Capítulo 02. Dilatação Térmica

05. Dois blocos metálicos A e B têm a 0 °C volumes iguais a 250, 75 cm3 e 250 cm3, respectivamente. Determine a temperatura em que os blocos têm volumes iguais. Os coeficientes de dilatação linear médios   valem,   respectivamente,   2 · 10–5 °C–1    e 3 · 10–5 °C–1.

Resolução


Volumes iguais no final

Observação: A dilatação volumétrica pode ser aplicada para qualquer forma de corpo (esférico, cúbico etc) e para corpos maciços ou ocos.

7. Dilatação Irregular da Água

A maioria das substâncias, durante a fusão, aumenta de volume e, na solidificação, diminui de volume. A água é uma das exceções: ela diminui de volume na fusão e aumenta de volume na solidificação.

Podemos facilmente verificar esse fenômeno. Se colocarmos um cubo de gelo num copo com água, estando a água e o gelo a 0 °C, o gelo flutua, isso significa que ele é menos denso que a água: na solidificação o seu volume aumentou (, aumenta V diminui d). É por esse motivo que, se esquecer- mos no freezer uma garrafa de vidro cheia d'água, cerveja ou refrigerante, durante a solidificação a garrafa pode arrebentar.

A explicação para esse fenômeno anômalo da água está na polarização elétrica das moléculas. A água é composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H2O).

Dizemos que a molécula fica polarizada em virtude da maior atração que o átomo de oxigênio exerce nos elétrons em relação aos átomos de hidrogênio. Isso causa uma ligação entre as moléculas, formando pontes de hidrogênio, que ocorrem na fase sólida.

Fase Sólida

As moléculas estão arranjadas segundo as pontes de hidrogênio, onde existem muitos espaços vazios.

Fase Líquida

Quando o gelo funde, rompem-se as pontes de hidrogênio, e as moléculas passam a ocupar os espaços vazios, provocando uma diminuição do volume.

Tomando uma porção d'água a 0 °C e pressão de 1 atm, quando a aquecermos, vamos verificar que de 0 °C a 4 °C ocorre contração por causa da ruptura das pontes. Essa contração é maior do que a dilatação em virtude da agitação térmica das moléculas, portanto o volume diminui. A partir de 4 °C, passa a valer a dilatação em conseqüência da agitação térmica.

Lançando esse fenômeno no gráfico do volume em função da temperatura, sob pressão de 1 atm, temos:

Situação 1: volume do gelo aumenta com o aumento de temperatura abaixo de 0 °C, valendo a dilatação térmica.

Situação 2: volume diminui na fusão à temperatura constante de 0 °C.


21
  Capítulo 02. Dilatação Térmica 21