Usuário(a):Rpez/Dilatação Térmica
Em física, dilatação térmica é o nome que se dá ao aumento do volume de um corpo ocasionado pelo aumento de sua temperatura, o que causa o aumento no grau de agitação de suas moléculas e consequente aumento na distância média entre as mesmas. A dilatação ocorre de forma mais significativa nos gases, de forma intermediária nos líquidos e de forma menos explícita nos sólidos, podendo-se afirmar que: Dilatação nos gases > Dilatação nos líquidos > Dilatação nos sólidos.
Conceitos
[editar | editar código-fonte]Temperatura é uma grandeza física pela qual avaliamos o grau de agitação térmica das moléculas de uma substância (sólida, líquida ou gasosa). As escalas utilizadas em tal avaliação podem ser a escala Celsius ou a Kelvin, que são centígrados, ou seja, a diferença entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição da água é igual a cem divisões de escala. Além dessas, existe a escala Fahrenheit.
Calor é a energia térmica em trânsito provocada por diferenças de temperaturas, ou seja, se dois corpos, em temperaturas diferentes, forem postos juntos (contato térmico), a energia térmica do corpo de maior temperatura será transferida espontaneamente para o corpo de menor temperatura. Essa energia deslocada chamamos calor. Conceitualiza-se dois tipos de calor (abreviado pela letra Q): o calor sensível, que é a quantidade de calor que um corpo cede ou absorve, provocando apenas variação de temperatura, e o calor latente ou oculto, que é a quantidade de calor cedida ou absorvida provocando apenas mudança no estado físico.
Existem três formas de transmissão de calor: condução térmica, quando a energia é transportada de molécula a molécula (sem que estas sejam deslocadas), encontrada em sólidos; convecção térmica, que ocorre em substâncias fluidas (líquido+gasoso), e irradiação térmica, que é o calor transferido ou irradiado como ondas eletromagnéticas (ondas de calor, calor radiante). Ocorre, por exemplo, entre o Sol e a Terra. Este fato explica o motivo das garrafas térmicas utilizarem uma camada espelhada de metal e uma aproximação do vácuo. Com a aproximação do vácuo a transferêcia de calor por condução ou convecção será muito reduzida (seria impossível se fosse um vácuo perfeito), e a parte espelhada evita a passagem de calor por irradiação.
Coeficiente de dilatação térmica
[editar | editar código-fonte]Fórmula genérica: materiais isotrópicos
[editar | editar código-fonte]Nos materiais isotrópicos pode-se calcular a variação de comprimento, e conseqüentemente de área e volume, em função da variação de temperatura:
- variação do comprimento em metros (m) ;
- coeficiente de dilatação linear em 1/Kelvin () ;
- comprimento inicial em metros (m) ;
- variação de temperatura em Kelvin (K) ou em graus Celsius (°C).
- Nota: Visto que se utiliza uma variação, uma diferença, é indiferente que a unidade de medida da temperatura seja graus Celsius ou Kelvin pois ambas são centigradas. Se o coeficiente de dilatação for dado em Fahrenheit, a temperatura do cálculo deve ser também Fahrenheit.
Tensor de dilatação térmica: materiais anisotrópicos
[editar | editar código-fonte]Os materiais cristalinos não cubicos apresentam uma dilatação anisotrópica:o seu coeficiente de dilatação varia com a direção. Para descrever a sua dilatação recorre-se a um tensor simétrico de ordem 2:
Por exemplo, para uma rede triclínica é necessário conhecer seis coeficientes de dilatação ortogonais, que não têm necessariamente que coincidir com os eixos do cristal.A dilataçaõ termica é causada pela fadiga do material em atrito com o corpo.é o caso do chocolate derretido.
Os valores próprios do tensor de dilatação térmica ou coeficientes de dilatação linear principais , e , permitem obter o coeficiente de dilatação volúmica traço do tensor:
Tipos de Dilatação
[editar | editar código-fonte]Quanto à dilatação dos corpos, esta é de três tipos, uma vez que existem três estados físicos da matéria (sólido, líquido e gasoso).
Dilatação Linear
[editar | editar código-fonte]Na dilatação linear (uma dimensão), o comprimento de uma barra aumenta linearmente. As barras dos trilhos ferroviários são feitas com um espaçamento para a dilatação não causar problemas. Não que as barras dos trilhos ferroviárias sejam feitas no calor, mas para evitar que, com a dilatação térmica, o trilho seja retorcido, já no inverno, com as baixas temperaturas, os trilhos se "retraem", fazendo com que o espaçamento entre os trilhos aumente, vale lembrar também que a dilatação não é um fenômeno visível, variando de acordo com o material e a temperatura. A dilatação linear é apenas teórica, sendo que para que algo exista ele deve ser tridimensional, numa dilatação a matéria ira dilatar em três dimensões, mas como não é possível calcular essa dilatação, adota-se somente o calculo da dilatação linear.
Coeficientes de dilatação linear
[editar | editar código-fonte]Os coeficientes de dilatação linear de algumas substâncias e elementos químicos[1] [2]a seguir indicados aplicam-se à faixa de temperaturas indicada. Quando não indicada presume-se uma temperatura ambiente. Na realidade estes coeficientes variam com a temperatura mas assume-se a sua exatidão na faixa indicada.
- Nota: clicando em cada um dos títulos é possível reordenar a tabela.
Dilatação superficial[editar | editar código-fonte]Na dilatação superficial (superfície = área, logo, neste caso temos duas dimensões). A dilatação do comprimento e da largura de uma chapa de aço é superficial. Se um disco ou chapa com um furo central dilatar, o tamanho do furo e da chapa aumentam simultaneamente. Ou seja, é aquela em que predomina a variação em duas dimensões, isto é, a variação da área. Fórmula[editar | editar código-fonte]∆A = β . Ao . ∆θ Onde: ∆S: variação da área da superfície do corpo que sofreu a dilatação superficial. S0 : área inicial da superfície do corpo. β: coeficiente de dilatação superficial do material que constitui o corpo. É importante saber que o coeficiente de dilatação superficial de um material é igual ao dobro do coeficiente de dilatação linear do mesmo material, ou seja, β = 2α. ∆T: variação de temperatura sofrida pelo corpo. Dilatação volumétrica[editar | editar código-fonte]Na dilatação volumétrica (calcula-se o volume, logo três dimensões: altura, largura e comprimento). A dilatação de um líquido ou de um gás é volumétrica. O coeficiente de dilatação volumétrica é dado da seguinte forma: Coeficiente de dilatação linear X 3 (o número três representa as dimensões altura, largura e comprimento) encontrando um novo valor que é utilizado nos calculos onde se verifica a variação do volume. Bibliografia[editar | editar código-fonte]http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-termica-calorimetria.htm Brasil escola-calorimetria Ver também[editar | editar código-fonte]Referências |