Atividades de Escalas Termométricas e Dilatação Térmica para a 2ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando ensino escalas termométricas e dilatação térmica na 2ª série, procuro ligar as definições aos dados que aparecem em situações concretas: uma temperatura medida, um intervalo térmico ou o comprimento de uma estrutura que aquece. Essa aproximação ajuda a turma a perceber que não basta reconhecer uma fórmula; é preciso identificar o que está variando e manter atenção às unidades.

Também costumo separar o trabalho conceitual do cálculo. Primeiro verificamos o significado dos pontos de referência das escalas e das grandezas da dilatação linear; depois substituímos os valores e conferimos se o resultado faz sentido. A seguir, organizei as questões fornecidas com alternativas e comentários. Há itens de outros conteúdos entre elas; sinalizo isso com transparência, para que você decida se os usa como diagnóstico interdisciplinar ou os deixa fora da avaliação temática.

O que o aluno de 2ª série precisa saber sobre Escalas Termométricas e Dilatação Térmica

Para trabalhar esse tema, espero que o estudante reconheça a escala Celsius pelos pontos de referência usuais: 0 °C para a fusão do gelo e 100 °C para a ebulição da água ao nível do mar, com cem divisões entre eles. Também precisa distinguir Celsius de kelvin e fazer a conversão aproximada K = °C + 273, lembrando que kelvin não leva o símbolo de grau. Na dilatação térmica linear, o foco é a mudança de comprimento de um sólido quando sua temperatura varia. A relação ΔL = αL₀ΔT conecta a variação do comprimento ao coeficiente de dilatação do material, ao comprimento inicial e à variação de temperatura. Para resolver problemas, é necessário calcular ΔT = Tfinal − Tinicial, conservar unidades coerentes e diferenciar ΔL do comprimento final: L = L₀ + ΔL. A identificação do fenômeno também importa: comprimento corresponde à dilatação linear, área à superficial e volume à volumétrica.

O que ele precisa saber antes

Antes de iniciar, retomo temperatura e calor, sem tratar os dois termos como sinônimos: temperatura caracteriza o estado térmico, enquanto calor é energia transferida por diferença de temperatura. Para os exercícios de dilatação, reviso estados físicos da matéria, a ideia de que sólidos podem variar de dimensão ao serem aquecidos e o significado do coeficiente de dilatação linear. Também é importante calcular uma diferença entre temperaturas, interpretar notação científica e operar com unidades, como metros, milímetros e kelvin.

Nas conversões, vale confirmar que a turma reconhece os pontos fixos associados à escala Celsius e compreende que a escala kelvin começa no zero absoluto. Quando a atividade exige substituir valores numa expressão, peço que os alunos identifiquem cada símbolo antes de calcular: comprimento inicial, coeficiente e variação térmica. Esse cuidado reduz confusões entre temperatura final e variação de temperatura.

Onde os alunos mais erram

Nas questões de dilatação, um erro recorrente indicado pelos próprios itens é confundir dilatação linear com superficial ou volumétrica. A pista está na grandeza observada: um segmento de trilho aumenta de comprimento, portanto a classificação adequada é linear. Outro tropeço é esquecer de calcular ΔT ou usar a temperatura final diretamente na fórmula. Também aparecem erros de escala na notação científica e na posição da vírgula, capazes de multiplicar ou dividir o resultado por dez.

Nas escalas, o distrator mais provável do item sobre Celsius é associar os pontos de fusão e ebulição do enunciado à escala Kelvin. Isso ocorre quando o estudante lembra que kelvin é unidade do Sistema Internacional, mas não observa que a descrição 0 e 100, com cem divisões, caracteriza Celsius. Na conversão de 27 °C para kelvin, é preciso somar aproximadamente 273; responder 273 K confunde o valor correspondente a 0 °C com o resultado solicitado.

As questões 3 e 4 da lista merecem uma observação importante: a questão do peso trata de força, massa e gravidade, e não de escalas termométricas ou dilatação. A questão da velocidade quadrática média pertence à teoria cinética dos gases e usa temperatura, mas não avalia diretamente os conceitos centrais deste conjunto. Incluo ambas porque fazem parte das questões fornecidas; você pode usá-las como revisão de outros conteúdos ou removê-las de uma prova específica sobre o tema.

