Marque se verdadeiro ( V ) ou falso ( F ) *
A expansão térmica ocorre, pois, ao vibrar os átomos tendem mais a se distanciar
uns dos outros que a se aproximar.
Passo 1
O enunciado pede para marcar se é verdadeiro (V) ou falso (F) a afirmação: “A expansão térmica ocorre, pois, ao vibrar os átomos tendem mais a se distanciar uns dos outros que a se aproximar.”
Informações dadas: a frase já contém a causa proposta para a expansão térmica — que o comportamento das vibrações atômicas ao aquecimento favorece aumentos de distância média entre átomos.
Informações dadas: a frase já contém a causa proposta para a expansão térmica — que o comportamento das vibrações atômicas ao aquecimento favorece aumentos de distância média entre átomos.
Passo 2
Vamos entender, passo a passo, o que é expansão térmica de forma simples e intuitiva. Quando um material é aquecido, a energia média das partículas (átomos ou moléculas) aumenta. Isso significa que as partículas vibram com amplitudes maiores ao redor de suas posições de equilíbrio. Se, ao aumentar a amplitude, a posição média de cada partícula se afastar do vizinho, o corpo como um todo aumenta de tamanho — isto é a expansão térmica.
Passo 3
Para ver por que isso acontece precisamos pensar em como as partículas interagem: elas não estão ligadas por “molas perfeitas” simetricamente, mas por forças que vêm de um potencial interatômico. Um modelo idealizado é a aproximação harmônica, com potencial simétrico
onde
é o deslocamento em relação à posição de equilíbrio e
é a constante efetiva. Nesse caso a curva é simétrica: a partícula tem a mesma facilidade para ir para a direita ou para a esquerda, e a média do deslocamento é
. Logo, se o potencial fosse perfeitamente harmônico, aquecer não mudaria a distância média entre átomos — não haveria expansão.
Passo 4
Na realidade o potencial interatômico não é perfeitamente simétrico (harmônico). Ele é anisotrópico/anáarmônico; podemos escrever, em torno da posição de equilíbrio
, uma expansão do tipo
com
. O termo cúbico
(ou outros termos ímpares) quebra a simetria do poço de potencial: uma direção (geralmente a de aumento de
) fica energeticamente mais “fácil” para oscilar do que a outra. Essa assimetria é a chave — faz com que, ao aumentar a energia térmica, a média
não seja mais zero, mas passe a ter um valor positivo (deslocamento médio para maior separação).
Passo 5
Uma explicação física e bem visual: imagine um bilboquê preso num poço assimétrico. Quando a energia é pequena, o bilboquê oscila perto do fundo. Ao aquecer (dar mais energia), as oscilações ficam maiores; como o lado “para direita” do poço é mais raso ou mais longo, a partícula passa relativamente mais tempo em posições com
do que em
. Assim a média das posições visitadas desloca-se para a direita. Transpondo para átomo-átomo: o valor médio da distância entre vizinhos aumenta — expansão térmica.
Passo 6
Resumo conceitual prático para a prova (forma de raciocínio rápido):
- Se o potencial fosse puramente harmônico (
) a média do deslocamento é zero e não há expansão. - Como o potencial real é anarmônico (termos ímpares na expansão do potencial), as vibrações com maior energia favorecem deslocamentos médios maiores.
- Logo, a causa física da expansão térmica é justamente essa assimetria nas vibrações: ao aquecer, os átomos “tendem” a ficar um pouco mais afastados em média.
Passo 7
Conclusão aplicada ao enunciado: a frase dada expressa justamente a razão física pela qual a maioria dos materiais se expande com o aquecimento — ou seja, a afirmação é correta para o comportamento típico dos sólidos e líquidos.
Resposta
V