O circuito elétrico trata-se de um conjunto de elementos elétricos tais como diodos, resistores, fonte, chave elétrica entre outros. No circuito elétrico passa a corrente elétrica que pode produzir diferentes formas, luz, calor, som, entre outros.
No experimento há a presença de diodos ( leds) , resistores, fontes de tensão, fios, e chaves elétricas, com a presença de um corrente elétrica que produz luz ao acionar as chaves. Os resistores presentes em série possuem como total aproximado de resistência de 86Ω, sendo considerados ôhmicos.
Fazendo a conta:
R: resistência
V resis= V fonte – V Led
R: Em Ohms (Ω)
i: Corrente (A=Amp)
i Led: 15 mA = 0,015 A
Tensão do Led : 1,7
Fonte: 3 Volts (V) = 2 pilhas (AA) de 1,5 V cada.
Como V Resis = V Fonte – V Led
V resis = 3 – 1,7 = 1,3
E R= V resis / i Led >> Portanto R= 1,3/0,015 = 86,6 Ω ( Como não existe resistor com valor acima de 82, soma-se um de 82+4,5 = 86,5 *Valores arrendondados)
A potência da resistência é calculada pelo produto entre V Resis e i Led ( P Resis = V Resis x i Led). Portanto:
1,3 x 0,015 = 0,0195 W, na qual, usa-se 1/8 W.
Nesse experimento abrangem os conceitos de Lei de Ohm, Resistores em série, corrente elétrica, potência elétrica.
Entende-se como Lei de Ohm:
A voltagem aplicada nos terminais de um condutor é proporcional à corrente elétrica que o percorre
Resistores são aqueles que utilizam energia elétrica, convertendo em energia térmica, na qual, denomina-se esse processo de efeito joule. Quando estão em série, devem ser somados, constituindo um resistor resultante.
Potência elétrica é uma grandeza física que está vinculada ao consumo, na qual, mede a quantidade de energia dissipada durante um período de tempo.
O experimento em si, relaciona-se com o Código Morse, que é um modo de transmitir informações em forma de códigos feito por Samuel Finley Morse, na física relacionamos como a transmissão de dados, fornecimento de luz ou som por meio da corrente elétrica, que passa a mensagem a ser decifrada, já na história, temos como o uso de códigos, criptografia, comunicação, desde a 1° Guerra Mundial, na qual, necessitavam passar informações sem serem descobertos por seus inimigos, portanto, a transmissão de dados, nasceu com a necessidade de informar sobre a guerra. Até nos dias de hoje, necessitamos e usufruímos de códigos, como a língua, também percebemos o inúmero uso de transmissão de informações por meio de telefones, televisores, celulares, que mostram o avanço no desenvolvimento tecnológico conseguido pelo homem, contudo, a corrente elétrica ainda tem um papel fundamental na tecnologia, sem ela, não teríamos luz (energia elétrica), água esquentada pelo chuveiro ( energia térmica), entre outras.
–Seu objetivo é transformar combustível em movimento.
– O motor faz a queima do combustível para gerar uma explosão.
– Essa explosão origina os movimento das engrenagens do motor.
Num motor a combustão interna existem etapas por onde o combustível passa para gerar movimento, nessas etapas são realizados os processos de compressão do ar misturado ao combustível, aumento de temperatura e queima desse combustível misturado ao ar, expansão e finalmente exaustão do gás produto da reação termoquímica ocorrida.
No início do ciclo uma pequena quantidade de combustível é borrifado pela válvula de admição do motor e misturado ao ar, logo em seguida ocorre a compressão desse gás pelo pistão, quanto o gás alcança seu volume mínimo dentro da válvula é acionada a vela, que gera uma faísca para iniciar a explosão do gás, a explosão gera o aumento da temperatura e consequentemente do volume do gás, que empurra o pistão para o lado oposto, proporcionando o movimento giratório do virabrequim (eixo principal do motor), após isso o gás que se expandiu agora é o produto da queima do combustível (CO2), esse mesmo precisa ser excluído, para ocorrer a exaustão, o pistão pressiona novamente o gás porem esse escapa pela abertura da válvula de escape, e assim o ciclo se repete.
