Dilatação térmica é um fenômeno físico decorrente do aumento da temperatura de um corpo. Quando um corpo é exposto a alguma fonte de calor, sua temperatura pode sofrer variações, aumentando a agitação das moléculas, que oscilam em torno de um espaço maior. Show
Essa microscópica variação na vibração das moléculas pode ser percebida em escala macroscópica, como quando uma barra de ferro fica ligeiramente maior em decorrência de um aquecimento. Tópicos deste artigo
Dilatação linearDilatação linear dos sólidos é o fenômeno físico que ocorre quando corpos de formato linear que se encontram no estado sólido, como fios, cabos, agulhas, barras, canos, sofrem uma variação de temperatura. Para calcular a magnitude da dilatação linear, utilizamos o coeficiente de dilatação linear do material. Exemplos de dilatação térmica linear
Dilatação superficialDilatação superficial de sólidos é a variação da área de um corpo que se encontra no estado sólido em razão de um aumento de sua temperatura. O cálculo da dilatação superficial de um sólido depende de seu coeficiente de dilatação superficial. Exemplos de dilatação térmica superficial
Dilatação volumétricaDilatação volumétricaé a expansão do volume de um corpo mediante o aumento de sua temperatura. A dilatação volumétrica é calculada a partir do coeficiente de dilatação volumétrica do corpo. Exemplos de dilatação térmica volumétrica
Coeficiente de dilatação térmicaEnquanto alguns materiais devem sofrer enormes variações de temperatura para que sua dilatação torne-se perceptível, outros precisam ter sua temperatura variada em poucos graus para que se percebam diferenças em suas dimensões. A propriedade física que determina a facilidade ou a dificuldade de o material ter suas dimensões alteradas mediante uma variação de temperatura é chamada de coeficiente de dilatação térmica.  Com o aumento da temperatura, as moléculas de um corpo passam a ocupar um espaço maior. Veja também: Calorimetria Cada material apresenta seu próprio coeficiente de dilatação térmica, que pode ser de três tipos distintos: coeficiente de dilatação linear, superficial e volumétrica. Para calcular a dilatação sofrida por um corpo, utilizamos somente um desses coeficientes, determinado de acordo com o formato apresentado pelo corpo. Apesar de sofrerem dilatação superficial e volumétrica, os corpos alongados que possuem simetria linear, como cabos e fios, estão sujeitos a dilatações em seu comprimento muito superiores às dilatações em sua área ou volume. Os coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrico são denotados, respectivamente, pelas letras gregas α, β, e γ, e sua unidade de medida é o ºC-1. O efeito da dilatação térmica dos sólidos tem uma grande importância comercial e tecnológica. A construção civil, por exemplo, utiliza materiais que são frequentemente expostos a grandes e, por vezes, bruscas variações de temperatura. Nesse caso, é indispensável o conhecimento dos coeficientes de dilatação de cada material empregado na construção civil a fim de evitar o surgimento de rachaduras e de outros defeitos estruturais. Relação entre os coeficientes de dilatação do sólidosCorpos com diferentes simetrias feitos do mesmo material sofrem diferentes formas de dilatação. Uma barra de ferro, por exemplo, sofre dilatação linear, enquanto uma chapa desse mesmo material sofre dilatação superficial. Isso ocorre porque o coeficiente de dilatação superficial equivale ao dobro do coeficiente de dilatação linear, enquanto o coeficiente de dilatação volumétrica é três vezes maior que o coeficiente de dilatação linear. Observe: Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) α – coeficiente de dilatação linear Dilatação térmica em pontesOs efeitos da dilatação térmica são especialmente importantes em construções que não podem apresentar deformações ou rachaduras em sua estrutura, como as pontes. É por isso que, nesse tipo de construção, são utilizadas diversas juntas de expansão. A imagem abaixo mostra a junta de expansão de uma ponte. Observe: As juntas de expansão reduzem as chances de surgirem rachaduras em decorrência da dilatação do concreto das pontes. Fórmulas da dilatação térmicaConfira abaixo as fórmulas utilizadas para o cálculo das dilatações lineares, superficiais e volumétricas de sólidos. Fórmula da dilatação linearA fórmula da dilatação linear pode ser apresentada de duas maneiras: uma para calcular o tamanho final do corpo e outra para calcular a variação de comprimento sofrida durante a dilatação: L – comprimento final Fórmula da dilatação superficialAssim como a fórmula da dilatação linear, a fórmula da dilatação superficial também pode ser escrita de duas maneiras distintas: S – área final Fórmula da dilatação volumétricaPor fim, temos as expressões que nos permitem calcular o volume final de um corpo ou sua variação volumétrica: V – volume final Resumo
Exercícios sobre dilatação térmicaUma barra de ferro de 2,0 m de comprimento cujo coeficiente de dilatação linear é α=1,2.10-5 ºC-1 encontra-se em temperatura ambiente (25ºC). Esse corpo é, então, exposto a uma fonte de calor, atingindo, ao final de seu aquecimento, uma temperatura de 100 ºC. Determine: a) a dilatação sofrida pela barra. b) o comprimento final da barra. c) os coeficientes de dilatação superficial e volumétrico do material do qual essa barra é feita. Resolução a) Para calcularmos a dilatação sofrida pela barra, precisamos lembrar que seu formato é linear, por isso, essa é a forma de dilatação mais importante sofrida por ela. Usando a fórmula da dilatação linear, teremos: De acordo com o resultado acima, essa barra sofreria uma expansão de 1,8 mm em seu comprimento. b) O comprimento final da barra pode ser facilmente encontrado, uma vez que já sabemos a dilatação sofrida por ela. Seu comprimento final será de 2,0018 m (2 metros e 1,8 milímetros) c) Os coeficientes de dilatação superficial e volumétrica são múltiplos do coeficiente de dilatação linear. Seus valores são, respectivamente, 2,4.10-5 ºC-1e 3,6.10-5 ºC-1. Por Me. Rafael Helerbrock Como se calcula a dilatação volumétrica?A variação de volume é proporcional ao coeficiente de dilatação volumétrica e à variação de temperatura. A fórmula da dilatação volumétrica envolve o volume inicial, o coeficiente de dilatação volumétrica e a variação de temperatura (∆V = VO ∙ γ ∙ ∆T ).
Qual a expressão que nos permite calcular a dilatação linear?Onde ΔL = Lf – Li é a variação do comprimento, ou seja, a dilatação linear da barra. E Δt = tf – ti é a variação da temperatura da barra.
Qual a unidade de medida utilizada para representar o coeficiente de dilatação volumétrica?Em que V0 é o volume inicial, antes da variação de temperatura, γ é o coeficiente de dilatação volumétrica, em ºC−1, e ΔT é a variação de temperatura, em ºC. A unidade de ΔV será a mesma utilizada em V0, como m3 ou cm3.
Como se calcula a dilatação dos líquidos?Para medir a dilatação aparente costuma-se utilizar um recipiente cheio até a borda. Ao aquecer este sistema (recipiente + líquido) ambos dilatarão e, como os líquidos costumam dilatar mais que os sólidos, uma quantidade do líquido será derramada, esta quantidade mede a dilatação aparente do líquido.
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Qual a expressão matemática que nos permite calcular a dilatação volumétrica de um corpo?
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