Dilatação térmica dos sólidos – barras metálicas e lâmina bimetálica
CiênciasMatéria e materiaisIdades 13–14Laboratório virtual
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Três barras de alumínio, cobre e aço de mesmo comprimento são aquecidas igualmente; um relógio comparador na ponta de cada barra mede o aumento de comprimento ΔL = α·L₀·Δt com precisão de centésimos de milímetro. Os estudantes registram uma tabela de dados e veem que o alumínio se dilata mais e o aço menos. No modo lâmina bimetálica, uma lâmina de cobre e aço se curva para o lado do aço (o metal que se dilata menos) e abre um circuito elétrico, como o termostato de um ferro de passar. Outros experimentos mostram a dilatação superficial e volumétrica de uma placa e de um cubo (β ≈ 2α, γ ≈ 3α), um líquido em um balão com tubo fino e ar empurrando uma gota (os gases dilatam mais, depois os líquidos e os sólidos menos), e um lago que congela de cima para baixo porque a água é mais densa a 4 °C.
Aula: Dilatação térmica
O que mostra
Quando uma substância é aquecida, suas partículas se agitam mais e ocupam mais espaço, então ela dilata; ao esfriar, ela se contrai. Uma barra se alonga ΔL = α·L₀·Δt, uma área cresce com β ≈ 2α e um volume com γ ≈ 3α. Os líquidos dilatam muito mais que os sólidos, e os gases mais ainda, porque suas partículas estão menos presas. Um líquido em um balão de vidro mostra sua dilatação aparente: a real menos a do vidro. A água é especial: é mais densa a cerca de 4 °C, por isso os lagos congelam de cima para baixo. Lâminas bimetálicas e folgas nos trilhos são aplicações do dia a dia.
Como usar
Escolha um experimento pelas abas. Em Três barras, acenda o bico e clique em Registrar dados em várias temperaturas. Em Área e volume, escolha o Metal e compare ΔA e ΔV com α. Em Líquidos e gases, clique em Acender o bico e veja o nível no tubo fino descer e depois subir; quando parar, clique em Registrar dados, mude a Temperatura do banho-maria e repita. Em Água a 4 °C, ajuste a Temperatura do ar no inverno e veja o lago congelar.
Parâmetros que você pode mudar
- Experimento Três barras metálicas e relógios comparadores, Lâmina bimetálica cobre–aço, Placa e cubo: dilatação superficial e volumétrica, Líquidos e gases em balões, Água a 4 °C e um lago que congela
- Comprimento inicial de cada barra 200–1000 mm
- Temperatura ambiente 10–35 °C
- Temperatura máxima de aquecimento 60–300 °C
- Metal (placa e cubo) Alumínio, Cobre, Aço
- Líquido no balão Água colorida, Etanol colorido, Mercúrio
- Temperatura do banho-maria 30–75 °C
- Temperatura do ar no inverno -20–10 °C
Perguntas para explorar
- Com o mesmo aumento de temperatura, qual barra se alonga mais e qual se alonga menos?
- Se você dobrar o comprimento inicial L₀, o que acontece com ΔL para o mesmo aumento de temperatura?
- Por que a lâmina de cobre e aço se curva para o lado do aço ao ser aquecida, e como isso apaga a lâmpada?