Existem ciclos que são utilizados nos motores, esses ciclos caracterizam as etapas que ocorrem com o combustível e os movimentos efetuados pelo motor; existem três ciclos principais:
O ciclo de Bryton é usado em turbinas, onde os quatro ciclos termodinâmicos do combustível são efetuados ao mesmo tempo, mas em câmaras diferentes. Enquanto os outros motores fazem os ciclos em tempo diferente, mas na mesma câmara.
O ciclo motor de Otto, o motor baseado no ciclo ideal Otto é caracterizado por ter sua ignição por uma faísca que inicia a reação. Este tipo é o mais comum e utilizado em automóveis de passeio e motocicletas.
O ciclo de motor a diesel , esses motores são diferenciados pois possuem a ignição por compressão da válvula. O fluído de trabalho (ar) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama sem a necessidade de uma faísca para servir como estopim.
Existem cinco tipos de motor a combustão interna, são eles :
O motor Wanquel, é formado pela combinação de uma turbina de gás com um motor á pistão, trabalha efetuando movimentos circulares , o que produz menos vibrações ,esse motor gera mais potência porém aquece mais rápido que os outros.
O motor Quasiturbine é uma variação mais potente e rápida do motor Wankel.
O motor quatro tempos, os gazes gerados na queima do combustível completam um ciclo termodinâmico a cada duas voltas do eixo principal do motor (virabrequim).
O motor a dois tempos , onde o pistão atua como válvula para expulsão do gás, desse modo o ciclo termodinâmico se completa a cada uma volta do eixo do motor sendo mais rápido.
A turbina a gás é puramente rotativa , nela existem três estágios , o compressor, a câmara de combustão e a turbina, esse tipo de motor gera maior densidade de potência comparado aos demais.
Algumas equações relacionada a expansão do gás dentro do motor são mostradas logo abaixo.
A matéria possui três estados físicos, no entanto a hidrostática estuda apenas o estado fluido tal que iremos falar do estado liquido e gasoso. As estruturas no estados líquidos ficam distribuídos, desorganizadas, mas coesas e seu volume é constante. No estado gasoso as estruturas ficam mais desorganizadas e se espalha pelo ambiente em que estiver. Há diversas forças que atuam nas partículas do líquido e no gás mas iremos iniciar com a pressão.
A pressão é a razão da força perpendicular à superfície e a área em que está agindo.
A unidade de pressão é o Pascal, Pa. Há outras unidades medidas que podem ser utilizadas, mas o pascal é utilizado no sistema internacional de unidades.
Teorema de Stevin:
“A diferença entre as pressões de dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual ao produto entre a densidade do fluido, a aceleração da gravidade e a diferença entre as profundidades dos pontos.”
Teorema de Pascal:
“O acréscimo de pressão exercida num ponto em um líquido ideal em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos desse líquido e às paredes do recipiente que o contém.”
Teorema de Arquimedes
“Todo o corpo imerso em um fluido em equilíbrio, dentro de um campo gravitacional, fica sob a ação de uma força vertical, com sentido oposto à este campo, aplicada pelo fluido, cuja intensidade é igual a intensidade do Peso do fluido que é ocupado pelo corpo.”
Se:
Densidade do corpo > densidade do fluido: o corpo afunda
Densidade do corpo = densidade do fluido: o corpo fica em equilíbrio com o fluido
Densidade do corpo < densidade do fluido: o corpo flutua na superfície do fluido
Pressão atmosférica
A pressão atmosférica é a força da mistura de gases que compõem a atmosfera e seu valor é de 101,325 quilo pascais.
