Fundamentos de Física 9ª Edição Vol 2 - Halliday 2 ED 9 (em cores)

190 CAPÍTULO 18
/ .. "
Latão
=
,\ço
'f'= fi,
( fl)
.
vana.
Figura 18-1 O (a) Uma tira bhnetálica,
fonnada por uma tira de latão e uma
tira de aço soldadas, à temperatura T 0
•
(b) Quando a temperatura é maior que
a temperatura de referência, a tira se
enverga para baixo, como na figura.
Quando a te1nperatura é maior que
a temperatura de referência, a tira se
enverga para cima. Muitos ter1nostatos
funcionam com base nesse princípio,
fazendo ou desfazendo um contato
elétrico de acordo com a temperatura em
que se encontram.
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Alguns Coeficientes de Dilatação Linea,...
Substância a( l o- 6 /Cº) Substância Ci(IO ''lí )
Gelo (a OºC) 51 Aço J 1
Chu1nbo 29 Vidro (comum) 9
Alumínio 23 Vidro (Pyrex) 3,2
Latão 19 Diamante 1,2
Cobre 17 Invar" 0,7
Concreto 12 Quartzo fundido 0,5
-
ªValores à temperatura ambiente, exceto no caso do gelo. . _ . _
hBsta liga foi projetada para ter um baixo coeficiente de dilataçao. O nome é uma abrev1açao
de "invariável".
A dilatação térmica de um sólido é como a ampliação de uma fotografia, exceto
pelo fato de que ocorre em três dimensões. A Fig. 18-1 I b mostra a dilatação
térmica (exagerada) de uma régua de aço. A Eq. 18-9 se aplica a todas as dimensões
lineares da régua, como as arestas, a espessura, as diagonais e os diâmetros de uma
circunferência desenhada na régua e de um furo circular aberto na régua. Se o disco
retirado do furo se ajusta perfeitamente ao furo, continua a se ajustar se sofrer o
mesmo aumento de temperatura que a régua.
Dilatação Volumétrica
Se todas as dimensões de um sólido aumentam com a temperatura, é evidente que o
volume do sólido também aumenta. No caso dos líquidos, a dilatação volumétrica é
a única que faz sentido. Se a temperatura de um sólido ou de um líquido cujo volume
é V aumenta de um valor ô.T, o aumento de volume correspondente é
Li V= V/3 LiT, (18-10)
em que f3 é o coeficiente de dilatação volumétrica do sólido ou líquido. Os coeficientes
de dilatação volumétrica e de dilatação linear de um sólido estão relacionados
através ·da equação
/3 = 3a.
(18-11)
O líquido mais comum, a água, não se comporta como os outros líquidos. Acima
de 4 ºC, a água se dilata quando a temperatura aumenta, como era de se esperar.
Entre O e 4 ºC, porém, a água se contrai quando a temperatura aumenta. Assim, por
volta de 4ºC, a massa específica da água passa por um máximo.
. Esse _comporta1;1~nto da água ~ a razão pela qual os lagos congelam de cima para
ba:xo e nao o ~ontrano. Qu_an,?o a agua da superfície é resfriada a partir de, digan1os,
1 O C, fica mais densa (mais pesada") que a água mais abaixo e afunda. Para tern·
peraturas menores _q~e 4ºC, porém, um resfriamento adicional faz com que a água
que está na su~erf1c1e fique menos densa (mais "leve") que a água mais abaixo e,
portanto, essa agua pennanece na superfície até congelar. Assim a água da superfície
congela enquanto a água mais abaixo per1nanece líquida. Se 0
~ lagos congelassem
Figura 18-11 A mesma régua de
aço e1n duas temperaturas diferentes.
Quando a régua se dilata, a escala, os
números, a espessura e os diâmetros
da circunferência e do furo circular
aumentam do 1nesmo fator. (A dilatação
foi exagerada para tornar o desenho
mais cl,u·o.)
I
I
I
I
1
1
-<)
3
3
4 5
(a) Circunferência Furo \
\
circular \
\
(b)
5
7