Dilatação Térmica

Trabalho de Física

Dilatação Térmica

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.

Fala-se 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.

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.

Dilatação térmica de sólidos

A dilatação térmica dos sólidos ocorre quando um corpo tem sua temperatura aumentada. Assim, o grau de agitação de suas moléculas também aumenta, aumentando também a temperatura e, consequentemente, variando suas dimensões.

Tratando-se da dilatação térmica dos sólidos podemos afirmar que a maioria dos objetos aumenta de tamanho quando aumentamos sua temperatura.

 

Dilatação térmica linear dos sólidos

A dilatação linear ocorre quando um corpo sofre aumento em sua temperatura e, consequentemente, há aumento na distância entre dois pontos em seu interior. São exemplos desse fenômeno o aumento do comprimento de uma barra, o aumento do raio de uma esfera e o aumento da diagonal de um quadrado ou de um cubo.

Observe o exemplo a seguir:

Exemplo da dilatação linear causada por um aumento de temperatura

Para fazer uma análise da dilatação linear, tomemos como exemplo essa barra. Seu comprimento inicial é L0 para uma temperatura Ti. A temperatura é elevada e atinge um valor T, o que causa um aumento da barra para um tamanho L.

A variação da temperatura é calculada pela diferença entre a temperatura final e a inicial:

ΔT = Tf - Ti

Da mesma forma, podemos calcular a variação de comprimento causada por essa variação da temperatura:

ΔL = L – L0

Como vimos, a dilatação linear sofrida pela barra é proporcional ao aumento de temperatura, de forma que quanto maior for esse aumento, maior será a dilatação. Ela também depende do comprimento inicial e do material que constitui a barra, uma vez que cada material apresenta um comportamento diferente ao ser submetido a variações de temperatura.

Observando essas relações, obtemos uma relação matemática para calcular a dilatação, que é chamada de Lei da dilatação linear:

Δ L = α . L0 . Δ T

A letra grega α representa o coeficiente de dilatação linear do material que constitui a barra e assume um valor específico para cada tipo de material. Sua unidade de medida é o grau Celsius recíproco (ºC-1).

 

Gráfico da dilatação linear

A dilatação linear pode ser representada por um gráfico do comprimento em função da temperatura do corpo, observe:

Gráfico da dilatação térmica linear que demonstra a variação de comprimento em função da variação de temperatura

O ângulo φ pode ser relacionado com a lei da dilatação linear:

Δ L = α . L0 . Δ T

e

ΔL = α . L0

Δ T

O coeficiente angular da reta é dado por:

tg φ = ΔL

Δ T

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