A entropia do universo ou morte térmica do universo foi pensada por volta de 1850 por William Thomson ou Lorde Kelvin, importante físico do século XIX, conhecido por suas grandes contribuições na analise matemática da eletricidade e da termodinâmica, e por desenvolver a escala Kelvin de temperatura. Entropia é a medida de desordem das partículas de um sistema.
Quando recebe calor as moléculas tendem a se agitar e a entrar em desordem, sendo assim a entropia esta associada às trocas de calor e transformação de energia. Quanto maior a desorganização e a quantidade de energia transformada em calor maior é a entropia. A energia térmica é o ultimo estagio de “energia utilizável”, pois todas as formas de energia (mecânica, elétrica, etc.) tendem espontânea e integralmente a se transformar em energia térmica que se dissipa no universo. Esse processo e considerado irreversível, pois transformação inversa não acontece naturalmente. Só ocorre em máquinas térmicas e essas possuem baixo rendimento. A segunda lei da termodinâmica, que pode ser entendida como principio da degradação da energia, diz que é impossível que uma máquina tenha 100% de rendimento, ou seja, sempre haverá perda de energia para o ambiente.
A teoria da morte térmica do universo fundamenta-se no fato de que no caso do universo a transformação é irreversível, ou seja, o universo apenas recebe calor sem nunca cedê-lo. Segundo essa teoria o universo atingiria o ponto máximo de entropia, em que o universo estaria em equilíbrio térmico. Sendo assim, embora a quantidade total de energia se conserve, a quantidade de energia útil diminui à medida que o universo evolui. Até que não haja de onde obter energia “utilizável”, que estará toda convertida em calor e dissipada pelo espaço, suficiente para a realização de processos físicos, químicos e biológicos necessários para a manutenção de vida e esses cessarão. Porem, essa teoria é uma mera especulação filosófica diante da atual situação, em que a maior parte do universo se mantem um tanto desconhecida para os cientistas. Portanto ainda é impossível estimar sua entropia do universo e provar seu avanço.
“Todo corpo permanece em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em linha reta, a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças atuantes nele.”
Inércia é maneira que um corpo resiste oferecendo uma alteração em seu estado de repouso, através de uma força, ou até mesmo se estiver em seu estado de movimento retilíneo uniforme, a velocidade permanecerá constante. A Primeira Lei de Newton é uma reformulação das ideias de Galileu, que acabou acrescentando suas ideias e desenvolvendo ainda mais o conhecimento sobre as forças atuantes sobre o corpo. Quando tratamos de uma força que atua sobre um corpo em repouso, damos o nome de força resultante, ou seja, terá duas ou mais forças que se anulam quando são exercidas sobre um corpo. Quanto menor a massa de um corpo, a inércia também será menor, com isso é possível uma maior facilidade a alteração de seu estado de repouso. Quanto maior a massa de um corpo, a inércia também será maior, com isso é provável que haverá uma maior dificuldade de alteração de seu estado de repouso.
Primeiramente, devemos entender o que é um ímã. Sendo assim, ele pode ser definido como um objeto capaz de provocar um campo magnético à sua volta e pode ser natural ou artificial.
Ímã natural: é feito de minerais com substâncias magnéticas, como por exemplo a magnetita;
Ímã artificial: é feito de um material sem propriedades magnéticas, mas que pode adquirir permanente ou instantaneamente características de um ímã natural.
Os ímãs artificiais também são subdivididos em: permanentes, temporais ou eletroímãs.
Um ímã permanente é feito de material capaz de manter as propriedades magnéticas mesmo após cessar o processo de imantação, estes materiais são chamados ferromagnéticos.
Um ímã temporal tem propriedades magnéticas apenas enquanto se encontra sob ação de outro campo magnético, os materiais que possibilitam este tipo de processo são chamados paramagnéticos.
Um eletroímã é um dispositivo composto de um condutor por onde circula corrente elétrica e um núcleo, normalmente de ferro. Suas características dependem da passagem de corrente pelo condutor; ao cessar a passagem de corrente cessa também a existência do campo magnético.
