1. Dilatação térmica
A dilatação térmica acontece quando um determinado corpo sofre um aumento na sua temperatura, resultando no aumento do seu volume. Isso acontece porque no momento em que a temperatura é aumentada, as moléculas presentes nesse corpo, se agitam e geram o aumento da distância entre elas.
O processo de dilatação térmica pode acontecer quando um corpo está em estado gasoso, líquido ou sólido. Esse fenômeno é mais intenso nos gases, em seguida nos líquidos e, de forma mais simples, nos sólidos.
Os ferros dos trilhos de trem amassados são ótimos exemplos de como funciona o processo de dilatação térmica, essa estrutura sofre deformação por causa do aumento da temperatura que ocorre quando os trens passam.
Cada corpo sofre com o aumento de temperatura de uma forma diferente. Todo corpo que possua dimensões de altura, largura e profundidade pode sofrer dilatação térmica quando entrar em contato com o calor.
Um exemplo do como o processo de dilatação térmica é diferente em cada corpo, é quando esquentamos um recipiente de vidro com tampa para que ele abra com mais facilidade. O que acontece é que a tampa consegue dilatar mais rápido que o vidro, fazendo como que se consiga abrir o pote.
Processo de
Dilatação Térmica dos Líquidos
No processo de dilatação térmica dos líquidos, só é possível calcular a dilatação linear ou a dilatação superficial, pois o corpo líquido não tem forma própria, por isso assume a forma do recipiente em que se encontra.
Os corpos que se encontram em estado líquido tendem a aumentar de volume de forma muito rápida, praticamente no mesmo instante em que aumentam de temperatura.
Em razão disso, apenas a dilatação volumétrica dos corpos
líquidos pode ser calculada.
Confira na lista abaixo alguns exemplos e seus coeficientes de dilatação:
No processo de dilatação térmica dos sólidos, os átomos se distanciam entre si com o aumento da temperatura, isso faz com que o corpo em questão aumente as proporções de sua dimensão.
Esse aumento de dimensão pode ocorrer de três formas. São elas: linear, superficial ou volumétrica. Confira abaixo a definição dessas formas:
Dilatação Linear
No processo de dilatação linear, é escolhida apenas uma das dimensões de um determinado corpo, que teve a sua temperatura aumentada.
Usamos a seguinte fórmula para calcular a dilatação linear:
Fórmula para cálculo da dilatação linear.
O primeiro elemento desta fórmula simboliza a variação do comprimento (que pode ser em metro ou centímetro), o segundo elemento simboliza o comprimento inicial, o terceiro elemento que simboliza o Coeficiente de dilatação linear (ºC-1) e o último elemento simboliza a variação de temperatura.
O material de que o corpo em questão é feito é chamado de coeficiente de dilatação linear. Esse material é importante para o cálculo do valor da dilatação linear de um determinado corpo.
Confira na lista abaixo alguns exemplos materiais e seus respectivos coeficientes de dilatação:
Dilatação Superficial
No processo de dilatação superficial, a dilatação sofrida pela superfície do corpo é o elemento principal do cálculo.
Usamos a seguinte fórmula para calcular a dilatação superficial:
Fórmula para cálculo da dilatação superficial.
O primeiro elemento desta fórmula simboliza a variação da área (que por ser por metro quadrado ou por centímetro quadrado), o segundo elemento simboliza a área inicial, o terceiro elemento simboliza o coeficiente de dilatação superficial e o último elemento simboliza a variação de temperatura.
Para saber o valor
do coeficiente de dilatação superficial basta multiplicar o valor do coeficiente de dilatação linear por 2.
Dilatação Volumétrica
No processo de dilatação volumétrica, o aumento do volume de um corpo é o elemento principal do cálculo.
Usamos a seguinte fórmula para calcular a dilatação volumétrica:
Fórmula para cálculo da dilatação volumétrica.
O primeiro elemento desta fórmula simboliza a variação do volume (que pode ser em metro cúbico ou em centímetro cubico), o segundo elemento simboliza o volume inicial, o terceiro elemento simboliza o coeficiente de dilatação volumétrica e o último elemento simboliza a variação de temperatura.
