Muitas vezes quando estamos nos estudando nos perguntamos como vamos usar a maioria dos assuntos tratados ali na nossa vida. Quando pensamos em física, parece ser mais fácil que o normal fazer ligações de situações cotidianas que passamos diariamente que podem ser relacionados com os conceitos absorvidos nessa disciplina.
Um desses assuntos é a dilatação térmica. Por exemplo: quando uma tampa metálica de algum recipiente está emperrada, basta mergulharmos a mesma na água quente que vai ficar muito mais fácil. O metal se dilata mais que o vidro e, assim, a tampa irá se soltar. Para entender melhor esse processo, vamos aprender um pouco mais sobre dilatação térmica.
O que é dilatação térmica?
A expansão térmica é a tendência da matéria a mudar de forma, área e volume em resposta a uma mudança em sua temperatura. Geralmente é expressa como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por mudança de temperatura da unidade.
A expansão relativa (também chamada de tensão) dividida pela mudança de temperatura é chamada de coeficiente de expansão térmica do material e geralmente varia com a temperatura. Um coeficiente de expansão linear é geralmente empregado na descrição da expansão de um sólido, enquanto um coeficiente de expansão de volume é mais útil para um líquido ou um gás.
Se um sólido cristalino é isométrico (tem a mesma configuração estrutural por toda parte), a expansão será uniforme em todas as dimensões desse cristal. Se não for isométrico, pode fazer diferentes coeficientes de expansão para diferentes direções cristalográficas, e o cristal mudará de forma à que medida que a temperatura muda.
Em um sólido ou líquido, existe um equilíbrio dinâmico entre as forças coesivas que mantêm os átomos ou moléculas juntos e as condições criadas pela temperatura; temperaturas mais altas implicam maior distância entre os átomos. Diferentes materiais têm diferentes forças de ligação e, portanto, diferentes coeficientes de expansão.
A temperatura é uma função monotônica da energia cinética molecular média de uma substância. Quando uma substância é aquecida, a energia cinética de suas moléculas aumenta. Assim, as moléculas começam a vibrar / mover-se mais e normalmente mantêm uma separação média maior. Materiais que se contraem com o aumento da temperatura são incomuns; esse efeito é limitado em tamanho e ocorre apenas dentro de faixas limitadas de temperatura.
Dilatação linear
Dilatação térmica – postes
A dilatação linear pode ser definida como o resultado do aumento de volume em apenas uma dimensão – é a variação de comprimento que ocorre em um corpo submetido a aumento de temperatura. Reforçando: é a modificação da distância entre dois pontos.
Dilatação superficial
Dilatação térmica – acidentes
A dilatação superficial já é um pouco mais complexa, pois atinge o corpo em duas dimensões diferentes: não apenas a largura, mas também o comprimento. Podemos usar como exemplo uma chapa de metal, que ao ser aquecida, irá se expandir não apenas em comprimento mas também em sua largura.