Propriedades dos ímãs
Polos magnéticos
São as regiões onde se intensificam as ações magnéticas. Um ímã é constituído por dois polos magnéticos, norte e sul, normalmente localizados em suas extremidades, a menos que estas não existam, como em um ímã em forma de disco, por exemplo. Logo, acabam sendo chamados dipolos magnéticos.
Para que sejam determinados estes polos, se deve suspender o ímã pelo centro de massa e ele se alinhará aproximadamente ao polo norte e sul geográfico recebendo nomenclatura equivalente. Desta forma, o polo norte magnético deve apontar para o polo norte geográfico e o polo sul magnético para o polo sul geográfico.
Atração e repulsão
Ao manusear dois ímãs percebemos claramente que existem duas formas de colocá-los para que ambos sejam repelidos e duas formas para que sejam atraídos. Isto se deve ao fato de que polos com mesmo nome se repelem, mas polos com nomes diferentes se atraem, ou seja:
Esta propriedade nos leva a concluir que os polos norte e sul geográficos não coincidem com os polos norte e sul magnéticos. Na verdade eles se encontram em pontos praticamente opostos, como mostra a figura abaixo:
A inclinação dos eixos magnéticos em relação aos eixos geográficos é de aproximadamente 191°, fazendo com os seus polos sejam praticamente invertidos em relação aos polos geográficos.
Interação entre polos
Dois polos se atraem ou se repelem, dependendo de suas características, à razão inversa do quadrado da distância entre eles. Ou seja, se uma força de interação F é estabelecida a uma distância d, ao dobrarmos esta distância a força observada será igual a uma quarta parte da anterior F/4. E assim por diante.
Inseparabilidade dos polos de um ímã
Esta propriedade diz que é impossível separar os polos magnéticos de um ímã, já que toda vez que este for dividido serão obtidos novos polos, então se diz que qualquer novo pedaço continuará sendo um dipolo magnético.
Campo Magnético
É a região próxima a um ímã que influencia outros ímãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro. Também é possível definir um vetor que descreva este campo, chamado vetor indução magnética e simbolizado por . Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor terá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o polo norte magnético da agulha.
Se pudermos traçar todos os pontos onde há um vetor indução magnética associado veremos linhas que são chamadas linhas de indução do campo magnético. estas são orientados do polo norte em direção ao sul, e em cada ponto o vetor tangencia estas linhas.
As linhas de indução existem também no interior do ímã, portanto são linhas fechadas e sua orientação interna é do polo sul ao polo norte. Assim como as linhas de força, as linhas de indução não podem se cruzar e são mais densas onde o campo é mais intenso.
A Física permite-nos conhecer as leis gerais da Natureza que regulam o desenvolvimento dos processos que se verificam, tanto no Universo circundante como no Universo em geral.
O objetivo da Física consiste em descobrir as leis gerais da Natureza e esclarecer, com base nelas, processos concretos. Os cientistas, à medida que se aproximavam desse objetivo, iam compreendendo melhor o panorama grandioso a complexo da unidade universal da Natureza. O Universo não é um conjunto simples de acontecimentos independentes, mas todos eles constituem manifestações evidentes do Universo considerado como um todo.
Física a Revolução Técnico-Científica
A Física é uma das ciências fundamentais. A Física influi consideravelmente sobre os mais variados ramos a setores da ciência, técnica a produção.
A cooperação entre física e computação tem seu marco no final da década de 40, quando, nos laboratórios da empresa americana Bell Labs, foi inventado o transistor,dando início à era da microeletrônica. Nestas últimas cinco décadas, essa estreita colaboração tem gerado avanços significativos para ambas.
A Física Moderna tem importância radical para o desenvolvimento dos computadores. Todas as séries de computadores (tanto assentes no emprego de válvulas eletrônicas, como as que usam semicondutores a circuitos integrados) existentes até hoje nasceram em laboratórios de física.
