Atualizado em 30/09/2011, às 8h22. Show Os objetos que nos cercam, assim como nós mesmos, somos formados por pequenas partículas conhecidas como moléculas. Esses objetos, quando se encontram no estado sólido, terão as suas moléculas fortemente ligadas uma nas outras e por isso a movimentação delas se restringe a pequenas oscilações. O grau dessas oscilações determina uma grandeza física muito conhecida por nós, a temperatura. Em outras palavras, quanto mais agitadas estiverem as moléculas, maior será a temperatura. Quanto menor o estado de agitação molecular, menor a temperatura. Desse fenômeno extrai-se uma consequência fundamental para o que se e estuda aqui. Quanto mais agitadas estiverem as moléculas de um determinado objeto, mais afastadas elas estarão entre si. O resultado disso é um aumento no tamanho do objeto, ou seja, quando aquecido, ele sofre uma dilatação. Observe a figura abaixo:
Com o aumento da agitação molecular, as moléculas ficam mais afastadas uma das outras. Por quê? Durante a agitação, duas forças atuam nas moléculas: a de atração, provocando aproximação; e a de repulsão, provocando afastamento. Essas forças não são simétricas, de modo que a força de repulsão é maior do que a de atração. Assim, é possível concluir que o afastamento das moléculas é maior que a aproximação, resultando no aumento das dimensões do corpo. A dilatação térmica é algo muito comum no nosso dia a dia, pois os objetos são constantemente submetidos a variações de temperatura. Na engenharia, esse fenômeno deve ser considerado na construção de algumas edificações, como por exemplo, na construção de pontes e viadutos. Essas construções costumam ser feitas em partes e, entre essas partes, existe uma pequena folga para que, nos dias quentes, ocorra a dilatação sem nenhuma resistência. Do contrário, teríamos algum comprometimento da estrutura. Dilatação linear Por esse motivo, quando sujeitos a variações de temperatura, corpos com esse formato sofrerão, principalmente, variações no comprimento. Essas variações estão diretamente relacionadas a três fatores:
Dilatações superficial e volumétrica Os fatores que influenciam a dilatação térmica nesses casos são os mesmos da dilatação linear, ou seja: a dimensão inicial do material e a variação de temperatura. Assim, as equações que determinam essas dilatações são muito semelhantes à equação da dilatação linear, como se pode ver no quadro abaixo. As constantes β e γ são os respectivos coeficientes de dilatação superficial e volumétrica. É importante assinalar que os três coeficientes apresentados se relacionam quando se trata de um único material. Essa relação é dada a seguir:
Em termos físicos, dizemos que a temperatura de um corpo (ou objeto) é uma medida da agitação dos átomos e moléculas que o constituem. Sendo assim, podemos dizer que quanto maior for a temperatura de um corpo, maior será a agitação de seus átomos ou moléculas. O aumento da temperatura de um corpo não provoca somente o aumento da agitação de átomos e moléculas, mas provoca também outros efeitos no corpo. Dessa forma, todos os corpos que estão na natureza são passíveis de sofrer algum efeito por conta do aumento de sua temperatura. Em alguns corpos, esses efeitos podem ser visíveis, já em outros, não. Quando há aumento de temperatura de um objeto, ele sofre também aumento em suas dimensões, portanto, os objetos dilatam-se. Definimos a dilatação como sendo a variação nas dimensões de um objeto devido à variação da temperatura. Portanto, podemos dizer que a dilatação é uma manifestação macroscópica da variação da energia cinética das moléculas e átomos. Quase todos os materiais existentes na natureza sofrem aumento em seu volume quando há elevação de sua temperatura, em consequência disso, a densidade desses objetos diminui. Pode-se dizer que essa regra é válida para quase todas as substâncias. Uma exceção é a água que apresenta comportamento diferente quando sua temperatura varia de 0ºC a 4ºC. Esse fenômeno é conhecido como estado anômalo da água. Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) A figura acima nos permite entender melhor como acontece a dilatação nos materiais com o aumento da temperatura. Podemos ver que na primeira situação, a certa temperatura, os átomos e moléculas da substância vibram ao redor de uma posição de equilíbrio. Para esse valor de temperatura, a distância média entre as moléculas é praticamente constante. Porém, quando há aumento na temperatura da substância, as moléculas ou átomos começam a vibrar mais rapidamente, isto é, vibram com maior amplitude, consequentemente, ficam um pouco mais distantes umas das outras. Essa maior separação, isto é, essa maior distância entre os átomos e moléculas, reflete-se no aumento das dimensões do objeto. Podemos concluir dizendo que os efeitos provocados pela dilatação térmica são de suma importância no momento em que se projetam máquinas que usam diferentes tipos de peças de diferentes materiais, que ficam em contato entre si, pois com a variação da temperatura, essas peças irão se dilatar de forma diferente. Porque as substâncias expandem quando sua temperatura aumenta?Quando a temperatura de um corpo varia positivamente, o grau de agitação de suas moléculas aumentam, fazendo com que o espaço entre as mesmas fique maior o que provoca um aumento no volume do corpo ou seja, a sua expansão.
Por que as substâncias se contraem quando sua temperatura diminui?O contrário ocorre quando variamos negativamente a temperatura de um corpo. Ou seja, ao diminuirmos a temperatura de um corpo, o grau de agitação molecular diminui e o corpo se contrai, diminuindo de volume. Essa pergunta já foi respondida!
Quando sua temperatura aumenta?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.
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Por que as substâncias se expandem quando sua temperatura aumenta?
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