A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno que ocorre quando corpos que se encontram no estado sólido ou cristalino são expostos a uma grande variação de temperatura, de modo que as suas dimensões de comprimento, área ou volume são alteradas.
O estudo da dilatação térmica é de grande importância para diversas áreas do conhecimento. Na construção civil, por exemplo, há grande preocupação com a escolha de materiais que não dilatem de forma muito expressiva quando sujeitos a uma grande amplitude térmica, a fim de evitar-se o surgimento de rachaduras ou até mesmo defeitos estruturais que podem prejudicar a integridade estrutural de pontes, prédios, galpões e viadutos etc.
A magnitude da dilatação sofrida por um corpo sólido depende de uma característica, própria de cada material, chamada de coeficiente de dilatação. O coeficiente de dilatação diz respeito à capacidade que os materiais têm de mudar suas dimensões, em relação a uma determinada variação de temperatura. O coeficiente de dilatação é geralmente constante para certos intervalos de temperaturas, no entanto, seu módulo pode variar, é por isso que alguns materiais são capazes de expandir-se ou até mesmo de contrair-se quando sujeitos a grandes mudanças de temperatura.
A dilatação de objetos sólidos ocorre em razão do aumento da agitação térmica das moléculas. Quando aquecidos, os átomos que compõem a rede cristalina dos sólidos passam a oscilar com amplitudes cada vez maiores, ocupando, assim, um espaço maior. O efeito macroscópico dessa vibração atômica pode ser percebido graças à alteração das diferentes dimensões de um corpo, por meio das dilatações linear, superficial e volumétrica do sólido.
Dilatação linear, superficial e volumétrica dos sólidos
O tipo de dilatação que um sólido apresenta depende diretamente de seu formato. Corpos sólidos com simetria alongada, como fios, agulhas ou vigas de ferro, sofrerão os três tipos de dilatação já citados, no entanto, a dilatação linear será a mais evidente de todas. Isso também se aplica aos corpos de simetria superficial, como placas metálicas, telhas, calhas, vidros ou azulejos. Objetos que apresentem suas três dimensões: altura, largura e profundidade, igualmente expressivas, sofrerão variações volumétricas proporcionais ao seu comprimento em cada direção.
Dilatação linear ocorre principalmente para fios, tiras, cabos, barras, espetos e trilhos de trem. Esse tipo de dilatação afeta diretamente o comprimento desses objetos, de acordo com a seguinte equação:
ΔL - variação do comprimento (m)
L0 - comprimento inicial (m)
ΔT - variação de temperatura (K ou ºC)
Dilatação superficial ocorre nos corpos que têm formato de áreas, como em telhas ou placas de cimento, por exemplo. Quando os corpos de simetria superficial são sujeitos à variação de temperatura, sua área de superfície pode variar segundo esta equação:
ΔS - variação da área (m²)
S0 - área inicial (m²)
Em objetos sólidos que apresentam dimensões comparáveis, a dilatação térmica mais observada é a dilatação volumétrica. A fórmula usada a seguir permite-nos calcular a variação volumétrica que um sólido desse tipo sofre em relação a uma variação de temperatura:
ΔV - variação de volume (m³)
V0 - volume inicial (m³)
Atividades práticas
Professora Marisa Haas
Disciplina: Física
Turmas: 2° série EM
REFERENCIA
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/dilatacao-termica-dos-solidos.htm