Dilatação volumétrica

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A dilatação volumétrica é um tipo de dilatação térmica, nela considera-se o volume, ou seja essa dilatação ocorre nas três dimensões de um sólido (largura, comprimento e altura), ela é ocasionada pelo aquecimento da substância. Embora exista as divisões de dilatação térmica em linear, superficial e volumétrica, toda dilatação que existe na prática é necessariamente volumétrica.

A dilatação volumétrica pode ser calculada pela fórmula[1] :

dV = V0.\gamma. dT

onde:
dV: variação do volume;
V0: volume inicial;
γ : coeficiente de dilatação volumétrica
dT: variação de temperatura;


Dilatação dos líquidos[editar | editar código-fonte]

Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos têm somente volume definido. Assim o estudo da dilatação térmica dos líquidos é feita somente em relação à dilatação volumétrica. Esta obedece a uma lei idêntica à dilatação volumétrica de um sólido, ou seja, a dilatação volumétrica de um líquido poderá ser calculada pelas mesmas fórmulas da dilatação volumétrica dos sólidos.

Coeficiente de dilatação volumétrico[editar | editar código-fonte]

Cada substância tem um coeficiente de dilatação próprio, esse pode variar ligeiramente com a temperatura, porém, na maioria dos casos, pode ser considerado constante. Podemos relacionar o coeficiente de dilatação linear e de dilatação volumétrica pela equação:

 \gamma = 3\alpha

Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos, medido em 1/°C (ou 1/K)

Substância Coeficiente de Dilatação Volumétrico
Água 1,3 . 10-4
Mercúrio 1,8 . 10-4
Glicerina 4,9 . 10-4
Benzeno 10,6 . 10-4
Álcool 11,2 . 10-4
Acetona 14,9 . 10-4
Petróleo 10 . 10-4

Dilatação da água[editar | editar código-fonte]

Gráfico demonstrando o comportamento anômalo da água, quanto às suas propriedades de dilatação volumétrica

Em regra geral, ao se elevar a temperatura de uma substância, verifica-se uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 0°C a 4°C, contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira:

No estado sólido, os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em consequência disso, entre as moléculas, formam-se grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto macroscópico).

Quando a água é aquecida de 0°C a 4°C, as ponte de hidrogênio rompem-se e as moléculas passam a ocupar os vazios existentes, provocando, assim, uma contração. Portanto, no intervalo de 0°C a 4°C, ocorre, excepcionalmente, uma diminuição de volume.

Por causa desse comportamento os lagos congelam de cima para baixo. Quando a água é resfriada entre 0 e 4°C, ela fica menos densa que a água que está abaixo dela, isso faz com que ela permaneça na superfície até se solidificar. Se isso não ocorresse, o gelo formado durante o inverno não derreteria totalmente durante o verão, pois uma camada de água o isolaria. Depois de algum tempo, alguns lagos ficariam congelados o ano inteiro, tornando a vida aquática impossível[1] .

Referências

  1. a b Halliday, David. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC. vol. 2.