Questão 59 do ENEM 2014 — Ciências da Natureza

O enunciado descreve o funcionamento de um disjuntor térmico, um dispositivo de segurança utilizado em instalações elétricas residenciais. O componente central desse disjuntor é uma lâmina bimetálica, que consiste em duas tiras de metais diferentes soldadas uma à outra.

Quando uma corrente elétrica atravessa a lâmina, ela sofre aquecimento devido ao efeito Joule. Se a corrente ultrapassar o limite de segurança estipulado, o aquecimento será significativo.

A chave para o funcionamento desse dispositivo está na resposta dos metais a esse aumento de temperatura. Todos os materiais sofrem dilatação térmica ao serem aquecidos, mas materiais diferentes se dilatam em proporções diferentes. Essa proporção é medida por uma grandeza física chamada coeficiente de dilatação térmica (representado pela letra grega $\alpha$).

Como a lâmina é formada por dois metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes (ou seja, $\alpha_1 \neq \alpha_2$), ao serem aquecidos, um dos metais tentará se expandir mais do que o outro. Como eles estão firmemente unidos e não podem deslizar um sobre o outro, a única forma de acomodar essa diferença de expansão é a lâmina se curvar.

Essa curvatura faz com que a lâmina se afaste do contato elétrico, abrindo o circuito e interrompendo a passagem da corrente elétrica, protegendo assim a instalação contra curtos-circuitos e sobrecargas.

Analisando as alternativas:

• A) dureza: refere-se à resistência de um material a riscos e deformações localizadas, não tendo relação com o aquecimento.
• B) elasticidade: é a capacidade de um material retornar à sua forma original após uma deformação, mas não é a causa da curvatura inicial.
• C) dilatação térmica: é a propriedade correta, pois a diferença nos coeficientes de dilatação é exatamente o que gera a curvatura da lâmina com o aumento da temperatura.
• D) compressibilidade: refere-se à variação de volume de um corpo quando submetido a pressão, o que não se aplica a este fenômeno.
• E) condutividade elétrica: embora os metais precisem conduzir eletricidade, não é a diferença de condutividade que faz a lâmina se curvar mecanicamente, mas sim a sua resposta térmica ao calor gerado.

Portanto, a característica física fundamental que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de dilatação térmica.