A Física Moderna permite o desenvolvimento conseqüente da miniaturização, alcançar uma grande rapidez e o trabalho seguro dos computadores eletrônicos. O uso dos lasers e da holografia permitirá aperfeiçoar ainda mais os computadores.
Na Ciência da Computação a Física utilizada é a Física Moderna, onde as áreas desenvolvidas dentro dessa profissão são respectivamente:
• Computação (componentes como microprocessadores e processadores quânticos), que se baseia no efeito de “descoerência prolongada”. Este efeito só recentemente foi considerado, e é basicamente o desaparecimento dos efeitos quânticos num corpo macroscópico numa escala de tempo curta. Logo, estes microdispositivos permitem manipular um enorme número de partículas, o que torna os computadores ainda mais rápidos.
• Nanotecnologia: o estudo da Física Moderna permite uma melhor compreensão do mundo atômico, o que permite superar as importantes modificações das propriedades físicas e químicas que se mostram na passagem do mundo macroscópico para o mundo nanométrico. Assim, vê-se permitida a manipulação e caracterização de materiais à escala nanométrica, cuja produção promete revolucionar as propriedades dos materiais e até mesmo a concepção de novos dispositivos baseados em fenômenos físicos quânticos.
Condução, irradiação e convecção são formas de transferência de calor.
A condução térmica é a propagação de calor em corpos sólidos, aquecidos irregularmente ou em contato direto. A propagação ocorre através do contato entre as partículas da matéria que constituem o corpo, como: moléculas, átomos, elétrons e etc.
Para compreendermos melhor este processo, um exemplo simples é o da barra de ferro. Imagine que pegamos uma barra de ferro e sobre uma das suas extremidades, colocamos uma vela acesa, a partir de certo tempo, percebemos que a barra está se esquentando da extremidade com a chama, até a extremidade em que a seguramos. A transferência do calor ocorre, devido a agitação dos átomos da barra e se expande sucessivamente.
Existem corpos que obtêm como característica, melhor ou pior condutibilidade térmica. Por exemplo, as panelas de cozinha são feitas de metal, mas o cabo é feito de madeira, de plástico ou de borracha. Pois os materiais usados para fazer o cabo, devem ter pouca condutibilidade térmica, assim o calor demora um tempo muito maior para se propagar, possibilitando que consigamos pegar a penela do fogo, sem queimar as mãos.
Note que a condução térmica precisa de um meio material para ocorrer e a condutibilidade térmica no vácuo, é nula.
A convecção térmica, é a transferência de calor que ocorre nos fluidos, gases e líquidos. A propagação ocorre devido a diferença das densidades da matéria.
Um bom exemplo da ação da convecção térmica no cotidiano, é o do ar-condicionado. Se o intuito é esfriar o ambiente, é comum vê-los posicionados na parte superior do local, pois o ar frio que é o mais denso, desce e o ar quente do ambiente, que é menos denso que o ar frio, sobre para ser resfriado. Formando assim os ciclos de convecção. Já se o intuito for aquecer o ambiente, colocamos o ar-condicionado na parte inferior do local, e acontecerá o mesmo processo, porém o ar quente sairá do aparelho e o ar frio, do ambiente.
Esse é o mesmo processo que ocorre na refrigeração dos alimentos nas geladeiras, por isso o congelador fica na parte de cima.
A irradiação térmica, difere-se da convecção e da condução, pois nessa forma de transferência de calor, não é necessário um meio material para se propagar. Esse tipo de propagação, ocorre por meio dos raios infravermelhos, que são mais conhecidos como ondas eletromagnéticas.
Podemos usar como exemplo, a garrafa térmica.
A garrafa térmica, é construída de maneira que o único processo de propagação de calor possível, seja o da irradiação térmica. As garrafas, são espelhadas interna e externamente, fazendo assim com que os raios infravermelhos sejam refletidos e mantenham, o café ou o chá aquecidos, e a água gelada. Pela obtenção do vácuo entre as suas ”paredes”, não é possível que ocorra propagação por condução, e pela existência da tampa, impossibilita a propagação por convecção.
