Expansão Térmica: sua origem molecular, seus efeitos e suas aplicações

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https://www.youtube.com/watch?v=ktbm7zje5Jk

概要

TLDRO vídeo aborda a expansão térmica, que é o aumento do tamanho de um objeto quando aquecido, e a contração térmica, que ocorre quando o objeto é resfriado. A expansão térmica é mais significativa em gases do que em líquidos e sólidos. O vídeo explica a diferença entre expansão linear, que se aplica a sólidos, e expansão volumétrica, que se aplica a líquidos. O coeficiente de expansão térmica é uma constante que varia entre materiais, influenciando como eles reagem a mudanças de temperatura. Exemplos práticos incluem a expansão da gasolina em tanques e a peculiaridade da água, que se expande ao congelar. O vídeo também menciona aplicações tecnológicas, como termômetros e lâminas bimetálicas, e a importância de considerar a expansão térmica em projetos de engenharia civil.

収穫

  • 🌡️ A expansão térmica é o aumento do tamanho de um objeto quando aquecido.
  • ❄️ A contração térmica é a redução de tamanho quando resfriado.
  • 📏 Gases se expandem mais que líquidos e sólidos.
  • 🔍 O coeficiente de expansão linear varia entre materiais.
  • 💧 A água se expande ao congelar, o que é incomum.
  • 🛠️ Termômetros utilizam a expansão térmica para medir temperatura.
  • 🏗️ Juntas de expansão são essenciais em pontes para acomodar mudanças de temperatura.
  • 🚆 Trilhos de ferrovias têm juntas de expansão para evitar deformações.
  • 📊 A relação entre expansão volumétrica e linear é importante em cálculos.
  • 🔧 A expansão térmica deve ser considerada em projetos de engenharia.

タイムライン

  • 00:00:00 - 00:09:25

    O vídeo aborda a expansão térmica, explicando que a maioria dos materiais se expande ao ser aquecida e se contrai ao ser resfriada. Existem dois tipos principais de expansão: a linear, que afeta o comprimento dos sólidos, e a volumétrica, que se relaciona ao aumento do volume, especialmente em líquidos. A expansão térmica resulta da mudança na separação entre os átomos do material, com os coeficientes de expansão variando conforme o tipo de material e a temperatura. Exemplos práticos da expansão térmica incluem o transbordamento de gasolina e o funcionamento de termômetros e lâminas bimetálicas em termostatos. O vídeo conclui destacando a importância da consideração da expansão térmica em projetos de engenharia, como pontes e ferrovias.

マインドマップ

ビデオQ&A

  • O que é expansão térmica?

    É o aumento do tamanho de um objeto quando aquecido.

  • O que é contração térmica?

    É a redução de tamanho de um objeto quando resfriado.

  • Quais materiais se expandem mais?

    Gases se expandem mais que líquidos, que por sua vez se expandem mais que sólidos.

  • O que é coeficiente de expansão linear?

    É uma constante que descreve as propriedades de expansão térmica de um material.

  • Como a água se comporta em relação à expansão térmica?

    A água se expande ao congelar, o que é incomum para a maioria das substâncias.

  • Quais são as aplicações práticas da expansão térmica?

    Termômetros, lâminas bimetálicas e considerações em engenharia civil.

  • Por que as juntas de expansão são importantes em pontes?

    Elas permitem espaço para a expansão e contração da superfície da ponte.

  • Como a temperatura afeta a densidade da água?

    A densidade da água é máxima a 4 graus Celsius e diminui em temperaturas mais altas ou mais baixas.

  • O que acontece com os trilhos de ferrovias em dias quentes?

    Eles se dilatam, por isso são usadas juntas de expansão para evitar deformações.

  • Qual é a relação entre expansão volumétrica e linear?

    O coeficiente de expansão volumétrica é aproximadamente três vezes o coeficiente de expansão linear.

