Ciências da Natureza e suas Tecnologias Question #019e5bdd

1. Compreensão do Contexto Geral

O esquema ilustra o princípio de funcionamento de um termostato com lâmina bimetálica, utilizado para controle de temperatura. No estado inicial (Ligado), a lâmina encontra-se reta e horizontal, apoiada sobre dois terminais condutores, permitindo a circulação de corrente elétrica. A lâmina é composta por duas tiras metálicas sobrepostas e unidas rigidamente: aço na parte superior e latão na parte inferior.

Com a indicação de que a "Temperatura aumenta", o dispositivo passa para a condição Desligado: a lâmina sofre uma deflexão (encurvamento) para cima, separando a extremidade esquerda do terminal de contato e deixando o circuito "Sem corrente".

A dilatação linear dos sólidos é expressa pela equação:
$\Delta L=L_0\cdot \alpha \cdot \Delta T$
Onde $\alpha$ representa o coeficiente de dilatação térmica linear. Como as duas tiras estão rigidamente acopladas e sofrem a mesma elevação de temperatura $\Delta T$, o metal que se dilatar mais ocupará necessariamente o lado externo da curvatura (face convexa, com arco de raio maior), enquanto o que se dilatar menos ficará restrito ao lado interno (face côncava, de menor comprimento de arco).

2. Justificativa da Alternativa Correta

A alternativa maior coeficiente de dilatação térmica está correta.

Observando a imagem do estado Desligado, nota-se que a lâmina encurva-se para cima. Nessa configuração geométrica, o latão (faixa inferior, de cor rosa) situa-se na face convexa externa da curvatura, percorrendo um arco com raio maior do que o aço (faixa superior, cinza), que ocupa o interior côncavo da dobra.

Para que o latão atinja um comprimento final maior que o do aço sob o mesmo aumento de temperatura ($\Delta T>0$), conclui-se diretamente que:
${\alpha }_{\text{lata˜o}}>{\alpha }_{\text{ac¸o}}$
Portanto, a deflexão que desarma o circuito ocorre porque o latão apresenta maior coeficiente de dilatação térmica em relação ao aço.

3. Análise dos Distratores (Alternativas Incorretas)

• menor coeficiente de dilatação térmica.: Incorreta. Caso o latão apresentasse menor coeficiente que o aço, o aço se expandiria mais mediante aquecimento. Como resultado, a lâmina se curvaria para baixo, pressionando ainda mais o contato inferior e mantendo o circuito permanentemente fechado.
• menor condutividade térmica.: Incorreta. A condutividade térmica quantifica a rapidez do fluxo de calor conduzido através da matéria no tempo (Lei de Fourier), não sendo a responsável pela magnitude da expansão geométrica em regime de equilíbrio térmico.
• maior condutividade térmica.: Incorreta. Embora o latão possua condutividade térmica superior à do aço, essa propriedade define apenas a taxa de difusão de calor, e não a deformação mecânica diferencial observada no arco bimetálico.
• menor calor específico.: Incorreta. O calor específico relaciona a energia requerida para variar a temperatura da unidade de massa. Em um dispositivo submetido a aquecimento contínuo no ferro de passar, ambos os metais alcançam a mesma temperatura de operação; a curvatura decorre da diferença entre os coeficientes de dilatação térmica ($\alpha$), não das capacidades térmicas.