Primeiramente, para entender o campo magnético do planeta Terra, podemos entender o comportamento de um ímã. Este, possui dois pólos, sendo eles o norte e o sul, chamados de pólos magnéticos em que os pólos contrários se atraem e os iguais se repelem. Além disso, é impossível encontrar um ímã com apenas um pólo, já que mesmo quebrando-o, nascem novos pólos onde se quebrou e contrários o deu suas outras extremidades. Por fim, o ímã sempre se alinhará contrários aos pólos geográficos, ou seja, o pólo sul magnético é o norte geográfico e vise versa.
O primeiro experimento realizado sobre esse assunto foi o de Willian Gilbert, seu objetivo era criar novos conceitos sobre elétrica e magnetismo. Seu experimento foi o de colocar um ímã suspenso pelo seu centro de gravidade na Terra. Depois de fazer novamente por muitas vezes, observou que o ímã sempre seguia a direção norte-sul.
Levando em conta o campo magnético da Terra, a partir de muitas pesquisas sobre, observou que ele protege o planeta. O Sol é uma estrega gigante quando comparado com a Terra e que emite milhões de partículas em forma de luz e calor, estas, quando em contato com o nosso planeta, diminui bastante sua intensidade, isso porque o campo magnético faz com que grande parte da radiação seja desviada ou armazenada.
A Terra tem uma região à 3.200.000 metros de distância abaixo da camada em que estamos e é este local chamado de núcleo, que faz com que haja o campo magnético. Isso porque tem uma vasta quantidade de ferro derretido, criando um grande campo de força invisível.e como dito antes, é possível comparar à um imã, pois esse magnetismo gerado no núcleo, aflora próximo ao pólo sul, dando um “giro” no planeta e voltando ao núcleo pelo pólo magnético norte.
COMO FUNCIONA O CAMPO MAGNÉTICO ?
O site http://www.ricon.com.br diz que “da mesma forma que as correntes elétricas produzem um campo magnético, o campo magnético produz correntes elétricas”, ou seja, ao passar corrente elétrica, tem-se a formação de um campo magnético, assim como um campo magnético, submetido à diferentes situações, pode criar uma corrente elétrica; como o caso da corrente alternada, cujo sentido varia no tempo.
O principal elemento na qual explica o campo magnético é o metal derretido no núcleo, que está sempre em movimento, e este é chamado de condutor móvel-quando colocado esse condutor, a corrente aumenta, sendo assim, um condutor diante de um campo magnético, tem como resposta uma corrente elétrica, e toda vez que tem corrente circulando no condutor, tem-se campo magnético. Este ciclo formado pode cada vez mais aumentar tal campo.
Porém, mesmo sabendo o funcionamento, não se sabe ao certo como surgiu o campo magnético, sabe-se apenas, que com pouca quantidade desse campo, já pode dar início a todo o processo evolutivo da vida.
Vários pesquisadores conseguem reproduzir este feito em laboratórios, e com esses experimentos também conseguem concluir que isso pode acabar, como dizem que ocorreu em Marte (que será explicado mais para frente). Isso porque se o núcleo esfriar e se solidificar, não haverá mais o movimento do magma e logo o campo magnético tende a se perder aos poucos.
À tempos, pesquisadores estão criando conclusões que o magnetismo da Terra está mudando (podendo novamente ser comparado a Marte) tais conclusões estão sendo retiradas de vasos cerâmico produzidos à milhares de anos, um deles foi examinado pelo professor Shaw. Ele observou que quando o vaso resfriou, ficou com o campo magnético da época, e a partir disso, concluiu que o campo magnético mudou bruscamente.
Para a nossa sorte, a Terra está muito acima do ponto de esfriamento do ferro (diminui aproximadamente 100 ºC para cada 1 bilhão de anos). Além disso, a Terra possui muita energia reservada de quando foi formada.
