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)

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