, determine a variação de área.

Fórmula:
ΔA = A₀ · β · ΔT

c) Um recipiente possui volume inicial de 3 litros. Após aquecimento de 50°C, sabendo que γ = 3,0 × 10⁻⁵ °C⁻¹, determine a dilatação volumétrica.

Fórmula:
ΔV = V₀ · γ · ΔT

3) Leia as afirmativas e assinale V (verdadeiro) ou F (falso).

1 – A dilatação térmica ocorre devido ao aumento da agitação das partículas.

2 – Todos os materiais se dilatam da mesma maneira.

3 – A contração térmica ocorre quando a temperatura diminui.

4 – Trilhos de trem não sofrem dilatação térmica.

1. a) V – F – V – F
2. b) V – V – V – F
3. c) F – V – F – V
4. d) V – F – F – V

Gabarito da 4ª etapa

1)

a) Sofrem dilatação térmica.

b) É a diminuição das dimensões de um corpo devido à redução da temperatura.

c) Dilatação linear.

d) Sim, líquidos também sofrem dilatação térmica.

e) Para evitar deformações e rachaduras causadas pela dilatação.

2) a) Dados:
L₀ = 2 m

α = 1,2 × 10⁻⁵ °C⁻¹

ΔT = 30°C

Cálculo:
ΔL = 2 · 1,2 × 10⁻⁵ · 30

ΔL = 7,2 × 10⁻⁴ m

Resposta: 0,00072 m ou 0,72 mm

b) Dados:
A₀ = 4 m²

β = 2,4 × 10⁻⁵ °C⁻¹

ΔT = 20°C

Cálculo:
ΔA = 4 · 2,4 × 10⁻⁵ · 20

ΔA = 1,92 × 10⁻³ m²

Resposta: 0,00192 m²

c) Dados:
V₀ = 3 L

γ = 3,0 × 10⁻⁵ °C⁻¹

ΔT = 50°C

Cálculo:
ΔV = 3 · 3,0 × 10⁻⁵ · 50

ΔV = 4,5 × 10⁻³ L

Resposta: 0,0045 L

3)

1 – Verdadeira

2 – Falsa

3 – Verdadeira

4 – Falsa

Resposta correta: a) V – F – V – F

Compreender a dilatação térmica é perceber como a física está presente em situações simples do cotidiano, mostrando que até pequenas variações de temperatura podem provocar grandes transformações nos materiais ao nosso redor.

Bons estudos!

Roteiro de estudos elaborado pela Prof. Gabriela Ribeiro do Prado

Revisão textual: Professora Daniela Leite Nunes.

Coordenação Pedagógica: Prof.ª Dr.ª Aline Monge.

Crédito da imagem: no_limit_pictures – Getty Images