Como trabalhar em sala

• Comece pela leitura da situação: peça que a turma sublinhe a grandeza que muda — comprimento, área, volume ou temperatura — antes de escolher uma fórmula. Trilhos e outros elementos metálicos oferecem um contexto reconhecível para conversar sobre dilatação e planejamento de juntas.
• Compare escalas com uma tabela simples: registre os pontos de referência de Celsius e a relação aproximada entre Celsius e kelvin. Em seguida, proponha conversões curtas, sempre pedindo que os estudantes expliquem por que somam ou subtraem 273.
• Monte o cálculo em etapas: escreva primeiro ΔT, depois ΔL = αL₀ΔT e, por fim, L = L₀ + ΔL quando a pergunta pede o novo comprimento. Essa separação torna visível onde uma resposta incorreta se desviou.
• Faça uma checagem de unidades e ordem de grandeza: antes de aceitar o resultado, confira se o comprimento está na unidade pedida e se o sinal condiz com aquecimento ou resfriamento. Converta milímetros para metros quando necessário.
• Use os distratores como conversa: em vez de apenas informar a alternativa correta, convide a turma a explicar o raciocínio que poderia levar a cada erro. Isso ajuda a distinguir uma falha de cálculo de uma confusão conceitual.

Questões prontas de Escalas Termométricas e Dilatação Térmica para a 2ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

1. Trilho metálico e tipo de dilatação

Durante a instalação de um trilho metálico em uma praça, a equipe técnica considera que o material pode aumentar de tamanho quando a temperatura sobe. Um segmento de 2,0 m pode dilatar cerca de 2,4 mm quando a temperatura aumenta em 100 °C. Qual fenômeno é descrito?

• ❌ A) Dilatação superficial, com aumento da área. Incorreta: o enunciado destaca o comprimento de um segmento, não sua área.
• ❌ B) Contração térmica do metal. Incorreta: troca o sentido da variação; o texto descreve aumento de tamanho com aquecimento.
• ❌ C) Fusão parcial do metal. Incorreta: não há indicação de mudança de estado; trata-se de variação dimensional.
• ❌ D) Dilatação volumétrica. Incorreta: o efeito apresentado é no comprimento, não no volume total.
• ✅ E) Dilatação térmica linear, com aumento do comprimento do sólido. Correta: essa é a classificação adequada para a variação de uma dimensão descrita.

2. Variação do comprimento de um trilho de aço

Um trilho de aço tem comprimento inicial de 100,0 m a −5 °C. Com coeficiente de dilatação linear α = 1,2 × 10⁻⁵ K⁻¹, estime o aumento do comprimento quando a temperatura chega a 35 °C.

• ❌ A) 0,00048 m. Incorreta: subestima o resultado por uma potência de dez, como ocorreria ao usar um coeficiente menor que o fornecido.
• ❌ B) 0,48 m. Incorreta: é dez vezes maior que o resultado obtido com os dados e a fórmula.
• ✅ C) 0,048 m. Correta: ΔT = 35 − (−5) = 40 K e ΔL = αL₀ΔT = 1,2 × 10⁻⁵ × 100 × 40 = 0,048 m.
• ❌ D) 0,0048 m. Incorreta: corresponde a considerar uma variação de temperatura dez vezes menor, como 4 K.
• ❌ E) 4,8 m. Incorreta: resulta de um erro de escala muito grande na operação com o coeficiente.

3. Questão de revisão: peso de um objeto

Um objeto de massa 5 kg está em repouso na superfície da Terra. Usando g = 10 m/s², calcule a intensidade de seu peso. Este item não avalia diretamente escalas termométricas nem dilatação térmica; pode servir como revisão de força e massa.

• ❌ A) 5 N. Incorreta: confunde o valor da massa com a força peso.
• ✅ B) 50 N. Correta: P = mg = 5 × 10 = 50 N.
• ❌ C) 10 N. Incorreta: considera apenas o valor de g e ignora a massa.
• ❌ D) 25 N. Incorreta: não resulta da multiplicação dos dados fornecidos.
• ❌ E) 100 N. Incorreta: equivale a usar um valor de gravidade incompatível com o dado do enunciado.

4. Questão de revisão: velocidade quadrática média do oxigênio

Calcule a velocidade quadrática média de moléculas de O₂ para M = 32,0 × 10⁻³ kg·mol⁻¹ e T = 300 K, usando v_rms = √(3RT/M), com R = 8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹. O item relaciona temperatura à teoria cinética dos gases, mas não trata diretamente de escalas ou dilatação.

• ✅ A) 4,83 × 10² m/s, cerca de 483 m/s. Correta: ao substituir os dados na expressão, √(3 × 8,31 × 300 ÷ 0,032) resulta aproximadamente nesse valor.
• ❌ B) 5,20 × 10² m/s. Incorreta: indica erro na substituição ou no tratamento da massa molar.
• ❌ C) 6,50 × 10² m/s. Incorreta: não corresponde ao cálculo com os valores fornecidos.
• ❌ D) 1,00 × 10³ m/s. Incorreta: é um resultado excessivo para a substituição indicada.
• ❌ E) 3,60 × 10² m/s. Incorreta: não resulta da aplicação correta da relação entre R, T e M.

