Dilatação Termica

Dilatação Térmica

Todos os corpos existentes na natureza, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica. O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Ao aquecer um corpo, por exemplo, ocorrerá um aumento na distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação das mesmas. Esse espaçamento maior entre elas se manifesta através da escansão das dimensões do corpo, as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica. O contrário ocorre quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso as distâncias entre as moléculas são diminuídas e em consequência disso há diminuição nas dimensões do corpo.

- Dilatação Linear: é a dilatação que se caracteriza pela variação no comprimento do corpo. Essa variação pode ser calculada a partir da seguinte equação matemática, veja:

Onde:

• α é o coeficiente de dilatação térmica linear, cuja unidade é o °C-1, que depende da natureza do material que constitui o corpo;

• Lo é o comprimento inicial do corpo;

• ΔL e ΔT são, respectivamente, a variação do comprimento e da temperatura do corpo.

- Dilatação Superficial: é a dilatação que se caracteriza pela variação na área superficial do corpo. Essa variação na superfície do corpo pode ser calculada através da seguinte expressão:

Onde:

• β é o coeficiente de dilatação térmica superficial, cuja unidade é a mesma do coeficiente de dilatação térmica linear, e que também depende da natureza do material que constitui o corpo;

• β= 2α;

• So é a área da superfície inicial do corpo;

• ΔS e ΔT são, respectivamente, a variação da área da superfície e a variação da temperatura do corpo.

- Dilatação Volumétrica: é a dilatação que se caracteriza pela variação no volume do corpo. Essa variação pode ser calculada com a expressão:

Onde:

• γ é o coeficiente de dilatação térmica volumétrica, cuja unidade é a mesma do coeficiente de dilatação linear e superficial, e que também depende da natureza do material que constitui o corpo;

• γ= 3α;

• Vo é o volume inicial do corpo;

• ΔV e ΔT são, respectivamente, a variação do volume e a variação da temperatura do corpo.

Calorimetria

É o ramo da física que estuda as trocas de energia entre os corpos e/ou sistemas, quando essas trocas se dão em forma de calor.

- Calor: é a energia térmica em trânsito, a qual é determinada pela diferença de temperatura entre os corpos e/ou sistemas envolvidos.

- Temperatura: é a grandeza que mede o grau de agitação das moléculas que constituem o corpo.

A equação geral da calorimetria é determinada pela seguinte equação matemática:

Onde c é o calor específico do material, ΔT a variação da temperatura do corpo e Q é a quantidade de calor, que tem como unidade, no Sistema Internacional de Unidades, o joule (J).

O calor pode se propagar de um corpo para outro de três formas: condução, convecção e irradiação.

- condução: é a transferência de energia que ocorre de molécula a molécula em razão da agitação das mesmas, quando submetidas a um aumento de temperatura.

- convecção: é o processo de transferência de calor que ocorre em razão dos fluidos, em face das diferenças de densidade entre as partes que constituem o sistema.

- Irradiação: é o tipo de transmissão de energia que ocorre entre dois sistemas sem que haja contato físico entre eles. Essa transmissão ocorre através de ondas eletromagnéticas como, por exemplo, os raios solares que aquecem a Terra todos os dia

DILATAÇÃO LINEAR

O que os pequenos espaços entre viadutos e trilhos de trem e um termômetro e uma restauração dentária possuem em comum? Embora pareça que nada, ambos se utilizam de um conhecimento sobre os materiais que nos rodeiam: o fato de que as dimensões dos objetos tendem a mudar com a temperatura. Chamamos esse fenômeno de dilatação térmica, e nos concentraremos agora na dilatação de sólidos e líquidos.

De uma forma geral, as dimensões dos objetos tendem a aumentar com o aumento da temperatura e diminuir com a diminuição da mesma. Isso se deve ao maior grau de vibração das partículas do sistema, que faz com que a distância média entre as partículas aumente. Quando consideramos o aumento entre todas as partículas de um objeto, temos uma variação considerável. Embora considerável, a dilatação ou a contração da maioria dos materiais não atinge grandes valores.

Dilatação Linear dos Sólidos

Chamaremos de dilatação linear a dilatação de objetos cujo comprimento é muito maior do que as outras dimensões. Nesses casos, a variação do comprimento tende a ser mensurável, enquanto a dilatação das outras dimensões tende a ser desprezível quando comparada ao comprimento. É o caso de uma barra ou fio.

De forma empírica (ou seja, experimental), podemos verificar que a dilatação de uma barra é proporcional a duas coisas:

-Ao seu comprimento inicial;

-À sua variação de temperatura.

Chamando de L0o comprimento inicial da barra, L o seu comprimento final, T0sua temperatura inicial e T sua temperatura final, teremos:

Dilatação = ΔL=L−L0

Variação de temperatura = ΔT=T−T0

Assim, temos que: ΔL=L0⋅α⋅ΔT

Onde o coeficiente de proporcionalidade α é chamado de coeficiente de