Resumo Dilatação Térmica dos Sólidos (ENEM e Vestibulares)
Resumo Dilatação Térmica dos Sólidos (ENEM e Vestibulares)
O aumento na temperatura de um corpo provoca um aumento nas suas dimensões, fenômeno denominado dilatação térmica. Uma diminuição de temperatura produz, em geral, uma diminuição nas dimensões do corpo, uma contração térmica.
Quando a temperatura de um objeto se eleva, sabemos que há um aumento na agitação de seus átomos ou de suas moléculas. Em razão da maior agitação térmica, a distância média entre essas partículas torna-se maior e, assim, o objeto como um todo terá suas dimensões aumentadas, ou seja, irá se dilatar.
Essa dilatação ocorre sempre nas três dimensões, mas, para simplificar, consideramos apenas as mais relevantes.
Dilatação Linear
Quando consideramos apenas a alteração no comprimento dos objetos, decorrente da variação de temperatura, estamos lidando com uma dilatação térmica linear.
ΔL = L0 . α . Δθ
O comprimento final L será dado por: L = L0 + ΔL
ΔL = Variação do comprimento (dilatação linear)
L0 = Comprimento inicial
Δθ = Variação de temperatura
α = coeficiente de dilatação linear (embora esse coeficiente em geral varie com a temperatura, na prática podemos desprezar essa variação e considerá-lo constante).
Quanto maior for o coeficiente de dilatação linear mais fácil o corpo irá se expandir.
Pequenos espaços (juntas de dilatação) deixados entre peças adjacentes, com a intenção de permitir que elas dilatem livremente.
Dilatação Superficial
Quando nos preocupamos em analisar o aumento na área de um objeto qualquer ao ser aquecido, estamos lidando com uma dilatação térmica superficial.
ΔA = A0 . β . Δθ
A área final A será dada por:
ΔA = Dilatação superficial
A0 = Área inicial
β = Coeficiente de dilatação superficial do material
Δθ = Variação de temperatura.
Importante! O coeficiente de dilatação superficial do material β é igual a 2α (coeficiente de dilatação linear)
Espaço deixado para que o material possa se expandir ou contrair. Também chamado de junta de dilatação.
Como se comportam os buracos em uma dilatação?
No aquecimento, os furos aumentarão de tamanho e, no resfriamento diminuirão de tamanho de forma proporcional a dilatação ou contração do objeto.
Dilatação Volumétrica
Quando nos preocupamos em analisar o aumento no volume de um objeto qualquer ao ser aquecido, estamos lidando com uma dilatação térmica volumétrica.
ΔV = V0 . ϒ . Δθ
ΔV = Variação do volume
V0 = Volume inicial
ϒ = Coeficiente de dilatação volumétrico do material
Δθ = Variação de temperatura
Importante! O coeficiente de dilatação volumétrico do material ϒ é igual a 3α (coeficiente de dilatação linear)
Dilatação volumétrica observada no Anel de Gravesande.
Lâminas Bimetálicas
Dispositivos formados por dois metais de diferentes coeficientes de dilatação, colados fortemente.
Quando nos preocupamos em analisar o aumento na área de um objeto qualquer ao ser aquecido, estamos lidando com uma dilatação térmica superficial.
ΔA = A0 . β . Δθ
A área final A será dada por:
ΔA = Dilatação superficial
A0 = Área inicial
β = Coeficiente de dilatação superficial do material
Δθ = Variação de temperatura.
Importante! O coeficiente de dilatação superficial do material β é igual a 2α (coeficiente de dilatação linear)
Espaço deixado para que o material possa se expandir ou contrair. Também chamado de junta de dilatação.
Como se comportam os buracos em uma dilatação?
No aquecimento, os furos aumentarão de tamanho e, no resfriamento diminuirão de tamanho de forma proporcional a dilatação ou contração do objeto.
Dilatação Volumétrica
Quando nos preocupamos em analisar o aumento no volume de um objeto qualquer ao ser aquecido, estamos lidando com uma dilatação térmica volumétrica.
ΔV = V0 . ϒ . Δθ
ΔV = Variação do volume
V0 = Volume inicial
ϒ = Coeficiente de dilatação volumétrico do material
Δθ = Variação de temperatura
Importante! O coeficiente de dilatação volumétrico do material ϒ é igual a 3α (coeficiente de dilatação linear)
Dilatação volumétrica observada no Anel de Gravesande.
Lâminas Bimetálicas
Dispositivos formados por dois metais de diferentes coeficientes de dilatação, colados fortemente.
Se a temperatura variar, a lâmina encurva, pois os dois metais vão sofrer diferentes dilatações.
Na situação acima o coeficiente de dilatação térmica linear do latão é maior do que o do ferro, o que fará ele dilatar mais que o ferro.
Vidro pirex e Vidro comum
O vidro pirex tem um coeficiente de dilatação relativamente pequeno, por isso pode ser colocado diretamente no fogo. O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum.
Na situação acima o coeficiente de dilatação térmica linear do latão é maior do que o do ferro, o que fará ele dilatar mais que o ferro.
Vidro pirex e Vidro comum
O vidro pirex tem um coeficiente de dilatação relativamente pequeno, por isso pode ser colocado diretamente no fogo. O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum.