5. Identificação da escala Celsius

Um termômetro foi construído usando como referências a água em fusão no gelo e a água em ebulição ao nível do mar, com cem divisões iguais entre os pontos. Qual escala foi usada?

• ❌ A) Kelvin. Incorreta: a escala kelvin não atribui 0 e 100 a esses dois pontos fixos.
• ✅ B) Celsius. Correta: a escala Celsius usa 0 °C para a fusão do gelo e 100 °C para a ebulição da água ao nível do mar, nas condições indicadas.
• ❌ C) Réaumur. Incorreta: a descrição de cem divisões corresponde à escala Celsius, não à Réaumur.
• ❌ D) Escala termométrica do Sistema Internacional. Incorreta: o SI adota o kelvin como unidade de temperatura; a construção apresentada identifica Celsius.
• ❌ E) Fahrenheit. Incorreta: Fahrenheit não atribui 0 e 100 aos pontos de referência descritos.

6. Interpretação da fórmula da dilatação linear

Um aluno escreve ΔL = L₀·α·ΔT na lousa. O que essa equação comunica diretamente?

• ❌ A) A massa do material varia com a temperatura. Incorreta: a massa não aparece na relação.
• ❌ B) A densidade aumenta proporcionalmente ao calor recebido. Incorreta: a equação não relaciona diretamente densidade nem calor recebido.
• ✅ C) A variação do comprimento é proporcional ao comprimento inicial e à variação de temperatura. Correta: a expressão também mostra a influência do coeficiente α.
• ❌ D) O material sempre se contrai ao aquecer. Incorreta: a expressão não afirma isso; o sentido da variação depende das condições e do sinal de ΔT.
• ❌ E) A temperatura final independe do material. Incorreta: o coeficiente α representa uma propriedade do material relevante para a dilatação.

7. Conversão de Celsius para kelvin

Um experimento registrou 27 °C. Qual valor aproximado deve ser apresentado em kelvin?

• ❌ A) 246 K. Incorreta: não corresponde à conversão indicada.
• ❌ B) 273 K. Incorreta: esse é aproximadamente o valor equivalente a 0 °C, não a 27 °C.
• ❌ C) 27 K. Incorreta: o número não se mantém igual na passagem de Celsius para kelvin.
• ✅ D) 300 K. Correta: K ≈ °C + 273; portanto, 27 + 273 ≈ 300 K.
• ❌ E) 327 K. Incorreta: resulta de somar 300 em vez de aproximadamente 273.

8. Novo comprimento de um segmento de caule

Um segmento reto de caule tem comprimento inicial L₀ = 0,500 m a 20 °C. Para o tecido vegetal, adote α = 1,2 × 10⁻⁴ °C⁻¹. Considerando ΔL = αL₀ΔT, determine o novo comprimento após o aquecimento até 50 °C e despreze outros efeitos biológicos.

• ❌ A) L = 0,4982 m. Incorreta: subtrai a variação do comprimento inicial, embora o modelo indique aumento com o aquecimento.
• ❌ B) L = 0,5180 m. Incorreta: desloca a vírgula ao interpretar o coeficiente e calcula uma variação dez vezes maior.
• ❌ C) L = 0,5036 m. Incorreta: calcula a variação sem multiplicar pelo comprimento inicial.
• ✅ D) L = 0,5018 m. Correta: ΔT = 50 − 20 = 30 °C; ΔL = 1,2 × 10⁻⁴ × 0,500 × 30 = 0,0018 m. Logo, L = 0,500 + 0,0018 = 0,5018 m.
• ❌ E) L = 0,5072 m. Incorreta: usa 50 °C como se fosse ΔT, em vez de calcular a diferença entre as temperaturas.

Fechamento: transforme a revisão em uma prova adequada à sua turma

Você pode aplicar os itens de escalas e dilatação como atividade formativa, pedir que os estudantes justifiquem os distratores ou selecionar as questões de acordo com o conteúdo já trabalhado. Para ampliar a lista, consulte também as questões da habilidade EM13CNT102. No gerador de provas do GeraProva, você pode organizar questões para sua avaliação; se ainda não tem uma conta, faça seu cadastro grátis.

Use este material como ponto de partida e ajuste a seleção ao percurso da sua turma. Confira os dados e as habilidades antes de aplicar: assim, a atividade fica alinhada ao que você ensinou e ao objetivo da avaliação.