Dilatação dos líquidos

Como é a dilatação da água? Porque a superfície de um lago se congela enquanto embaixo dela continua líquida? Qual a diferença de dilatação real e dilatação aparente?

Separamos um tópico exclusivo para falar da dilatação dos líquidos porque sempre esse assunto sempre cai em questões no Enem e de vestibulares. Nesta aula você entenderá que a dilatação da água é uma dilatação volumétrica. Porém quando ocorre, ela está sempre associada a dilatação de um recipiente que a contém, então ao invés de um cálculo temos dois.

Dilatação da água, dilatação real e dilatação aparente

Quando aquecemos um copo de vidro completamente cheio de água, parte da água transborda. Isso acontece porque, durante o aquecimento, a água e o copo dilatam-se de maneira diferente, de modo que o volume da água se torna maior que o volume da cavidade do copo, ocasionando o transbordamento do líquido.

A diferença entre as dilatações da água e do copo se deve ao fato de o coeficiente de dilatação dos líquidos ser sempre maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do vidro, que é 3,2.10-6 oC-1. Já o coeficiente de dilatação volumétrica da água é 1,3.10-4 oC-1, ou seja, cerca de quarenta vezes maior que o do vidro.

A dilatação do recipiente produz diferença entre a variação do volume do líquido observada no transbordamento (dilatação aparente) e a variação de volume que o líquido realmente sofreu (dilatação real).

Não é possível medir e nem é fácil calcular o volume de um líquido sem colocá-lo em um recipiente. Por isso, só é possível medir a dilatação aparente de um líquido.

Então é preciso que você entenda que a quantidade que transbordou de um líquido quando foi aquecido refere-se à dilatação aparente. E, para se obter a dilatação real dele, deve-se somar a ela a dilatação do recipiente que se encontrava.

A dilatação aparente do líquido sempre será menor do que sua dilatação real.

Vamos ver um exemplo para entender melhor?

Exemplo: Uma panela de ferro de 4 litros está totalmente preenchida com água. Após um aquecimento que eleva a temperatura em 50o C, uma parte da água transborda. Sabe-se que os coeficientes de dilatação volumétrica da água e do ferro são, respectivamente, 1,3.10-4 oC-1 e 3,9.10-5 oC-1. Calcule o volume da água transbordada.

Resolução:

Dados:

V0 = 4 litros

Δt = 50 oC

δágua = 1,3.10-4 oC-1

δferro = 3,9.10-5 oC-1

O volume de água que transbordou é a dilatação aparente e corresponde à diferença entre a variação de volume da água e a variação do volume da panela. Então temos:

ΔV aparente = ΔVágua – ΔVpanela

Vamos calcular cada um separadamente e depois substituiremos na equação acima, ok?

ΔVágua = V0 . δ . Δt

ΔVágua  = 4 . 1,3.10-4 . 50

ΔVágua  = 200 . 1,3.10-4

ΔVágua  = 2,6 . 10-2   ou  26 . 10-3  que são 26 ml

Agora a panela:

ΔVpanela = V0 . δ . Δt

ΔVpanela = 4 . 3,9.10-5. 50

ΔVpanela = 200 . 3,9.10-5

ΔVpanela = 7,8 . 10-3   ou  7,8 ml

Agora, transportamos esses valores e calculamos o volume que de fato transbordou da panela.

ΔV aparente = ΔVágua – ΔVpanela

ΔV aparente = 26 – 7,8 = 18,2 ml

Portanto, o volume de água que transbordou foi 18,2 ml.

Para saber um pouco mais sobre a dilatação dos líquidos, assista à videoaula:

Agora vamos compreender o porquê de a água ser sólida na superfície de rios e lagos e ser líquida logo abaixo dela!

A maior parte das substâncias sofre dilatação e aumento de volume ao passar por um aumento de temperatura.

Algumas substâncias apresentam o volume diminuindo diante do aumento da temperatura. Uma dessas substâncias é a água, que sofre redução de volume quando a temperatura aumenta de 0 o C para 4 o C.

Na natureza essa dilatação atípica da água é relevante, pois nas regiões de invernos rigorosos esse tipo de dilatação possibilita que a densidade do gelo da superfície de um lago, por exemplo, seja menor que a densidade da água abaixo dele, permitindo que o gelo permaneça sobre a água.

dilatação dos liquidos
Esquema demonstrando o comportamento da água em diferentes temperaturas.

Como o gelo é um bom isolante térmico, ele evita que a água do fundo do lago congele, o que preserva a vida das plantas e animais aquáticos.

Para saber mais sobre essa situação atípica da água, assista ao vídeo:

Agora resolva 10 exercícios sobre dilatação dos líquidos:

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Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.