Dilatação térmica – 3 passos

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Fala gurunauta, nesse artigo vamos falar sobre a dilatação térmica. A dilatação térmica é um dos assuntos mais importantes dentro da termologia física. Assim, entender esse assunto pode ser um ponto chave para você garantir sua aprovação em física 2. Nesse sentido, vamos explorar esse assunto nesse artigo e, em apenas 3 passos, você vai entender de uma vez por todas o que é a dilatação térmica.

Passo 1 – O que é a dilatação térmica?

Inicialmente vamos buscar entender a noção física que está por trás da dilatação. Com efeito, esse é um assunto que surge no contexto da física térmica, ou melhor, da termologia consequentemente, estando intimamente ligado as noções de calor (energia) e já adentrado a perspectiva microscópica da matéria.

De fato, esse processo ocorre quando um determinado corpo sofre quando recebe calor (energia térmica). Decerto, o processo de absorver energia térmica faz com que as moléculas do corpo aumentem sua temperatura, portanto, começam a vibrar mais rapidamente e, logo, começam a expandir-se da sua posição natural no corpo que estavam. Assim, a medida que todas as moléculas do corpo são aquecidas acaba-se que, o corpo como um todo expande-se, ou seja, o corpo é dilatado.

Dessa forma, podemos entender que a dilatação térmica é uma visualização macroscópica (alteração nas dimensões do corpo) de um efeito originado microscopicamente (distanciamento das moléculas).

Analogamente, se pensarmos no caso em que retiramos calor de um corpo teremos que esse sofrerá uma contração térmica. Nesse caso, o efeito é causado por conta do abaixamento de temperatura das moléculas que formam o corpo. Logo, elas aproximam-se e assim o corpo irá reduzir seu tamanho contraindo-se.

Assim, as ideias desenvolvidas para a contração e dilatação são análogas, assim, estudar um desses fenômenos é exatamente análogo ao outro. Tendo isso em vista, vamos nos focar na dilatação e, agora, vamos entender os tipos possíveis de dilatação térmica.

Passo 2 – Tipos de dilatação térmica

Com efeito, é possível vermos que há diferentes tipos de dilatação. De fato, esses diferentes tipos são associados a dimensionalidade do corpo em questão. Em suma, a medida que um corpo inicia seu processo de dilatar-se suas dimensões, como um todo irão dilatar. Nesse sentido, a dilatação poderá ser linear, superficial e/ou volumétrica para corpos com 1, 2 e 3 dimensões, conforme mostrado nas Figuras 1,2 e 3.

Esquematização de uma dilatação térmica linear.
Figura 1. Esquematização de uma dilatação térmica linear.
Esquematização da dilatação térmica superficial
Figura 1. Esquematização de uma dilatação térmica superficial.
Esquematização de uma dilatação térmica volumétrica
Figura 3. Esquematização de uma dilatação térmica volumétrica.

Descrição da dilatação – fórmulas

Todavia, a relação matemática para a descrição da dilatação é simples e similar para qualquer um dos casos acima. De fato, para fazermos essa descrição é necessário introduzirmos a noção de variação para os corpos, a qual é a seguinte

Expressão 1. Definição de variação na dilatação térmica. Os índices f indicam o final e 0 inicial.

onde, l é o comprimento linear , A é a medida de área superficial e V a medida de volume.

Ademais, note que a variação da dimensão do corpo é o comprimento final menos o comprimento inicial, caso o problema seja uma questão de contração e não dilatação os valores acima serão todos negativos, uma vez que a dimensão final será menor que a dimensão inicial.

Os coeficientes de dilatação

Todavia, é necessário ainda introduzirmos a noção dos coeficientes de dilatação. Tendo em vista que, a dilatação é associada a fenômenos microscópicos (átomos) segue que para cada tipo de material (consequentemente cada tipo de átomo) teremos uma dilatação diferente. Isto é, materiais diferentes dilatam de forma diferente. Nesse contexto, a forma que mensuramos essa propriedade é através dos coeficientes de dilatação que podem ser lineares, superficiais ou volumétricos e se relacionam conforme a expressão a seguir

Expressão 2. Coeficientes de dilatação e suas relações.

Em suma, os coeficientes de dilatação possuem unidades de medidas dadas pelo inverso de temperatura. Com isso, podemos ainda garantir o seguinte resultado: quanto maior o coeficiente de dilatação térmico maior será a dilatação do corpo. Isto é, quanto maior o coeficiente menos temperatura o corpo precisará variar para dilatar-se.

Fórmulas para a dilatação térmica

De posse da Expressão 1 e Expressão 2 podemos, enfim, apresentar as fórmulas que capturam a física do processo de dilatação térmica que são as seguintes:

Expressão 3. Fórmulas para a variação das dimensões na dilatação e também da dimensão final após dilatação.

Com isso, podemos ver que as expressões são essencialmente as mesmas diferindo apenas pelo tipo de coeficiente de dilatação.

Passo 3 – Aplicações importantes do assunto

Tendo em vista que você já entendeu as noções do processo de dilatação térmica, vamos agora citar algumas aplicações importantes desse assunto, com efeito.

  • Construção civil, uso de espaçamentos em treliças e orifícios para parafusos,
  • Determinação de características térmicas de um corpo,
  • Explicação do fenômeno de sons por eletrodomésticos ao serem resfriados pela noite.

E chegamos ao fim de mais um artigo gurunauta e espero que esse texto tenha te ajudado. Aliás, lembre-se sempre que a MeuGuru está aqui para te ajudar em todos os problemas da vida universitária.

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