Para a proteção contra curtos-circuitos em residências são utilizados disjuntores, compostos por duas lâminas de metais diferentes, com suas superfícies soldadas uma à outra, ou seja, uma lâmina bimetálica. Essa lâmina toca o contato elétrico, fechando o circuito e deixando a corrente elétrica passar. Quando da passagem de uma corrente superior à estipulada (limite), a lâmina se curva para um dos lados, afastando-se do contato elétrico e, assim, interrompendo o circuito. Isso ocorre porque os metais da lâmina possuem uma característica física cuja resposta é diferente para a mesma corrente elétrica que passa no circuito.
A característica física que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de:
A) dureza
B) elasticidade
C) dilatação térmica
D) compressibilidade
E) condutividade elétrica
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Termologia (dilatação térmica) + Eletrodinâmica (dispositivos de proteção elétrica)
📝 Tema/Objetivo Geral:
Compreender o funcionamento do disjuntor térmico residencial e identificar a propriedade física que permite a atuação da lâmina bimetálica em situações de sobrecorrente.
📊 Nível da Questão:
Fácil — requer apenas conhecimento direto sobre dilatação térmica e seu uso em dispositivos bimetálicos.
🎯 Gabarito:
C) dilatação térmica
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
💡 O enunciado descreve o funcionamento de um disjuntor térmico, que utiliza uma lâmina bimetálica (duas tiras de metais diferentes unidas) para interromper o circuito quando a corrente elétrica excede o limite de segurança.
🔎 O que está sendo pedido?
Identificar qual propriedade física dos metais é responsável pela curvatura da lâmina, que interrompe o circuito em caso de sobreaquecimento.
🎯 Objetivo cristalino:
Reconhecer que a curvatura da lâmina bimetálica ocorre porque os dois metais têm coeficientes de dilatação diferentes, o que causa deformação assimétrica quando aquecidos.
🤔 Dúvida comum:
“Não seria a condutividade elétrica, já que estamos falando de corrente?”
🔌 Não. A condutividade influencia a passagem de corrente, mas não é ela que causa o movimento da lâmina. O movimento é devido ao aquecimento, ou seja, efeito térmico.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Quando a corrente elétrica aumenta além do limite, ela aquece os condutores por efeito Joule (aquecimento elétrico).
🔥 Isso faz com que a lâmina bimetálica aqueça, e como os dois metais têm coeficientes de dilatação diferentes, um se expande mais que o outro.
📐 Esse crescimento desigual provoca a curvatura da lâmina, que se afasta do contato elétrico e abre o circuito, interrompendo o fluxo de corrente.
📎 Resumo do princípio físico envolvido:
- A dilatação térmica é a variação de tamanho que um material sofre ao ser aquecido.
- Cada metal tem um coeficiente específico de dilatação (α).
- Em uma lâmina bimetálica, esse desequilíbrio gera movimento mecânico, utilizado no disjuntor.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📋 O texto diz que a lâmina “se curva” quando a corrente ultrapassa o limite, interrompendo o circuito.
📌 Esse comportamento implica que o aquecimento da corrente está sendo transformado em movimento mecânico — algo só possível com materiais que se dilatam de maneira diferente.
🛑 A função do disjuntor depende desse desnível térmico. Portanto, a propriedade que deve ser analisada na escolha dos metais é o coeficiente de dilatação térmica.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 Não é necessário cálculo nesta questão, mas o raciocínio técnico é:
- Corrente elevada → aquecimento da lâmina (efeito Joule)
- Diferentes dilatações → curvatura
- Curvatura → ruptura do contato
- Ruptura → proteção do circuito
🔁 O sistema é autônomo e térmico, não depende de sensores eletrônicos, apenas da resposta física dos metais ao calor.
Passo 5: Análise das Alternativas
A) dureza
❌ Incorreta — a dureza se refere à resistência ao risco ou deformação permanente. Não interfere na dilatação térmica.
B) elasticidade
❌ Incorreta — elasticidade é a capacidade de voltar à forma original após uma deformação. A curvatura da lâmina é causada pela expansão térmica, não pela deformação elástica.
C) dilatação térmica
✅ Correta — é exatamente a diferença entre os coeficientes de dilatação térmica dos metais que faz a lâmina se curvar com o calor e abrir o circuito.
D) compressibilidade
❌ Incorreta — refere-se à capacidade de redução de volume sob pressão. Irrelevante aqui.
E) condutividade elétrica
❌ Incorreta — embora a corrente elétrica esteja envolvida no aquecimento, não é a condutividade que provoca o movimento da lâmina.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🌡 A lâmina bimetálica do disjuntor se curva devido ao aquecimento causado pela corrente elétrica. Como os dois metais se expandem de formas diferentes (diferentes coeficientes de dilatação térmica), a lâmina se deforma e interrompe o circuito como proteção.
✅ Gabarito confirmado: alternativa C
🔍 Resumo Final:
Disjuntores térmicos usam o princípio da dilatação térmica desigual entre dois metais para provocar a curvatura de uma lâmina e desligar o circuito em casos de superaquecimento. A grandeza física essencial nesse processo é o coeficiente de dilatação térmica.
