Dilatação Térmica: tipos e fórmulas [resumo completo]
Dilatação Térmica refere-se ao coeficiente de expansão de um material sólido definido a partir de uma inserção deste em dado ambiente.
A dilatação térmica define-se como a expansão de um sólido qualquer a partir da incidência de alta temperatura. Sempre que um objeto sólido qualquer é exposto a alta temperatura, ele tende a dilatar.
Por meio disso, todas as propriedades físicas que cernem esse corpo podem ser alteradas em função da alteração da temperatura. Estas são: o comprimento, a condutividade elétrica e também a dureza deste corpo.
Não só com corpos sólidos esses efeitos de alteração são observados. Seja eles líquidos ou gasosos, ao incidir aquecimento, a tendência é a dilatação destes corpos.
A dilatação dos corpos decorre do aumento no grau de agitação das moléculas formadoras do corpo. Quando se aquece um corpo, o aumento entre a distância das moléculas será perceptível, dado a elevação do grau de agitação delas.
O espaço maior entre as moléculas é em decorrência da expansão das dimensões deste corpo. Os aumentos podem ocorrer de três maneiras diferentes:
Ao acontecer quaisquer das três, a distância entre moléculas terão significativa alteração. Do contrário, na contração, elas diminuirão, sobretudo quando o objeto analisado é resfriado, havendo diminuição do corpo.
Os tipos de dilatação térmica observados
Como já ressaltado, existem três tipos diferentes de distanciamento entre moléculas quando um corpo sofre aquecimento. Esse distanciamento será correlacionado ao tipo de dilatação térmica observada em um dado corpo.
Quando elevamos a temperatura de um material, percebemos, consequentemente, a expansão deste dado material. A dilatação linear define-se como a variação do crescimento do material em questão.
De forma que o comprimento aumentará, é possível calcular essa variação por meio da fórmula a seguir. Esta representará o quão expande esse material, assim:
ΔL = α.L0.ΔT
Nesta fórmula, cada um dos componentes representará a seguinte definição:
α: trata do coeficiente da dilatação linear, que é variável e a unidade é o ºC-1;
L0: é o comprimento do corpo ao início da verificação;
ΔL e ΔT: trata da variação de comprimento e variação de temperatura do material, respectivamente;
É a dilatação que promove a variação da área da superfície de um específico material. Essa variação é descoberta por meio da seguinte fórmula em disposição:
ΔS = β.S0.ΔT
Nesta, cada um dos elementos que constituem terão a seguinte definição:
Β: trata do coeficiente de dilatação térmica superficial, sendo a mesma que a dilatação linear, agora representada por β: 2α;
So: corresponde a área superficial inicial de um dado material;
ΔS e ΔT: abrange a variação da área superficial e a variação de temperatura do corpo, respectivamente;
Dilação Volumétrica
Trata da dilatação que o volume de um dado material apresentará. Esse tipo de variação tem uma característica expressão para ser calculada:
ΔV = γ.V0.ΔT
γ: representa o coeficiente de dilatação volumétrica. A unidade de medida é igual a de dilatação superficial e, consequentemente, a linear. Seu valor é representado pela seguinte proporção γ: 3α;
Vo: abrange o volume inicial observado no material;
ΔV e ΔT: é a variação de volume e variação de temperatura, respectivamente;
Além dos conceitos de dilatação térmica, é fundamental também revisar os conceitos de Calorimetria. O estudo das temperaturas na Física costuma ser um conteúdo bastante requisitado no ENEM.
01. [ITA] O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum porque:
a) possui alto coeficiente de rigidez.
b) tem baixo coeficiente de dilatação térmica.
c) tem alto coeficiente de dilatação térmica.
d) tem alto calor específico.
e) é mais maleável que o vidro comum.
02. [UPE] Uma barra de coeficiente de dilatação α = 5π x 10-4ºC-1, comprimento 2,0 m e temperatura inicial de 25 ºC está presa a uma parede por meio de um suporte de fixação S. A outra extremidade da barra B está posicionada no topo de um disco de raio R = 30 cm. Quando aumentamos lentamente a temperatura da barra até um valor final T, verificamos que o disco sofre um deslocamento angular Δθ = 30º no processo. Observe a figura a seguir:
Supondo que o disco rola sem deslizar e desprezando os efeitos da temperatura sobre o suporte S e também sobre o disco, calcule o valor de T.