FÍSICA

DILATAÇÃO TÉRMICA

INTRODUÇÃO De um modo geral, quando aumentamos a temperatura de um corpo (sólido ou líqui-do), aumentamos a agitação das partícu-las que formam esse corpo. Isso causa um afastamento entre as partículas, resultan-do em aumento nas dimensões do corpo (dilatação térmica). Por outro lado, uma diminuição na temperatura de um corpo acarreta uma redução em suas dimensões (construção térmica).

Na construção civil, por exemplo, para prevenir possíveis trincas e rupturas por causa da dilatação térmica dos materiais, utilizam-se as " folgas", chamadas de juntas de dilatação.

Í N D I C E Dilatação Linear Dilatação Superficial Dilatação Volumétrica Coeficientes Fórmulas Dilatação dos Líquidos Dilatação da Água

DILATAÇÃO LINEAR

Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais. Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido. Nesse caso, temos a dilatação Linear ( DL ). Exemplos: trilho da linha férrea, fio de alta tensão, viga de prédio, etc. 100 oC 20 oC

DILATAÇÃO SUPERFICIAL

Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica, etc. A dilatação superficial corresponde à variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura. As figuras abaixo representam uma placa retangular à temperatura To e à temperatura T > To . Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica, etc. Ocorre também nos objetos circulares (exemplo: anéis). 20 oC 100 oC

DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA

Neste tipo de dilatação, vamos considerar a variação de volume, isto é, a dilatação nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura). Veja o exemplo do quadro abaixo: Exemplos: caixa de água de um prédio, caixa de sapato, objetos cilíndricos, etc. 100 oC 100 oC 20 oC 20 oC

COEFICIENTES  coeficiente da dilatação linear.  coeficiente da dilatação superficial.  coeficiente da dilatação volumétrica. 3 b 2  = 2 =  3 = 

FÓRMULAS

DILATAÇÃO LINEAR L = Lo .  .  L - Lo = Lo .  .  L = L + Lo

DILATAÇÃO SUPERFICIAL S = So .  .  S - So = So .  .  S - So = So . 2  .  S = S +So

DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA V = Vo .  .  V - Vo = Vo .  .  V - Vo = Vo . 3  .  V = V + Vo

D I L A T A Ç Ã O D OS LÍQUIDOS

Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos têm somente volume definido. Assim o estudo da dilatação térmica dos líquidos é feita somente em relação á dilatação volumétrica. Esta obedece a uma lei idêntica á dilatação volumétrica de um sólido , ou seja , a dilatação volumétrica de um líquido poderá ser calculada pelas mesmas fórmulas da dilatação volumétrica dos sólidos.

Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos, medido em oC -1 Água 1,3 . 10-4 Mercúrio 1,8 . 10-4 Glicerina 4,9 . 10-4 Benzeno 10,6 . 10-4 Álcool etílico 11,2 . 10-4 Acetona 14,9 . 10-4 Petróleo 10 . 10-4

Como os líquidos não apresentam forma própria, só tem significado o estudo de sua dilatação volumétrica. Ao estudar a dilatação dos líquidos tem de se levar em conta a dilatação do recipiente sólido que o contém. .

De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos.

No aquecimento de um líquido contido num recipiente, o líquido irá, ao dilatar-se juntamente com o recipiente, ocupar parte da dilatação sofrida pelo recipiente, além de mostrar uma dilatação própria, chamada dilatação aparente.

A dilatação aparente é aquela diretamente observada e a dilatação real é aquela que o líquido sofre realmente.

A dilatação aparente do líquido é igual ao volume que foi extravasado A dilatação aparente do líquido é igual ao volume que foi extravasado. A dilatação real do líquido é dada pela soma da dilatação aparente do líquido e da dilatação volumétrica sofrida pelo recipiente.

DILATAÇÃO DA ÁGUA

Em países onde os invernos são rigorosos, muitas pessoas deixam suas torneiras gotejando para não permitir que a água contida no encanamento se congele, devido ao pequeno fluxo, e os canos arrebentem. Do mesmo modo, nas encostas rochosas desses países, com a chegada do inverno, as águas que se infiltraram nas rachaduras congelam-se e aumentam de volume, provocando um desmoronamento.

Em regra geral, ao se elevar a temperatura de uma substância, verifica-se uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 00 C a 40 C, contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira:

No estado sólido , os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em conseqüência disso, entre as moléculas, formam-se grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto macroscópico).

Os diagramas a seguir ilustram o comportamento do volume e da densidade em função da temperatura.

Então, a 4o C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido. Observação: A densidade da água no estado sólido ( gelo ) é menor que a densidade da água no estado líquido.

Um fio metálico tem 100 m de comprimento e coeficiente de dilatação linear igual a 17 . 10-6 oC-1. Qual a variação de comprimento desse fio, quando a temperatura varia 10o C ? Solução: L = Lo .  . t L = 100 . 0,000017 . 10 L = 0,017 m ou 17 mm