Lâmina Bimetálica

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A lâmina bimetálica é um dispositivo utilizado em alguns aparelhos bem conhecidos, como o pisca-pisca (encontrado em árvores de Natal, por exemplo) e o ferro elétrico de ar roupas. Ela é formada por dois metais de diferentes coeficientes de dilatação, colados fortemente. A lâmina só se mantém retilínea na temperatura em que foi feita a colagem. Se a temperatura variar, a lâmina encurva, pois os dois metais vão sofrer diferentes dilatações.

Ao juntarmos duas lâminas diferentes – por exemplo, ferro e latão – unidas firmemente, teremos uma lâmina bimetálica. Quando em temperatura ambiente, as lâminas são planas e possuem as mesmas dimensões. Ao ser aquecida, como os dois materiais possuem coeficientes de dilatação diferentes, uma das lâminas se dilata mais que a outra. Para que as duas lâminas se mantenham unidas, elas se curvam como na figura abaixo.

Esta propriedade da lâmina bimetálica é muito usada para provocar aberturas e fechamentos de circuitos elétricos.

No ferro elétrico, por exemplo, a lâmina bimetálica funciona como um termostato, isto é, um regulador de temperatura, que a mantém praticamente constante.

Quando o ferro se aquece, a lâmina se curva, desligando o circuito. A temperatura então diminui e a lâmina retoma sua posição inicial e o circuito se fecha. O novo aquecimento faz com que o ciclo se repita, de modo que a temperatura se mantém em torno de um valor praticamente constante.

A lâmina bimetálica também é utilizada como dispositivo interruptor de corrente elétrica em vários outros aparelhos, como, por exemplo, relês e disjuntores. Nessas aplicações, quando a intensidade da corrente elétrica atinge um valor acima do máximo estabelecido, a energia dissipada aquece a lâmina que, ao encurvar-se, desliga o circuito.

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Por Kleber Cavalcante
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola

Termologia - Física - Brasil Escola

Lâmina Bimetálica em um circuito elétrico

Escrito por: Kleber G Cavalcante Escritor oficial Brasil Escola

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CAVALCANTE, Kleber G. "Lâmina Bimetálica"; Brasil Escola. Disponível em: /fisica/lamina-bimetalica.htm. o em 04 de junho de 2025.

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Lista de exercícios

Exercício 1

(Unesp) A figura é o esquema simplificado de um disjuntor termomagnético utilizado para a proteção de instalações elétricas residenciais. O circuito é formado por um resistor de baixa resistência R; uma lâmina bimetálica L, composta pelos metais X e Y; um eletroímã E; e um par de contatos C. Esse par de contatos tende a abrir pela ação da mola M₂, mas o braço atuador A impede, com ajuda da mola M₁. O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A somente em caso de corrente muito alta (curto-circuito) e, nessa situação, A gira no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M₂.

De forma similar, R e L são dimensionados para que esta última não toque a extremidade de A quando o circuito é percorrido por uma corrente até o valor nominal do disjuntor. Acima desta, o aquecimento leva o bimetal a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de forma idêntica à do eletroímã.

(www.mspc.eng.br. Adaptado.)

Na condição de uma corrente elevada percorrer o disjuntor no sentido indicado na figura, sendo α_X e α_Y os coeficientes de dilatação linear dos metais X e Y, para que o contato C seja desfeito, deve valer a relação e, nesse caso, o vetor que representa o campo magnético criado ao longo do eixo do eletroímã apontará para a .

Os termos que preenchem as lacunas estão indicados correta e respectivamente na alternativa:

a) α_X > α_Y … esquerda.

b) α_X < α_Y … esquerda.

c) α_X > α_Y … direita.

d) α_X = α_Y … direita.

e) α_X < α_Y … direita.

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Exercício 2

(UFAL) Um dispositivo é montado com o objetivo de indicar, por meio de um aviso luminoso, um limite para temperaturas altas e um limite para temperaturas baixas, conforme mostrado no esquema.

Um par bimetálico formado por duas ligas metálicas x e y, de coeficientes de dilatação linear diferentes, é instalado entre dois conectores ligados a um circuito elétrico de duas malhas que contém uma fonte de voltagem fixa e duas lâmpadas. Com a variação de temperatura, as ligas metálicas modificam seu comprimento, curvando o par bimetálico para um dos lados até tocar nos conectores, fechando um dos circuitos e ligando uma das lâmpadas. Em temperatura ambiente, as duas ligas metálicas se encontram com o mesmo tamanho, mantendo o par bimetálico erguido.

Sendo o coeficiente de dilatação linear da liga metálica x maior do que o coeficiente de dilatação linear da liga metálica y, o dispositivo se comportará de forma que

a) para uma temperatura alta, a liga metálica x dilata mais que a liga metálica y, curvando o par bimetálico para a direita, que fecha contato com o conector 2, acendendo a lâmpada B.

b) para uma temperatura alta, a liga metálica y dilata mais que a liga metálica x, curvando o par bimetálico para a direita, que fecha contato com o conector 2, acendendo a lâmpada B.

c) para baixas temperaturas, a liga metálica y contrai mais do que a liga metálica x, curvando o par bimetálico para a direita, que fecha contato com o conector 2, acendendo a lâmpada B.

d) para baixas temperaturas, a liga metálica y dilata mais do que a liga metálica x, curvando o par bimetálico para a esquerda, que fecha contato com o conector 1, ascendendo a lâmpada A.

e) para altas temperaturas, a liga metálica x contrai mais do que a liga metálica y, curvando o par bimetálico para a esquerda, que fecha contato com o conector 1, ascendendo a lâmpada A.

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Exercício 3

As seguintes informações são feitas a respeito de duas barras X e Y que compõem uma lâmina bimetálica. Sabe-se que o coeficiente de dilatação de X é maior que o de Y.

I – Caso haja aquecimento do sistema, a lâmina bimetálica será dobrada para o lado em que estiver a barra X.

II – Caso haja resfriamento do sistema, a lâmina bimetálica será dobrada para o lado em que estiver a barra X.

III – Caso haja aquecimento do sistema, Y dilatar-se-á mais que X.

IV – Caso haja resfriamento do sistema, X contrair-se-á mais que Y.

V – Não há possibilidade da lâmina bimetálica ser dilatada de forma uniforme.

Está correto o que se afirma em:

a) I, II e III

b) II, III e IV

c) III, IV e V

d) I, II e V

e) II, IV e V

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Exercício 4

A imagem a seguir mostra uma lâmina bimetálica composta pelos materiais A e B.

Marque a alternativa correta a respeito das possíveis variações de temperatura sofridas por essa lâmina.

Dados:

α_A = Coeficiente de dilatação linear da barra A;
α_B = Coeficiente de dilatação linear da barra B.

a) Se α_A for maior que α_B e o sistema for resfriado, a lâmina bimetálica dobrar-se-á para baixo.

b) Caso haja aquecimento do sistema e α_A > α_B, a lâmina dobrar-se-á para cima.

c) Mesmo com os coeficientes diferentes, as barras apresentaram o mesmo tamanho final, pois possuem o mesmo comprimento inicial.

d) Caso α_B > α_A, a lâmina será dobrada para baixo em caso de resfriamento.

e) Todas as alternativas anteriores estão incorretas.

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