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    compreender o porquê dos materiais se
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    submetidos a uma variação de temperatura
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    nós vamos falar da expansão térmica i
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    o Olá pessoal bem-vindos ao deve sentir
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    antes de seguir já deixa o seu like
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    nesse vídeo ele é fundamental porque o
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    Youtube desse mini esse conteúdo para
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    mais pessoas além disso assim E também o
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    canal e Ative o Sininho para acompanhar
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    semanalmente nosso conteúdo
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    com a expansão térmica se refere ao
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    aumento do tamanho de um objeto quando
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    ele aquecido o efeito contrário à
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    redução de tamanho observada quando ele
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    é resfriado é chamado de contração
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    térmica excluindo algumas raras exceções
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    todos os objetos se expandem quando são
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    aquecidos e se contrai quando são
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    resfriados materiais diferentes se
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    expandem ou se encontrarem em taxas
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    diferentes de forma geral os gases se
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    expandem muito mais do que os líquidos e
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    os líquidos se expandem mais do que os
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    óleos quando um objeto é aquecido ou
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    resfriado ele se expandiu se contrai em
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    todas as dimensões mas por razões
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    práticas cientistas e Engenheiros
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    normalmente se concentram em dois tipos
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    diferentes de expansão o primeiro caso é
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    a expansão linear que ocorre basicamente
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    em uma dimensão e somente para materiais
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    sólidos esse caso impacta problemas
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    engenharia que envolvam fios de
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    transmissão tubulações Barras alongadas
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    concreto e outros materiais
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    e tendo em uma única dimensão Observe
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    que um material alongado se expandem
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    todas as três direções mas apenas uma
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    dimensão que é o seu comprimento têm
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    mais relevância em uma situação da Vida
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    Prática o segundo caso diz respeito à
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    expansão volumétrica e também tem suas
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    aplicações práticas a maior parte dos
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    líquidos por exemplo sofre um aumento
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    gradual de volume quando a temperatura
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    aumenta ao se abastecer um carro em um
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    dia quente a gasolina que vende um
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    compartimento subterrâneo normalmente
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    estavam a temperatura mais baixa que o
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    carro se o tanque for completamente
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    cheio e o carro For deixado ao sol a
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    gasolina pode muito bem expandir seu
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    volume mais rapidamente do que o próprio
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    tanque de combustível assim o
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    compartimento para gasolina se torna
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    pequeno demais e ela transborda o volume
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    acesso
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    com a expansão térmica é uma
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    consequência da mudança na separação
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    média entre os átomos de um objeto para
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    entender melhor isso Vamos considerar os
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    átomos de uma amostra sólida como sendo
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    conectadas por molas rígidas cada átomo
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    vida e sua posição de Equilíbrio quando
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    a temperatura aumenta a energia EA
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    amplitude da vibração também aumenta mas
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    tem uma coisa importante aqui que deve
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    ser observada as forças da ligação
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    interatomica são a Harmonix com isso a
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    ligação entre os átomos se comporta como
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    uma mola que é mais fácil de esticar do
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    que de comprimir como resultado quando
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    ela amplitude da vibração aumenta a
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    distância média entre os átomos também
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    aumenta esse aumento para o único par de
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    átomos é muito pequeno mas o efeito
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    coletivo para vários moles de átomos
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    certamente apreciável e leva a uma
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    expansão visível do material como todo
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    e se uma barra tem um comprimento L em
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    uma dada temperatura inicial o seu
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    comprimento vai mudar se a temperatura
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    mudar e ele faz isso de forma
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    proporcional ou seja quanto maior for a
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    variação de temperatura maior será a
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    variação no comprimento da Barra agora
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    se Duas Barras uma com o dobro do
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    tamanho da outra feitas do mesmo
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    material forem submetidas a mesma
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    mudança de temperatura a barra maior
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    terá uma variação de comprimento duas
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    vezes maior então a variação de
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    comprimento é proporcional também ao
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    comprimento inicial da Barra podemos
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    colocar essas duas observações empíricas
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    extraídas da experimentação em uma única
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    relação Além disso nós podemos atribuir
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    a esta relação uma constante de
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    proporcionalidade Alpha essa constante
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    descreve as propriedades de expansão
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    térmica do material EA chamada de
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    coeficiente de expansão linear este
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    coeficiente pode ser muito diferente
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    para
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    a diferença por exemplo o coeficiente de
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    expansão linear do Alumínio tem o valor
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    quase 50 vezes maior que o do quartzo
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    isso implica que uma mesma variação de
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    temperatura produz uma variação no
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    comprimento de uma barra de alumínio
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    será 50 vezes maior que a variação de
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    uma barra igual só que feita de 4º lote
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    os valores típicos para o coeficiente de
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    expansão linear são muito pequenos até
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    mesmo sobre variações de temperatura da
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    ordem de 100 graus celsius a mudança no