CAMPO MAGNÉTICO EM MARTE
Acredita-se que o campo magnético de Marte desapareceu, isso porque em 1996, a NASA enviou um satélite à esse planeta e o veículo enviado trouxe dados do local; mas mostrou também que antes, esse campo existia e era de 30 a 40 vezes mais forte que o da Terra.
O planeta era coberto de vulcões que depois de milhares de anos congelou, e que hoje é coberto pela lava congelada. Quando a pedra derretida esfria em um campo magnético, os minerais existentes nela recebem tal magnetismo e logo a pedra torna-se magnética, provando que já existiu um campo igual o da Terra, porém muito mais intenso.
Além disso, pode-se concluir que em Marte, também já teve água, pois quando tirado o campo magnético, o vento solar entra em contato com a atmosfera, os gases atmosféricos e a água são lentamente retirados do planeta. Contudo, sem esse campo, o planeta “morreu”.
Sendo assim, o planeta Terra pode ser comparado a Marte, como dito anteriormente, com a diferença de que, por Marte ser menor que a Terra, ele solidificou-se mais rápido, e é possível dizer que seu núcleo ficou congelado por um tempo
AURORA BOREAL
Com experiências realizadas por Oersted, foi possível observar que um campo magnético poderia ser formado com o movimento de cargas elétricas.
Os ventos solares são formados por feixes de partículas eletrizadas- prótons e elétrons- que partem do Sol em direção à Terra. Como no centro da Terra tem uma determinada força magnética, essas partículas seguem linhas através da magnetosfera e quando essas partículas entram na atmosfera da Terra, os elétrons juntam-se à átomos de nitrogênio e oxigênio, formando o que chamamos de Aurora Boreal.
Esta é vista de Alaska, Suécia, norte do Canadá, Finlândia, Sibéria, Noruega e Rússia. E as cores vistas dependem do tipo do átomo que se mistura a uma determinada altitude.
A dilatação térmica está presente em nosso cotidiano através de inúmeras situações. Isso porque todos os corpos existentes na natureza, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos, quando são aquecidos ou resfriados são sujeitos à dilatação ou contração térmica.
O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre devido ao aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos.
Ao aquecer um corpo, por exemplo, ira ocorrer um aumento na distância entre as moléculas em virtude da elevação do grau de agitação das mesmas. Esse espaçamento maior entre elas se manifesta através da divisão 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 disso há diminuição nas dimensões do corpo.
Os sistemas ferroviários antigos, por exemplo, mantinham entre cada lance um espaçamento, isso porque quando o ferro que constitui esses lances forem aquecidos, haverá um espaço pelo qual permitirá sua expansão térmica (Figura 1).
Figura 1: Observa-se o espaço o qual permite a expansão do ferro que constitui a estrutura dos trilhos do trem.
Outra situação que diz a respeito desse processo são as calçadas de cimento que possuem pequenos espaçamentos, chamados de juntas, pelos quais possibilitam a dilatação quando o solo está submetido a altas temperaturas, evitando de quebrar ou rachar a calçada, como na Figura 2.
Figura 2: Demonstração de como a calçada pode ficar quando não são instauradas essas juntas.
O vídeo abaixo é uma demonstração clássica do efeito da dilatação térmica. Nele uma esfera metálica, à temperatura ambiente, passa pela argola facilmente. Entretanto, após ser aquecida, ela não consegue mais passar, só após o seu resfriamento.
Em linhas gerais o processo de contração e dilatação dos corpos se dá em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Quando aquecemos um corpo, por exemplo, ocorrerá um aumento na distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação das mesmas. Esse espaçamento maior entre elas se manifestará através da aumento 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 disso há diminuição nas dimensões do corpo.
Nos três casos mostrados anteriormente podemos visualisar essas três formas de dilatação. Nos trilhos do trem, é demonstrada a dilatação linear. Nas calçadas, a superficial. E no experimento da esfera metálica, a volumétrica. Vejamos agora cada um desses casos especificamente.
