Dilatação Térmica

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06/07/2021
Dilatação Térmica
→Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta. 
→ Os átomos que constituem um sólido se distribuem ordenadamente, dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio. 
 
→ Quando a temperatura aumenta, há um aumento da agitação, fazendo com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em consequência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido. 
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Dilatação Térmica:
	Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia.
- Dilatação Linear
- Dilatação Superficial
- Dilatação Volumétrica
Entre elas temos:
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Dilatação Linear
	Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).
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Problema exemplo: 
A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 . 10-6 °C-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?
RESOLUÇÃO:
O cálculo da dilatação linear ΔL, do trilho é:
ΔL = L0 . α . ΔT
ΔL = 30 . (11 . 10-6) . (40 – 10) = 99 . 10-4 m
	ou 0,0099m
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 Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2 . 10-5 °C-1 e 2,6 . 10-5 °C-1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê.
RESOLUÇÃO
Como zinco > aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.
 
Problema exemplo:
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Dilatação Superficial
	Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).
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O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é aquecida?
RESOLUÇÃO
A experiência mostra que o diâmetro desse orifício aumenta. Para entender melhor o fenômeno, imagine a situação equivalente de uma placa circular, de tamanho igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa aumenta.
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 Uma chapa possui área de 4m2 a 0oC. Aquecendo-se a chapa a 50oC, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser sua área final. Dado  = 10.10-6 oC-1
ΔA = A0 . β . ΔT
Obs.: β = 2.α
ΔA = 4 . (2 x 10 . 10-6) . (50 – 0) = 0,004m2
A = 4 + 0,004 = 4,004m2
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Dilatação Volumétrica
	Estuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).
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 O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 100cm3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 40oC de temperatura. Suponha ser constante e igual a 1.10-5 oC-1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é feita a esfera. 
ΔV = V0 . γ . ΔT
Obs.: γ = 3.α
ΔV = 100 . (3 x 1 . 10-5) . 40 = 0,12cm3
Problema exemplo:
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Dilatação Volumétrica dos líquidos.
	Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam.
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O caso da água
A água é o líquido mais comum, no entanto, seu comportamento em termos de dilatação térmica é uma verdadeira exceção.
 Gráfico I 
O gráfico I mostra esse comportamento: de 0°C até 4°C o volume da água diminui com o aquecimento. Somente a partir de 4°C é que, com o aquecimento, a água aumenta de volume (como acontece aos demais líquidos).
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Comentário sobre o caso da água
Gráfico II
O gráfico II descreve a variação da densidade d da água com a temperatura. Como a densidade de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, , tem-se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante.
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Comentário sobre o caso da água
 Assim, de 0°C a 4°C a densidade da água aumenta com o aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4°C a densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu volume aumenta.
A densidade da água é máxima a 4°C e seu valor é 1,0000 g/cm3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.
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T
L
L
i
D
=
D
.
.
a
i
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L
L
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D
T
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D
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b
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2
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T
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V
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D
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i
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g
.
3
=
T
V
V
i
D
=
D
.
.
g
rec
ap
liquido
g
g
g
+
=