Conceito de Dilatação Térmica – Revisão de Física

Nesta postagem vamos compreender um fenômeno que está presente em várias situações do nosso cotidiano, mas que nem sempre o notamos. Este fenômeno é a dilatação térmica. Vamos apresentar um breve conceito sobre esse assunto de Física no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem), explicando os seus diferentes tipos e também situações onde o fenômeno acontece.

De um modo geral, todos os corpos estão sujeitos ao fenômeno da dilatação térmica, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos. Para este artigo focaremos somente nos meios sólidos, mas você deve entender que todos os meios estão sujeitos a dilatação térmica.

O fenômeno da dilatação térmica é basicamente a variação de alguma dimensão do corpo quando é submetido a uma variação de temperatura qualquer. Essa variação ocorre porque o aumento da temperatura eleva o grau de agitação das moléculas do material, fazendo com que as moléculas se afastem, promovendo um ganho de dimensão pelo material envolvido.

Vamos estudar os três tipos de dilatação térmica, que são: A dilatação linear, que ocorre em uma única dimensão do material; a dilatação superficial, presente em duas dimensões do componente e; a dilatação volumétrica, que está presente nas três dimensões do material. As explicações que faremos a seguir o ajudarão a entender qual tipo de fenômeno está acontecendo.

Dilatação Linear

Começaremos pela dilatação linear. Para isso, vamos considerar um trilho utilizado no meio ferroviário. Esses componentes normalmente apresentam quilômetros de comprimento em função de alguns poucos centímetros de largura e altura. Desta forma, quando uma dimensão é muito superior as outras duas, podemos considerar a dilatação ocorrendo apenas na maior dimensão. Observe a seguir uma representação do fenômeno:

Para calcular a dilatação térmica linear, utilizamos a seguinte equação:

ΔL = L0 x α x Δθ

Onde ΔL é a variação no comprimento da barra (dilatação), L0 é o comprimento inicial do corpo, α é o coeficiente de dilatação linear do material e Δθ é a variação de temperatura a que o corpo foi submetido.

Vamos nos atentar ao coeficiente de dilatação linear do material, α. Esse coeficiente, cuja unidade é 0C-1 e o valor tabelado reflete se o material irá dilatar mais ou menos. Tomemos por exemplo o chumbo, cujo coeficiente de dilatação é 27 x 10-6 0C-1 e a platina, cujo coeficiente é 9 x 10-6 0C-1. Comparando esses dois materiais, para um mesmo comprimento inicial e variação de temperaturas, o chumbo apresentará uma dilatação três vezes maior que a platina!

Dilatação Superficial

Consideremos agora uma chapa qualquer, onde comprimento e largura possuem tamanhos similares enquanto a altura é muito menor quando comparada as outras dimensões. Neste caso, iremos considerar a dilatação superficial do corpo, relacionada a sua área. Então:

ΔA = A0 x β x Δθ

Sendo ΔA a dilatação superficial do material, A0 a área da superfície inicial, β o coeficiente de dilatação superficial, sendo β = 2α e Δθ a variação de temperatura a que o corpo foi submetido.

Dilatação Volumétrica

Por fim, temos a dilatação volumétrica. A dilatação volumétrica vai ocorrer quando as dimensões assumirem ordens de grandeza similares, como em um paralelepípedo por exemplo, ou em um exemplo ideal um cubo, onde a dilatação será igual nas três dimensões. A dilatação volumétrica é dada por:

ΔV = V0 x γ x Δθ

Onde ΔV é a dilatação volumétrica do corpo, V0 seu volume inicial, γ seu coeficiente de dilatação volumétrico, onde γ = 3α e Δθ a variação de temperatura.

Finalizando, devemos estar atentos quanto as unidades. A variação de temperatura deve estar em Celsius (°C) devido a unidade dos coeficientes de dilatação, enquanto a dilatação irá assumir a unidade da dimensão inicial, ou seja, se o comprimento inicial for dado em metros, a unidade da dilatação será metros também!

Neste conteúdo o fator primordial é entender como ocorre cada caso de dilatação. Os coeficientes são sempre tabelados e a realização dos cálculos são simples. Entendendo o conceito do fenômeno você certamente conseguirá resolvê-lo!

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