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. Os fatores que influenciam na dilatação de um corpo são três:
1.1 O tamanho inicial
Observe os dois corpos 1 e 2 a seguir: o segundo possui um comprimento maior (100 cm) que o primeiro (30 cm). Se ambos são aquecidos e sofrem a mesma variação de temperatura (de 20 ºC para 60 ºC, por exemplo), o corpo 2 dilata mais.
Portanto, concluímos que 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. A grandeza coeficiente de dilatação linear mede o quanto o material é capaz de dilatar.
No exemplo abaixo, o corpo 1 e 2 são diferentes, mas possuem o mesmo comprimento inicial e são aquecidos de tal forma que sofrem a mesma variação de temperatura.
Repare que o corpo 2 dilata mais. Podemos concluir que o material do corpo 2 possui um coeficiente de dilatação maior que o do 1.
1.3. A variação da temperatura
A dilatação ocorre quando fornecemos energia térmica para o corpo, suas moléculas se tornam mais agitadas e ocupam um espaço maior.
As moléculas passam a ocupar um espaço cada vez maior e a sua dimensão aumenta. Portanto, quanto maior a variação da temperatura de um material, maior a sua dilatação.
2. DILATAÇÃO LINEAR
Juntando as relações de dependência vista no item anterior, temos a expressão que calcula a dilatação de um corpo, ou seja, qual o aumento do seu comprimento (ΔL).
\(\Delta L = L_0 \alpha \Delta T\)
Onde:
L0 🡪 comprimento inicial do corpo.
L 🡪 comprimento final da corpo.
ΔL 🡪 variação da comprimento do corpo (ΔL = L – L0).
ΔT ou Δθ 🡪 variação da temperatura.
α 🡪 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.
3. COMPORTAMENTO DOS ESPAÇOS VAZIOS
Observe a placa abaixo. Quando aquecida, a placa aumenta a sua área como um todo e ocupa um novo espaço.
E o que ocorre se a mesma placa possuir agora, um orifício, como mostra a ilustração abaixo?
O orifício também dilata e aumenta de tamanho como se fosse feito do próprio material do corpo.
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.