2. Dilatação aparente dos líquidos
Medição do volume de um determinado líquido em um recipiente graduado.
Quando queremos medir o volume de um determinado líquido, nós recorremos a um recipiente graduado, como por exemplo, um recipiente de vidro. Vamos supor que o recipiente tenha sido graduado a uma temperatura de 20ºC. Se por ventura aquecemos esse recipiente até uma temperatura de 30ºC, ele sofrerá uma dilatação, por menor que seja, e assim as marcações nele contidas não mais serão correspondentes ao volume correto. Dessa forma, é necessário fazermos uma
correçãoda leitura.
Vamos considerar um líquido que está em equilíbrio dentro de um recipiente graduado, com seu volume marcado entre duas marcas consecutivas “C”, na mesma temperatura que foi feita a graduação.
Caso a leitura do líquido corresponda ao nível L, podemos determinar o volume inicial através da seguinte relação.
Vi = L.C
Vejamos um exemplo, se C = 1 cm3 e a leitura é L = 30 o volume inicial do líquido é Vi= 30 cm3.
Agora, caso ocorra uma variação na temperatura, o nível do líquido passará para a leitura L’. Não levando em consideração que C tenha se alterado para C’, o volume aparente do líquido é dado por:
Vap = L’.C
Caso a nova leitura seja L = 32, supondo C = 1 cm3, vamos ter o volume aparente Vap = 32 cm3. Damos o nome de dilatação aparente do líquido para a variação de temperatura ΔT, que é a diferença entre o volume final aparente do líquido e o seu volume inicial.
ΔVap = Vap - Vi
Para os exemplos dados, temos:
ΔVap = 32 cm3 – 30 cm3ΔVap = 2 cm3
3. Anomalia da água
Nos estudos de Termologia vimos que diversos sólidos e líquidos aumentam de volume quando sua temperatura também é aumentada. No entanto, outras substâncias podem apresentar comportamento contrário, ou seja, quando atingem determinadas temperaturas seu volume pode diminuir.
Esporadicamente vemos os telejornais anunciarem a previsão para alguns países dizendo que a temperatura irá ser abaixo de zero e com nevada. Nesses locais, muitos líquidos expostos ao tempo se congelam. Nos países de invernos rigorosos, as pessoas costumam deixar as torneiras de suas casas sempre gotejando para que a água contida nos encanamentos não se congele, em razão do pequeno fluxo, e os canos não se arrebentem.
Como mencionado anteriormente, geralmente ao elevarmos a temperatura de uma substância, verificamos uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 0°C a 4°C, contrai-se constituindo uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser explicado da seguinte maneira:
Quando uma substância se apresenta no estado sólido, os átomos de oxigênio unem-se aos átomos de hidrogênio através de uma ligação denominada ponte de hidrogênio. Em consequência disso, entre as moléculas formam-se grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto macroscópico).
Ao aquecer a água de 0°C a 4°C, as pontes de hidrogênio rompem-se e as moléculas passam a ocupar os vazios antes existentes, provocando, assim, uma diminuição no volume. Mas de 4°C a 100°C, a água dilata-se normalmente.
Os diagramas abaixo ilustram o comportamento do volume e da densidade em função da temperatura.
Então, a 4°C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido.
Obs.: a densidade da água no estado sólido (gelo) é menor que a densidade da água no estado líquido.
Fonte:
Educa + Brasil - Disponível em <//www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/dilatacao-termica> Acesso em 23 abr. 2022.
Mundo Educação - Disponível em <//mundoeducacao.uol.com.br/fisica/anomalia-agua.htm#:~:text=Como%20mencionado%20anteriormente%2C%20geralmente%20ao,uma%20exceção%20ao%20caso%20geral.&text=Mas%20de%204°C,a%20água%20dilata-se%20normalmente.> Acesso em 23 abr.
2022.
Mundo Educação - Disponível em <//mundoeducacao.uol.com.br/fisica/dilatacao-aparente-dos-liquidos.htm> Acesso em 23 abr. 2022.