Dilatação térmica

Dilatação térmica dos sólidos

No dia-a-dia podemos observar que entre os trilhos de ferro, nas quadras de futebol, em pontes e viadutos existem pequenas fendas de dilatação que possibilitam a expansão da estrutura sem que ocorram possíveis trincas e danos na estrutura. Esses acontecimentos são explicados através da dilatação térmica.

Dilatação térmica dos sólidos

A temperatura mede o grau de agitação das moléculas, um grau de agitação maior indica uma temperatura maior. Assim, quando aquecemos um corpo conseqüentemente aumenta-se o grau de agitação das moléculas que o constitui. Esse acontecimento faz com que ocorra um aumento nas dimensões do corpo, fenômeno esse denominado de dilatação térmica. A diminuição de temperatura provoca, por conseqüência, a diminuição nas dimensões do corpo, chamada de contração térmica. Mas o que explica a dilatação térmica? Será somente o aumento da temperatura do corpo? Não, o que explica a dilatação térmica são as forças intermoleculares, essas fazem com que a distância entre as moléculas aumente ou diminua.

Tipos de dilatação térmica

Entre elas temos:

- Dilatação Linear

- Dilatação Superficial

- Dilatação Volumétrica

Dilatação Linear

Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).

Dilatação Linear

Dilatação Linear

Onde:∆L: variação de comprimento do corpo que sofreu a dilatação linear.L0 : comprimento inicial do corpo.α: coeficiente de dilatação térmica do material que constitui o corpo.∆ө : variação de temperatura sofrida pelo corpo.

Dilatação Linear

∆L = L - L0 = Comprimento final menos o comprimento inicial.

∆ = - ө ө ө0 = temperatura final menos temperatura inicial. L f = ∆L + L0 = Variação mais o comprimento inicial.

(VUNESP-SP) 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?

Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).

DILATAÇÃO SUPERFICIAL

É aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou seja, a área. Consideremos uma placa de área inicial A i , à temperatura inicial t i . Aumentando a temperatura da placa para t f , sua área passa para A f .

DILATAÇÃO SUPERFICIAL

DILATAÇÃO SUPERFICIAL∆A = A0 . β . ∆ ө

∆A = variação da área da superfície do corpo que sofreu a dilatação superficial.

A0 = área inicial da superfície do corpo.

β = coeficiente de dilatação superficial do material que constitui o corpo. É importante saber que o coeficiente de dilatação superficial de um material é igual ao dobro do coeficiente de dilatação linear do mesmo material, ou seja, β = 2α.

∆ ө = variação de temperatura sofrida pelo corpo.

DILATAÇÃO SUPERFICIAL

A = ∆A + A0

Para o cálculo da área final.

Primeiro calculamos a variação da área e depois somamos com a área inicial.

Exemplo:(1) Uma lâmina de ferro tem dimensões 10m x 15m em temperatura normal. Ao ser aquecida 500ºC, qual será a área desta superfície? Dado

Dilatação Volumétrica

Dilatação Volumétrica

Dilatação VolumétricaΔV = V – V0ΔV = V0 . γ . Δθ

Onde:

V = volume final V0 = volume inicial Δθ = θ – θ0 = variação da temperatura γ = 3α = coeficiente de dilatação volumétricA

FÓRMULAS DA DILATAÇÃO

∆A = A0 . β . ∆ө

ΔV = V0 . γ . Δθ