Texto: Dilatação de Líquidos

Dilatação de Líquidos

A todo momento, temos contato com líquidos que vêm acondicionados em recipientes sólidos. Se você já prestou atenção, deve ter percebido que eles nunca são cheios por completo, sempre fica faltando um pouquinho. De forma geral, os líquidos dilatam-se mais que os sólidos, daí que todo recipiente sólido que contém líquido nunca é completamente cheio. Sempre se providencia uma pequena porção do recipiente vazia, ou cheia de ar. Esse espaço serve para acomodar o líquido quando há sua dilatação. 
 
Caso tenhamos um recipiente cheio até a borda e aberto, ao ser aquecido, uma pequena porção do líquido deve transbordar, o volume que transborda mede o que o líquido dilata a mais do que o frasco, o que é chamado de variação de volume aparente.
 
 
Todo recipiente sólido fechado contendo líquido nunca é cheio até na boca.
 
O que transborda = ΔV aparente
ΔVreal = ΔVaparente + ΔVfras
 
#{{V}_{0}}.{{\gamma }_{Ap}}.\Delta \theta ={{V}_{0}}.{{\gamma }_{R}}.\Delta \theta -{{V}_{0}}.{{\gamma }_{F}}.\Delta \theta #  
 
ou...
 
#{{\gamma }_{Ap}}={{\gamma }_{R}}-{{\gamma }_{F}}#

Dica: ao se trabalhar com dilatação de líquidos, deve-se fazer ao problema uma pergunta:
 
O frasco dilata?
 
Se a resposta for não, então é um caso para dilatação real, um problema igual aos outros.
 
Se a resposta for sim, então aplicamos a dilatação aparente.
 
Exercício resolvido
 
( UEL) Um recipiente de vidro de capacidade 2,0.10 2 cm 3 está completamente cheio de mercúrio, a 0°C. Os coeficientes de dilatação volumétrica do vidro e do mercúrio são, respectivamente, 4,0.10 -5-1 e 1,8.10 -4-1. Aquecendo o conjunto a 100°C, o volume de mercúrio que extravasa, em cm 3, vale 
 
a) 2,8 . 10 -4
b) 2,8 . 10 -3
c) 2,8 . 10 -2
d) 2,8 . 10 -1
e) 2,8
 
Resolução:
 
Como se trata de um caso em que o recipiente dilata, estamos lidando com dilatação aparente.
 
#{{\gamma }_{Ap}}={{\gamma }_{R}}-{{\gamma }_{F}}#
 
#{{\gamma }_{Ap}}={{1,8.10}^{-4}}-{{4.10}^{-5}}#
 
#{{\gamma }_{Ap}}={{18.10}^{-5}}-{{4.10}^{-5}}#
 
#{{\gamma }_{Ap}}={{14.10}^{-5}}#   ou    #{{\gamma }_{Ap}}={{1,4.10}^{-4}}{}^\text{o}{{C}^{-1}}#
 
#\Delta {{V}_{Ap}}={{V}_{0}}.{{\gamma }_{Ap}}.\Delta \theta #
 
#\Delta {{V}_{Ap}}={{200.1,4.10}^{-4}}.100#
 
#\Delta {{V}_{Ap}}=2,8\,c{{m}^{3}}#
 
Resposta: E.
 

Anomalia da água

Devido a uma ligação química atípica, chamada ponte de hidrogênio, a água apresenta uma anomalia que a faz diminuir seu volume ao ser aquecida entre 0  e 4 °C. A partir desse ponto, seu comportamento é normal. Os materiais normais aumentam de volume ao se aquecerem e diminuem ao se resfriarem, na faixa de 0 a 4°C, a água apresenta essa anomalia.
 
Consequências

1- A 4°C, o volume da água é o menor possível

2- A 4°C, a densidade da água é máxima.

3- A água, ao contrário da maioria dos materiais, começa a solidificar por cima. Todo material, ao resfriar, diminui de volume, sofrendo um consequente aumento de densidade; o material mais denso e frio vai ao fundo e é por lá que inicia o processo de solidificação. A água, ao contrário, quando resfria abaixo de 4°C, dilata e tem sua densidade diminuída, fazendo com que permaneça na superfície, e é lá que começa a solidificação.
 
 
Água congela primeiro por cima.
 
Graças a essa anomalia, o gelo forma-se primeiro na parte superior da água, logo, é um isolante térmico muito bom. A camada de gelo protege a água líquida, que permanece embaixo, permitindo que ela se mantenha sem se solidificar durante todo o inverno.
 
Exercício resolvido
 
( Ufpel) A água, substância fundamental para a vida no Planeta, apresenta uma grande quantidade de comportamentos anômalos.
 
Suponha que um recipiente, feito com um determinado material hipotético, encontre-se completamente cheio de água a 4°C.De acordo com o gráfico e seus conhecimentos, é correto afirmar que 
 

a) apenas a diminuição de temperatura fará com que a água transborde.   

b) tanto o aumento da temperatura quanto sua diminuição não provocarão o transbordamento da água.   

c) qualquer variação de temperatura fará com que a água transborde.   

d) a água transbordará apenas para temperaturas negativas.   

e) a água não transbordará com um aumento de temperatura, somente se o calor específico da substância for menor que o da água.  
 
Resolução:
 
Podemos observar, no gráfico, que aos 4°C, a água e o recipiente têm volumes iguais. Podemos notar, também, que qualquer variação de temperatura, para mais ou para menos, fará com que o volume da água aumente mais que o do recipiente, ocasionando transbordamento.
 
Resposta: C.
 

Em Resumo

Líquidos, em geral, dilatam mais intensamente que sólidos, um recipiente cheio até a borda com um líquido provavelmente transbordará ao ser aquecido.
 
A água atinge sua maior densidade aos 4°C, nesse ponto, ela dilata se aquecida ou se resfriada.
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