Dilatação linear

1. A DILATAÇÃO

As moléculas de um corpo passam a vibrar com mais intensidade quando recebem energia de uma fonte quente. Por isso, elas precisam ocupar um espaço maior. Esse fenômeno é conhecido como dilatação. O processo inverso ocorre quando um corpo é resfriado (contração). As moléculas do corpo se tornam menos agitadas e o espaçamento entre elas diminui.

 

Os fatores que influenciam na dilatação de um corpo são três:

 

1.1 O tamanho inicial

A dilatação é diretamente proporcional ao tamanho do corpo.

 

1.2 O material

É natural pensar que materiais diferentes sofrem dilatações diferentes. Um metal, por exemplo, dilata mais que o um vidro, sob as mesmas condições.

 

O coeficiente de dilatação linear informa o quanto um corpo é capaz de dilatar comparado com outro.

 

1.3. A variação da temperatura

Quanto maior a variação da temperatura de um material, maior a sua dilatação.

 

2. DILATAÇÃO LINEAR

A dilatação linear ocorre de uma dimensão (comprimento) é muito superior as outras (que são desconsideradas).

 

A expressão que calcula a dilatação linear de um corpo, ou seja, o aumento do seu comprimento (ΔL), vale:

 

 

Onde:

L₀ à comprimento inicial do corpo.

L à comprimento final da corpo.

ΔL à variação da comprimento do corpo (ΔL = L – L0).

ΔT ou Δθ à variação da temperatura.

α à coeficiente de dilatação linear.

 

A unidade do coeficiente de dilatação é:  ºC^-1 ou ºF^-1 ou K^-1, ou seja, o inverso da unidade de temperatura utilizado.

 

Podemos expressar a equação acima em função do comprimento final do corpo.

 

 

 

3. COMPORTAMENTO DOS ESPAÇOS VAZIOS

Observe a placa abaixo com um orifício. Quando aquecida, a placa e o orifício aumentam a sua área como um todo e ocupam um novo espaço.

Este fenômeno é conhecido como o comportamento dos espaços vazios, onde a dilatação do orifício ocorre na mesma proporção que o restante do corpo.

 

4. LÂMINA BIMETÁLICA

Uma lâmina bimetálica é constituída por duas lâminas feitas de materiais de coeficientes de dilatação térmica diferentes, como mostra a ilustração abaixo.

 

 

Colocamos a lâmina para aquecer e como são dois materiais diferentes, cada um dilata mais do que o outro. O sistema se curva (pelas lâminas estarem coladas) de acordo com os critérios.

 

·        A lâmina que dilata mais terá um maior comprimento final; consequentemente, terá um raio maior;

 

·        A lâmina que dilata menos terá um menor comprimento final; consequentemente, terá um raio menor.

Considere a ilustração abaixo, onde uma lâmina bimetálica é constituída de latão e invar e depois, aquecida. O coeficiente de dilatação do latão é maior que do invar. O latão dilata mais que o invar e a lâmina entortam para o lado onde o crescimento é menor, ou seja, do invar.