A dilatação térmica é um fenômeno físico resultante do aumento de temperatura de um corpo. A temperatura de um corpo pode sofrer variações quando exposto a alguma fonte de calor. Quando isso acontece a agitação das moléculas aumenta e elas passam a oscilar em torno de um espaço maior. Continue lendo e saiba mais.
O que é a dilatação térmica?
Como citamos acima, a dilatação térmica é um fenômeno físico resultante do aumento de temperatura de um corpo.
A temperatura de um corpo pode sofrer variações quando exposto a alguma fonte de calor. Isso leva ao aumento da agitação das moléculas que oscilam em torno de um espaço mais amplo.
Trata-se de uma microscópica variação na vibração das moléculas que pode ser percebida em escala macroscópica. Um exemplo é quando uma barra de ferro fica ligeiramente maior devido a um aquecimento.
O que é dilatação linear?
A dilatação linear dos sólidos é um fenômeno físico que acontece quando os corpos de formato linear em estado sólido passam por uma variação de temperatura. Pode acontecer com cabos, fios, barras, agulhas, canos, entre outros. Podemos calcular a magnitude da dilatação linear utilizando o coeficiente de dilatação linear do material.
Exemplos
- Trilhos de trens entortados devido a grande amplitude térmica durante os ciclos do dia e da noite;
- Fio de cobre usados na transmissão de corrente elétrica nos postos devem ser sempre maiores do que a distância entre os postes.
O que é dilatação superficial?
A dilatação superficial dos sólidos consiste na variação da área de um corpo que se encontra em estado sólida devido ao aumento da sua temperatura. Para fazer esse cálculo devemos considerar o seu coeficiente de dilatação superficial.
Exemplos:
- Entre placas de azulejo aplicadas em pisos residenciais e em calçadas, há um espaço para que o rejunte, material poroso que absorve parte da dilatação;
- É comum que uma porca presa a um parafuso seja aquecida após ser removida, pois isso facilita a sua remoção.
O que é dilatação volumétrica?
Trata-se da expansão do volume de um corpo perante o aumento da sua temperatura. O cálculo da dilatação volumétrica é feito a partir do coeficiente de dilatação volumétrica do corpo.
Exemplos:
- Parafusos usados em fuselagem de aviões podem ser colocados em temperaturas baixíssimas antes de serem rosqueados, pois aumentam de tamanho após o rosqueamento.
Coeficiente de dilatação térmica
Em alguns materiais é necessário haver enormes variações de temperatura para que sua dilatação se torne perceptível. Para outros é necessário que a temperatura varie em poucos graus para que as diferenças de dimensões sejam observadas.
O que determina a facilidade ou a dificuldade de o material ter suas dimensões alteradas perante a variação de temperatura é o coeficiente de dilatação térmica. Quando a temperatura aumenta, as moléculas de um corpo ocupam um espaço maior.
Cada material possui seu próprio coeficiente de dilatação térmica que pode ser de três tipos diferentes:
- Coeficiente de dilatação linear (α);
- Coeficiente de dilatação superficial (β);
- Coeficiente de dilatação volumétrica (γ).
O cálculo da dilatação sofrida por um corpo é feito a partir do uso de apenas um desses coeficientes, conforme o formato do corpo. A unidade de medida é o °C-1.
Relação entre os coeficientes de dilatação dos sólidos
Corpos feitos do mesmo material, mas com simetrias distintas apresentam formas diferentes de dilatação. Por exemplo, uma barra de ferro sofre dilatação linear enquanto uma chapa de ferro sofrerá dilatação superficial.
Isso acontece pelo fato de que o coeficiente de dilatação superficial é equivalente ao dobro do coeficiente de dilatação linear. Por sua vez, o coeficiente de dilatação volumétrica é três vezes maior do que o coeficiente de dilatação linear.
- β = 2 α;
- γ = 3 α.
Sendo:
- α – coeficiente de dilatação linear;
- β – coeficiente de dilatação superficial;
- γ – coeficiente de dilatação volumétrica.
Efeitos da dilatação térmica em pontes
A atenção a dilatação térmica deve ser redobrada em construções que não podem apresentar deformações ou rachaduras em sua estrutura.
As pontes se destacam dentre essas construções, por esse motivo são usadas juntas de expansão nesse tipo de construção. O papel das juntas é reduzir as chances de rachadura.
Fórmulas da dilatação térmica
A seguir apresentaremos as fórmulas utilizadas para o cálculo das dilatações lineares, superficiais e volumétricas de sólidos.
Fórmula da dilatação linear
Essa fórmula pode ser apresentada de duas formas:
- Para calcular o tamanho final do corpo;
- Para calcular a variação de comprimento sofrida durante a dilatação.
L = L0 + L0 α∆T
Ou
∆L = L0 α∆T
Sendo:
- L – comprimento final;
- L0 – comprimento inicial;
- ΔT – variação de temperatura;
- ΔL – variação de comprimento.
Fórmula da dilatação superficial
A fórmula da dilatação linear também pode ser escrita de duas formas diferentes:
S = S0 + S0 β∆T
Ou
∆S = S0 β∆T
Sendo:
- S – área final;
- S0 – área inicial;
- ΔT – variação de temperatura;
- ΔS – variação da área.
Fórmula da dilatação volumétrica
Para calcular o volume final de um corpo ou sua variação volumétrica podemos usar as seguintes expressões:
V = V0 + V0 γ ∆T
Ou
∆V = V0 γ ∆T
Sendo:
- V – volume final;
- V0 – volume inicial;
- ΔT – variação de temperatura;
- ΔV – variação do volume.
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