Dilatação Térmica

Dilatação Linear

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 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 L0 o comprimento inicial da barra, L o seu comprimento final, T0 sua temperatura inicial e T sua temperatura final, teremos:

ΔL = L0 . α . ΔT

Dilatação Superficial dos sólidos

Chamaremos de dilatação superficial a dilatação de objetos cuja área é muito maior do que a espessura. É o caso de uma placa. Para facilitar a compreensão do caso, imaginemos uma placa quadrada de lado L0 a uma temperatura T0 e de material com coeficiente de dilatação linear α. 

Aquecendo-se a placa até uma temperatura T>T0, haverá um aumento do comprimento de seus lados e, por consequência, de sua área. Vamos considerar um material que dilate igualmente em todas as direções. Esse material é chamado de isotrópico.

Logo, por analogia, podemos verificar que:

ΔA = A0 . β . ΔT

ΔA = o quanto o corpo aumentou sua área
A0 = área inicial do corpo
β  =  coeficiente de dilatação superficial (depende do material)
ΔT = variação da temperatura ( Tf – Ti )

Dilatação Volumétrica

Chamaremos de dilatação volumétrica a dilatação de objetos onde todas as dimensões possuem dilatações. É o caso de sólidos como esferas, caixas, cilindros e líquidos. Para facilitar a compreensão do caso, imaginemos um cubo de aresta L0 a uma temperatura T0 e de material com coeficiente de dilatação linear α. 

Aquecendo-se o cubo até uma temperatura T>T0,haverá um aumento do comprimento de seus lados e, por consequência, de seu volume. Novamente, vamos considerar um material isotrópico. Inicialmente, seu volume pode ser calculado por: 

ΔV = V0  . γ . ΔT

ΔV = o quanto o corpo aumentou seu volume
V0 = volume inicial do corpo
γ  =  coeficiente de dilatação volumétrica (depende do material)
ΔT = variação da temperatura ( Tf – Ti )

Segue abaixo, uma vídeo aula sobre Dilatação Térmica.