[GER-FI] 3.1 – Apostila

DILATAÇÃO

Quando um corpo é aquecido, suas moléculas vibram com mais intensidade fazendo com que a distância entre elas aumente.

Devemos notar que a variação nas dimensões é pequena, porem esta mudança provoca um aumento no volume dos corpos e pode ser classificadas em três tipos: linear, superficial e volumétrica.

 

1) Dilatação Linear:

É observada praticamente em uma só direção:

ΔL=L0 ⍺Δθ

onde:

ΔL – variação do comprimento

L0 – comprimento inicial

– coeficiente de dilatação linear

Δθ – variação da temperatura

2) Dilatação Superficial:

Aquecendo-se uma chapa de metal ela sofre dilatação em todas as direções mas em um mesmo plano.

ΔA=A0 β Δθ

onde:

ΔA – variação da área

A0 – área inicial

β* – coeficiente de dilatação superficial

Δθ – variação da temperatura

*β=2⍺

Se aquecermos uma chapa com furo, a dilatação fará que as dimensões da chapa e do furo aumentem.

 

3) Dilatação Volumétrica:

O corpo sofre dilatação em todas as direções e planos.

ΔV=V0 Δθ

onde:

ΔV – variação do volume

V0 – volume inicial

* – coeficiente de dilatação volumétrico

Δθ – variação da temperatura

*=3⍺

 

4) Dilatação Térmica dos Sólidos:

Quando aquecemos um sólido qualquer, as suas dimensões geralmente aumentam. A este aumento das dimensões de um sólido, devido ao aquecimento, chamamos de dilatação térmica.

As propriedades físicas de um corpo, tais como comprimen­to, dureza, condutividade elétrica, todas podem ser alteradas em função da alteração na temperatura desse corpo.

Alguns Exemplos:

Os sistemas antigos de trilhos de trens mantém entre cada lance um pequeno espaço vazio. Isso se deve ao conhecimento que temos de que, quando aquecido, o ferro irá aumentar seu comprimento e, não havendo para onde se expandir, poderá causar danos à via férrea. (modernamente utilizam-se as cur­vas para dar vazão ao aumento no comprimento dos trilhos quando da dilatação).

 

⇒ As calçadas de cimento possuem, de longe em longe, peque­nas canaletas, de cerca de 1cm. Isto evita que no verão, subme­tidas às altas temperaturas, as mesmas dilatem e se quebrem, sem ter para onde expandir.

 

⇒ Todos lembramos de uma experiência que fazíamos no primeiro grau, na qual havia uma esfera de metal presa a uma haste . Esta esfera, à temperatura ambiente, passava perfeita­mente por dentro de uma argola. Após aquecida notávamos que já não era possível a mesma passar. Concluíamos que isso se devia à dilatação sofrida pela esfera, o que se dava nas três direções, ou seja, uma dilatação volumétrica.

A esfera metálica passa pela argola com folga. Após o aque­cimento e a consequente dilatação, a esfera metálica não atravessa mais a argola.

Em todos os casos exemplificados acima estamos verifican­do uma variação nas dimensões dos sólidos estudados. No primeiro houve, principalmente, uma dilatação linear, no segundo, superficial e no terceiro volumétrica.

Destacamos que essa dilatação é notadamente numa direção, pois, na realidade, a mesma se dá em todos os sentidos em qualquer um dos três casos. Para efeitos didáticos costuma-se estudar apenas aquela direção na qual a dilatação (ou contração) se dá em maior proporção.

Ao observarmos cercas elétricas notamos que possuem em cada fio uma pequena mol. No verão o fio dilata e no inver­no o fio contrai, a função da mola é não permitir que o fio quebre ou fique frouxo.