Dilatação térmica

Todos os corpos na natureza estão sujeitos a este fenômeno, uns mais outros menos.  Geralmente quando esquentamos algum corpo, ou alguma substância, esta tende a aumentar seu volume (expansão térmica).  E se esfriarmos algum corpo ou substância esta tende a diminuir seu volume (contração térmica).
Existem alguns materiais que em condições especiais fazem o contrário, ou seja, quando esquentam contraem e quando esfriam dilatam.  É o caso da água quando está na pressão atmosférica e entre 0ºC e 4ºC.  Mas estes casos são exceções e, embora tenham também sua importância, não serão estudados aqui neste capítulo.

Porque isso acontece ?

Bem, você deve estar lembrado que quando esquentamos alguma substância estamos aumentando a agitação de suas moléculas, e isso faz com que elas se afastem umas das outras, aumentando logicamente o espaço entre elas.  Para uma molécula é mais fácil, quando esta está vibrando com mais intensidade, afastar-se das suas vizinhas do que aproximar-se delas.  Isso acontece por causa da maneira como as forças moleculares agem no interior da matéria.  Então ... 

" ...se o espaço entre elas aumenta, o volume final do corpo acaba aumentando também"

Quando esfriamos uma substância ocorre exatamente o inverso.  Diminuímos a agitação interna das mesmas o que faz com que o espaço entre as moléculas diminua, ocasionando uma diminuição do volume do corpo.  

"Se o espaço entre as moléculas diminui, o volume final do corpo acaba diminuindo também"

Como calcular estas dilatações ou estas contrações ?

Existem três equações simples para determinar o quanto um corpo varia de tamanho, e cada uma delas deve ser usada em uma situação diferente.

1 - Dilatação térmica linear

	DL = o quanto o corpo aumentou seu comprimento
	Lo = comprimento inicial do corpo
	a  =  coeficiente de dilatação linear (depende do material)
	DT = variação da temperatura ( Tf - Ti )

Vale destacar que o coeficiente de dilatação linear ( a ) é um número tabelado e depende de cada material.  Com ele podemos comparar qual substância dilata ou contrai mais do que outra.  Quanto maior for o coeficiente de dilatação linear da substância mais facilidade ela terá para aumentar seu tamanho, quando esquentada, ou diminuir seu tamanho, quando esfriada.

Outra coisa interessante de notar é que, se soubermos o valor do coeficiente de dilatação linear ( a ) de uma determinada substância, poderemos também saber o valor do coeficiente de dilatação superficial ( b ) e o coeficiente de dilatação volumétrica ( g ) da mesma.  Eles se relacionam da seguinte maneira:

b  =  2a           e         g  =  3a

2 - Dilatação térmica superficial

	DA = o quanto o corpo aumentou sua área
	Ao = área inicial do corpo
	b  =  coeficiente de dilatação superficial (depende do material)
	DT = variação da temperatura ( Tf - Ti )

3 - Dilatação térmica volumétrica

	DV = o quanto o corpo aumentou seu volume
	Vo = volume inicial do corpo
	g  =  coeficiente de dilatação volumétrica (depende do material)
	DT = variação da temperatura ( Tf - Ti )

Obs:  

DL , DA  ou  DV  positivos significa que a substância aumentou suas dimensões.

DL , DA  ou  DV  negativos significa que a substância diminuiu suas dimensões.

Tabelas com os coeficientes de dilatação linear ( a )  e volumétrica  ( g )  de algumas substâncias

substância Coeficiente de dilatação linear (a)  em ºC-1 aço 1,1 x 10-5 alumínio 2,4 x 10-5 chumbo 2,9 x 10-5 cobre 1,7 x 10-5 ferro 1,2 x 10-5 latão 2,0 x 10-5 ouro 1,4 x 10-5 prata 1,9 x 10-5 vidro comum 0,9 x 10-5 vidro pirex 0,3 x 10-5 zinco 6,4 x 10-5

substância Coeficiente de dilatação volumétrica  (g)  em ºC-1 álcool 100 x 10-5 gases 3,66 x 10-3 gasolina 11 x 10-4 mercúrio 18,2 x 10-5

FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)