Comportamento dos Materiais Quando Submetidos a Variações de Temperatura

É de grande importância para a engenharia o estudo do comportamento dos materiais quando submetidos a variações de temperatura. Quando ocorre um aumento de temperatura (θ>θ_0) os materiais se dilatam. A exceção a essa regra é a água, que tem seu ponto de maior densidade no estado líquido em torno de 4°C. A partir dessa temperatura a água se dilata como os outros materiais quando aquecida.

A importância do estudo dessa dilatação é presente em vários aspectos da engenharia e também repercute no dia-a-dia das pessoas de diversas maneiras. Por exemplo, em grandes construções de concreto e aço, como pontes. Onde são utilizadas juntas de dilatação entre partes da estrutura ou segmentos da estrada, com o intuito de acomodar a expansão em dias quentes, assim prevenindo deformação com um possível comprometimento da estrutura.

Contudo, cada material se dilata a uma taxa diferente, o que depende de sua composição. Alguns termómetros se utilizam das diferentes taxas de dilatação entre materiais para medir indiretamente o calor ou a variação de temperatura. Como termómetros que utilizam, no interior de um cilindro de vidro, uma coluna de mercúrio que se dilata mais do que o vidro. Gerando assim medição visível numa escala graduada à medida que a temperatura varia.

A taxa de dilatação que é proporcional a uma mudança de temperatura é denominada coeficiente de dilatação, sendo específico de cada material. Utiliza-se como unidade de medida para coeficientes de dilatação 〖°C〗^(-1). O coeficiente de dilatação pode ser linear (α) ou volumétrico (β) estando relacionados através da equação β=3α. O coeficiente de dilatação linear é utilizado para medir variações unidimensionais em materiais sólidos. Ou seja, comprimento, largura ou altura. Já para os líquidos ele não se aplica, sendo usado então o coeficiente de dilatação volumétrico.

A fórmula a seguir relaciona os elementos da dilatação térmica.

∆L=L.α_m.∆θ

Coeficiente de dilatação do material: α_m

Variação do comprimento: ∆L=L-L_0

Variação da temperatura: ∆θ=θ-θ_0

Comprimento: L