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    comprimento de um objeto metálico é
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    apenas da ordem de milímetros e outra
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    coisa a proporcionalidade direta que nós
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    atribuímos a expressão para a expansão
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    linear não é exata e ela é
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    aproximadamente correta somente quando
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    as mudanças de temperatura São
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    suficientemente pequenas para um dado
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    material coeficiente de expansão varia
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    com a temperatura em situações práticas
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    que envolvem variações de temperaturas
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    relativamente baixas isso é ignorado já
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    que seu efeito sobre a expansão
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    é realmente desprezível mas quantas
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    variações de temperaturas são elevadas a
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    proporcionalidade direta deixa de valer
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    com o aumento da temperatura geralmente
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    causa o aumento no volume dos materiais
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    Os experimentos mostram que se a mudança
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    de temperatura não for muito grande o
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    aumento no volume é aproximadamente
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    proporcional a mudança de temperatura e
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    ao volume inicial a constante Beta é o
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    que caracteriza a expansão volumétrica
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    dos materiais EA chamada de coeficiente
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    de expansão volumétrica para materiais
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    sólidos é possível mostrar que existe
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    uma relação simples entre coeficiente de
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    expansão volumétrico e o coeficiente de
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    expansão linear ou seja o volume médico
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    é igual a três vezes o linear
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    e a água como a maioria das outras
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    substâncias se expande quando aquecida
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    mas por conta de sua estrutura molecular
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    ela tem algumas propriedades incomuns
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    que a diferencia de outros livros por
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    exemplo se você diminuir a temperatura
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    da água seu volume vai se contrair
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    conforme esperado mas isso só até a
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    temperatura chegar a 4 graus Celsius se
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    você continuar respirando a água até o
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    ponto de congelamento a 0 graus Celsius
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    o volume se expande a água tem densidade
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    máxima a 4 graus Celsius com densidade
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    ligeiramente menor e temperaturas mais
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    altas e mais baixas assim expansão
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    térmica da água não pode ser
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    caracterizada por um único coeficiente
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    de expansão térmica esse comportamento
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    incomum da expansão térmica da água é o
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    que explica porque um lago começa a
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    congelar pela superfície e não pelo
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    fundo
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    é um exemplo como um expansão térmica
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    pode ser visto na cozinha quando você
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    tem a experiência em Glória você abrir
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    uma tampa de metal apertada em um
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    recipiente de vidro para isso
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    normalmente basta um olhar o frasco com
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    água quente como metal de lata mais que
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    o vidro a tampa vai afrouxar que a coisa
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    fica muito mais fácil a expansão térmica
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    é a base de muitos termômetros incluindo
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    os famigerados termômetro de mercúrio
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    que eram usados para medir a febre com a
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    expansão do líquido de mercúrio a altura
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    Élida contra as marcações no vidro que
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    fornecem a temperatura outro dispositivo
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    prático é a lâmina bimetálica que
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    consiste de dois metais diferentes
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    expansividade térmicas soldados um
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    contra o outro quando a lâmina é
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    aquecida o metal se expande mais
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    rapidamente do que o outro e se dobra na
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    direção daquele que tem a menor
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    expansividade térmica essas lâminas elas
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    podem ser usadas como controladora de um
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    termostato ativando ou desativando o
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    dispositivo quando a temperatura
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    desejada é atingida a expansão
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    e muitas vezes a indesejada e em
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    projetos de engenharia civil podem
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    apresentar grandes problemas por exemplo
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    a juntas usadas para manter uma ponte
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    devem ser projetadas para fornecer
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    espaço para expansão e contração da
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    superfície da ponte outro exemplo de
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    expansão térmica é a folga das linhas de
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    transmissão elétrica em um dia quente
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    isso ocorre porque o calor faz com que
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    os fios se expandam de forma que seu
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    comprimento que se estende de um pote ao
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    outro será muito maior do que ele seria
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    e o dia frio e claro os fios também são
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    sempre montados com um comprimento
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    adequado para que eles não vem ao Se
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    romper devido à contração que podem
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    ocorrer nos dias frios por último ainda
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    tem os Trilhos de ferrovias que podem
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    dilatar ao longo do seu comprimento por
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    conta disso é usado uma junta de
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    expansão que é um pequeno espaço entre
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    duas barras consecutivas para que elas
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    possam deslizar ao longo do comprimento
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    do Thriller garantindo assim que os
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    trilhos da ferrovia não se importa em
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    devido ao aquecimento de um dia quente
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    com esse vídeo você deve ter
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    compreendido
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    a expansão térmica e suas aplicações
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    tecnológicas se você gostou dessa
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    explicação então dê um like porque ele é
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    muito importante para que outras pessoas
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    tenham acesso a esse conteúdo e não saia
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    ver se sentir abraço e até a próxima
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