DILATAÇÃO LINEAR
Essa forma de dilatação ocorre apenas para corpos quando apresentados no estado sólido. Ele consiste na variação notável de uma das dimensões, portanto se aplica, principalmente, em barras.
Consideremos uma barra de comprimento Lₒ a uma temperatura inicial θₒ. Quando essa temperatura for elevada até uma temperatura θ, observa-se que essa barra passará a ter um comprimento L, que é maior que Lₒ. Vemos isso representado abaixo (Figura 3).
Figura 3: Representação do processo de dilatação linear em uma barra.
A partir disso, conclui-se que a dilatação ocorre proporcionalmente à variação de temperatura e ao comprimento inicial. Entretanto essa análise só pode ser feita a partir de materiais iguais, pois a variação de comprimento seria não seria proporcional entre dois materiais diferentes. Isso porque cada material possui um coeficiente de dilatação linear (α), que é expressado por .
A fórmula para calcular a dilatação linear é:
∆L = Lₒ . α . ∆θ
Lembrando que:
∆L = L – Lₒ
∆θ = θ – θₒ
Lamina Bimetálica:
Uma das principais aplicações da dilatação linear no cotidiano é para a construção de lâminas bimetálicas. Estas consistem em duas placas de materiais diferentes, e portanto, como vimos anteriormente, coeficientes de dilatação linear também diferentes, soldadas. Ao serem aquecidas, as placas aumentam seu comprimento de forma pela qual ficam distintas entre si, fazendo com que esta lâmina soldada envergue.
As lâminas bimetálicas são encontradas principalmente em dispositivos elétricos e eletrônicos, já que a corrente elétrica causa aquecimento dos condutores, que não podem sofrer um aquecimento maior do que foram construídos para suportar.
Representação gráfica
Podemos expressar a dilatação linear de um corpo através de um gráfico de seu comprimento (L) em função da temperatura (θ), desta forma:
Figura 4: Gráfico da dilatação linear.
DILATAÇÃO SUPERFICIAL
Essa forma de dilatação pode ser descrevida como um caso onde há dilatação linear em duas dimensões.
Vamos analisar uma chapa de aço de lados Lₒ1 e Lₒ2 que é aquecida a uma temperatura θ, de forma que essa sofra uma expansão em suas dimensões, fazendo seus lados passarem a ser L1e L2, mas mantendo seu formato.
Partindo do ponto em que a área inicial da chapa (Aₒ) é igual é Lₒ1 . Lₒ2, a área após a dilatação (A) será igual a L1 . L2. Assim como podemos ver na Figura 5.
Figura 5: Representação do processo de dilatação superficial em uma chapa.
Vimos anteriormente que o coeficiente de dilatação, quando há uma dimensão, é representado por α. Portanto, na dilatação superficial, onde há duas dimensões, podemos representar o coeficiente de dilatação por β (β = 2α).
A fórmula para calcular a dilatação superficial é:
∆A = Aₒ . β . ∆θ
Lembrando que:
∆A = A – Aₒ
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
A dilatação superficial é um caso da dilatação linear que acontece em três dimensões. Consideremos um cubo sólido de lados Lₒque é aquecido a uma temperatura θ, de tal forma que sofre um aumento em suas três dimensões, passando a ter os lados L. Como podemos ver no esquema da Figura 6.
Figura 6: Representação do processo de dilatação volumétrica.
O volume inicial do cubo é dado por Vₒ= Lₒ³, e após o aquecimento passa a ser V= L³.
E como em uma dimensão o coeficiente de dilatação é α, em duas dimensões é 2α, em três dimensões se deduz que seja 3a, que é representado por γ.
A fórmula para calcular a dilatação volumétrica é:
= Pressão
= Volume
= Mols de gás
= 
= Temperatura (Kelvin)
. Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor 
Física - CGZ 