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Dilatação térmica e calorimetria

A dilatação térmica mostra os efeitos do calor sobre corpos. Já a calorimetria é o ramo da Física relacionado com os estudos de calor e temperatura.

A dilatação térmica e a calorimetria são partes da Física que analisam os efeitos do calor sobre objetos
A dilatação térmica e a calorimetria são partes da Física que analisam os efeitos do calor sobre objetos
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Dilatação Térmica

Todos os corpos existentes na natureza, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica.

O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Ao aquecer um corpo, por exemplo, ocorrerá um aumento da distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação delas. Esse espaçamento maior entre elas manifesta-se por meio da escansão das dimensões do corpo, as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica. O contrário ocorre quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso, as distâncias entre as moléculas são diminuídas e, em consequência, há diminuição das dimensões do corpo.

  • Dilatação Linear: é a dilatação que se caracteriza pela variação do comprimento do corpo. Essa variação pode ser calculada a partir da seguinte equação matemática:

ΔL = α.L0.ΔT

α: é o coeficiente de dilatação térmica linear, cuja unidade é o °C-1, que depende da natureza do material que constitui o corpo;

Lo: é o comprimento inicial do corpo;

ΔL e ΔT: são, respectivamente, a variação do comprimento e de temperatura do corpo.

  • Dilatação Superficial: é a dilatação que se caracteriza pela variação da área superficial do corpo. Essa variação na superfície do corpo pode ser calculada por meio da seguinte expressão:

ΔS = β.S0.ΔT

β: é o coeficiente de dilatação térmica superficial, cuja unidade é a mesma do coeficiente de dilatação térmica linear e também depende da natureza do material que constitui o corpo;

β: 2α;

So: é a área da superfície inicial do corpo;

ΔS e ΔT: são, respectivamente, a variação da área da superfície e a variação da temperatura do corpo.

  • Dilatação Volumétrica: é a dilatação que se caracteriza pela variação da volume do corpo. Essa variação pode ser calculada com a expressão:

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ΔV = γ.V0.ΔT

γ: é o coeficiente de dilatação térmica volumétrica, cuja unidade é a mesma do coeficiente de dilatação linear e superficial e também depende da natureza do material que constitui o corpo;

γ: 3α;

Vo: é o volume inicial do corpo;

ΔV e ΔT: são, respectivamente, a variação do volume e a variação da temperatura do corpo.

Calorimetria

É o ramo da Física que estuda as trocas de energia entre os corpos e/ou sistemas quando essas trocas ocorrem na forma de calor.

  • Calor: é a energia térmica em trânsito, que é determinada pela diferença de temperatura entre os corpos e/ou sistemas envolvidos.

  • Temperatura: é a grandeza que mede o grau de agitação das moléculas que constituem o corpo.

    A equação geral da calorimetria é determinada pela seguinte equação matemática:

Q = m . c . ΔT

c: é o calor específico do material;

ΔT: é a variação da temperatura do corpo;

Q: é a quantidade de calor, que tem como unidade o joule (J).

O calor pode propagar-se de um corpo para outro de três formas: condução, convecção e irradiação.

  • Condução: é a transferência de energia que ocorre de molécula a molécula em razão da agitação delas, quando submetidas a um aumento de temperatura.

  • Convecção: é o processo de transferência de calor que ocorre em razão dos fluidos, em face das diferenças de densidade entre as partes que constituem o sistema.

  • Irradiação: é o tipo de transmissão de energia que ocorre entre dois sistemas sem que haja contato físico entre eles. Essa transmissão ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, como os raios solares que aquecem a Terra todos os dias.

 

Por Marco Aurélio da Silva

Escritor do artigo
Escrito por: Marco Aurélio da Silva Santos Escritor oficial Brasil Escola

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Dilatação térmica e calorimetria"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-termica-calorimetria.htm. Acesso em 19 de março de 2024.

De estudante para estudante


Videoaulas


Lista de exercícios


Exercício 1

(Fuvest) Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura abaixo. Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30 cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10 cm e, o da inferior, 2 cm. Se a barra de alumínio, inicialmente à temperatura de 25ºC, for aquecida a 225ºC, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de

DADOS: O coeficiente de dilatação linear da barra é de 2x10 – 5 °C - 1

a) 1 mm

b) 3 mm

c) 6 mm

d) 12 mm

e) 30 mm

Exercício 2

(UPE) Uma barra de coeficiente de dilatação α = 5π x 10-4ºC-1, comprimento 2,0 m e temperatura inicial de 25 ºC está presa a uma parede por meio de um suporte de fixação S. A outra extremidade da barra B está posicionada no topo de um disco de raio R = 30 cm. Quando aumentamos lentamente a temperatura da barra até um valor final T, verificamos que o disco sofre um deslocamento angular Δθ = 30º no processo. Observe a figura a seguir:

Supondo que o disco rola sem deslizar e desprezando os efeitos da temperatura sobre o suporte S e também sobre o disco, calcule o valor de T.

a) 50 °C

b) 75 °C

c) 125 °C

d) 300 °C

e) 325 °C