Dilatação Termica

Dilatação térmica

Quando aquecemos um corpo, aumentando sua energia térmica, aumentamos o estado de agitação das moléculas que o compõem. Estas moléculas precisam de mais espaço e acabam se afastando uma das outras aumentando o volume do corpo. Este fenômeno é conhecido como dilatação térmica. A dilatação térmica ocorre não só quando aquecemos um corpo, mas também quando o resfriamos.

A dilatação térmica pode, então, ocorrer quando temos um aumento no volume de um corpo que sofre variação na sua temperatura ou, quando temos uma diminuição no volume de um corpo também ocorrida por ter sido submetido a uma variação de temperatura.

Bem, no parágrafo acima foi dito apenas em variação de temperatura porque nem sempre o volume de um corpo aumenta quando sua temperatura aumenta. A água, por exemplo, à pressão atmosférica, diminui seu volume quando passa de 0 °C para 4 °C. Mas este é um caso raro, pois normalmente o que acontece é:

*Aumentando a temperatura de um corpo, este corpo sofre dilatação térmica e seu volume aumenta. Dizemos que ocorreu uma expansão térmica.

*Diminuindo a temperatura de um corpo seu volume também diminui. Dizemos que ocorreu uma contração térmica.

*Na temperatura ambiente a esfera passa pelo anel, mas quando aquecida seu volume aumenta e a passagem não é mais possível.

A dilatação térmica não ocorre somente nos corpos sólidos, nos líquidos e gasosos também. Nos corpos sólidos a dilatação ocorre em todas as direções, mas, esta dilatação pode ser predominante em apenas uma direção ou em duas. Sendo assim a dilatação térmica dos sólidos pode ser divida em:

Dilatação térmica linear: quando a dilatação é predominante em uma direção, como podemos ver na imagem abaixo:

Dilatação térmica superficial:

Placa metálica

Inicialmente, a temperatura inicial é to, a placa tem área inicial So. Após ser aquecida por uma fonte de calor, a sua área ganha novas dimensões, ou seja, ela se expande em razão do aumento no grau de agitação das moléculas que a compõem. Agora com temperatura final t, a placa metálica passa a ter área final S. A variação de área sofrida pela placa pode ser determinada da seguinte forma:

ΔS = S – So (I)

Experimentalmente podemos mostrar que a variação da área sofrida pela placa é proporcional à variação da temperatura sofrida pela mesma, matematicamente temos a seguinte relação que determina a dilatação superficial, veja:

ΔS = SoβΔt (II)

Onde β é chamado de coeficiente de dilatação térmica superficial do material que constitui a placa, ele é igual a duas vezes o valor do coeficiente de dilatação térmica linear (α), veja:

β=2α.

Para saber qual a área final da placa após ela ser aquecida podemos substituir a equação I na equação II, temos:

S – So = SoβΔt

Isolando S do restante da equação surge:

S = So( 1 + βΔt).

Dilatação térmica volumétrica:

Ao ser aquecido, o corpo teve seu volume aumentado

Ao estudarmos a parte da física chamada termologia, vemos que a temperatura de um corpo está relacionada à agitação de suas moléculas. Dessa forma, podemos dizer que se há aumento de temperatura há também o aumento da agitação térmica das moléculas do corpo. Geralmente, o aumento da agitação das moléculas ocasiona um aumento da distância média entre elas, ocasionando, assim, uma dilatação do corpo.

Portanto, podemos dizer que ao aumentarmos a temperatura de um corpo, estamos colaborando para uma dilatação desse corpo, sendo que basicamente essa dilatação ocorre de três maneiras: dilatação linear, dilatação superficial edilatação volumétrica. Nesse artigo, nosso objeto de estudo é a dilatação volumétrica de um corpo. Nesse tipo de dilatação podemos dizer