segunda-feira, 6 de junho de 2011

Os objetos que nos cercam, assim como nós mesmos, são formados por pequenas partículas conhecidas como moléculas. Esses objetos, terão as suas moléculas fortemente ligadas (os líquidos não possuem ligação tão forte quanto a dos sólidos) uma nas outras e por isso a movimentação delas se restringem a pequenas oscilações.
O grau dessas oscilações determina uma grandeza física muito conhecida por nós, a temperatura. Em outras palavras, quanto mais agitadas estiverem as moléculas, maior será a temperatura. Quanto menor o estado de agitação molecular, menor a temperatura.
Desse fenômeno extrai-se uma conseqüência fundamental para o que se e estuda aqui. Quanto mais agitadas estiverem as moléculas de um determinado objeto, mais afastadas elas estarão entre si. O resultado disso é um aumento no tamanho do objeto, ou seja, quando aquecido, ele sofre uma dilatação.

Com o aumento da agitação molecular, as moléculas ficam mais afastadas uma das outras. Porque durante a agitação, duas forças atuam nas moléculas: a de atração, quando elas se afastam; e a de repulsão, quando elas se aproximam.
Essas forças não são simétricas, de modo que a força de repulsão é maior do que a de atração. Assim, é possível concluir que o afastamento das moléculas é maior que a aproximação, resultando no aumento das dimensões do corpo.
A dilatação térmica é algo muito comum no nosso dia a dia, pois os objetos são constantemente submetidos a variações de temperatura. Na engenharia, esse fenômeno deve ser considerado na construção de algumas edificações, como por exemplo, na construção de pontes e viadutos. Essas construções costumam ser feitas em partes e, entre essas partes, existe uma pequena folga para que, nos dias quentes, ocorra a dilatação sem nenhuma resistência. Do contrário, teríamos algum comprometimento da estrutura.Como exemplo disso temos as ferrovias antigas. Se você puder observar uma ferrovia antiga vai notar que, ao longo do mesmo trilho, há um pequeno intervalo, de espaços a espaços (fotos A e B). Isso é necessário para evitar que a dilatação térmica deformasse os trilhos. Nas ferrovias mais modernas, assim como nos trilhos dos mêtros das grandes cidades, não existe esse intervalo, pois atualmente são utilizadas técnicas de engenharia capazes de impedir que os efeitos dessa dilatação se manifestem. Uma delas é a fixação rígida dos trilhos no solo, utilizando-se dor-mentes de concreto.







Os trilhos da estrada de ferro (foto B) entortaram porque o intervalo entre eles (foto A) não foi suficiente para compensar a dilatação.
EXEMPLO de DILATAÇÃO:
No laboratório de Ciências, os alunos fizeram um experimento com fios de mesmos comprimentos e mesmos diâmetros, de metais diferentes, aquecendo-os da temperatura de 20ºC para a temperatura de 50ºC. Os fios sofreram dilatação linear. O resultado foi colocado na tabela:


Dilatação térmica é a variação das dimensões de um material causada pelo aquecimento. O comprimento final depende do coeficiente de dilatação térmica que é um valor específico de cada material.A dilatação térmica depende, além do coeficiente de dilatação linear do material, da variação de temperatura e do comprimento inicial do corpo. Como todos os corpos tem o mesmo comprimento inicial e vão sofrer a mesma variação de temperatura, então, o que vai alterar a variação do comprimento entre os vários materiais é o coeficiente de dilatação térmica. Tem-se:



* Dilatação térmica dos sólidos

Os sólidos possuem formas e volumes específicos, pois as moléculas que os formam são ligadas fortemente e quase não se movimentam, permanecendo praticamente estáticas.

Uma das maneiras de aumentar as suas dimensões, superfícies e volume é quando ocorre variação de temperatura, pois esse aumento gera a dilatação térmica. Dependendo do que observamos ou levamos em consideração na dilatação ela irá receber uma denominação:

Dilatação linear: observamos a variação das superfícies;
Dilatação superficial: observamos a variação da superfície (área);
Dilatação volumétrica: observamos a variação do volume.

A dilatação ocorre porque um corpo é composto por moléculas, quando o corpo sofre um aquecimento o grau de agitação das moléculas aumenta, aumentando também a temperatura e conseqüentemente a variação considerável nas dimensões, superfícies e no volume do corpo

para melhor compreensão da charge resolvemos mostrar um exemplo:

Dilatação linear
A dilatação térmica linear, ou simplesmente dilatação linear, ocorre em corpos em que o comprimento é a dimensão mais importante, como por exemplo, em cabos e vigas metálicas.
 Por esse motivo, quando sujeitos a variações de temperatura, corpos com esse formato sofrerão, principalmente, variações no comprimento.

Essas variações estão diretamente relacionadas a três fatores:

- o comprimento inicial do objeto (representada por L0);
- o material de que ele é feito (representado por  );
- a variação de temperatura sofrida por ele (representada por ).

A partir desses três fatores, pode-se chegar a uma equação matemática que mostra como determinar a alteração de comprimento sofrida por um corpo devido a variações de temperatura, como se vê na figura abaixo, em que representa precisamente a alteração de comprimento:

reprodução


Dilatações superficial e volumétrica
As dilatações superficial e volumétrica são aquelas em que prevalecem, respectivamente, variações de área e de volume.

Os fatores que influenciam a dilatação térmica nesses casos são os mesmos da dilatação linear, ou seja: a dimensão inicial do material e a variação de temperatura.

Assim, as equações que determinam essas dilatações são muito semelhantes à equação da dilatação linear, como se pode ver no quadro abaixo.
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As constantes  e  são os respectivos coeficientes de dilatação superficial e volumétrica.
É importante assinalar que os três coeficientes apresentados se relacionam quando se trata de um único material.

Essa relação é dada a seguir:
reprodução

* Dilatação térmica dos liquidos

Assim como os sólidos, em geral os líquidos também se dilatam ao serem aquecidos. Como o líquido está sempre dentro de um recipiente, ao ser aquecido o recipiente também se dilata junto com o líquido que está dentro dele. Por exemplo, numa proveta completamente cheia de água, ao aquecermos a água, veremos que um pouco dela extravasa (entorna) ver figura abaixo, porque a dilatação da água é maior do que a dilatação da proveta.






O volume entornado não representa a dilatação real do líquido, mas sim a diferença entre a dilatação real e a dilatação do recipiente (da proveta). Ou seja:




ΔVap = ΔVreal - ΔVrec


onde:


ΔVap - Dilatação volumétrica aparente;
ΔVreal - Dilatação volumétrica real;


ΔVrec - Dilatação volumétrica do recipiente.
Uma vez que os líquidos não têm forma própria, só precisamos determinar o seu volume, isto é, a sua dilatação volumétrica real ΔVreal ou ΔV . Esta dilatação voumétrica pode ser calculada através da expressão matemática:


ΔVreal = Vo . ΔΘ . γ

onde:

Vo - Volume inicial do líquido;

ΔΘ = Θf - Θo

γ - Coeficiente de dilatação volumétrica do líquido.