Praticamente todas as subst�ncias, sejam s�lidas, l�quidas ou gasosas, dilatam-se com o aumento da temperatura e contraem-se quando sua temperatura � diminu�da e o efeito da varia��o de temperatura, especialmente a dilata��o, tem muitas implica��es na vida di�ria.
Voc� j� deve ter notado um espa�amento nos blocos de concreto das ruas e avenidas, bem como nos trilhos do trem ou em algumas pontes. Esse espa�amento � necess�rio justamente por causa da dilata��o que os materiais sofrem. Por exemplo, uma ponte met�lica de 300m de comprimento pode aumentar at� 20cm.
Tamb�m em casa, aplicamos o efeito do aumento da temperatura, por exemplo, para abrirmos tampas de vidros de conserva, aquecendo-os de alguma forma.
O controle da temperatura feito atrav�s de termostatos com l�minas bimet�licas, utilizadas no ferro el�trico e em termopares que s�o os dispositivos que constam em autom�veis e outros tipos de term�metros, ocorre com base na dilata��o de certos materiais.
Todos os corpos se dilatam da mesma maneira?
A dilata��o � proporcional ao aumento de temperatura, mas n�o � a mesma para diferentes materiais, ou seja, mesmo para uma mesma varia��o de temperatura, a dilata��o dos corpos n�o ser� a mesma para diferentes materiais, pois cada um tem um coeficiente de dilata��o caracter�stico.
Devido ao aumento de volume que � diferente para cada material, n�o se recomenda encher completamente o tanque de combust�vel dos autom�veis, pois a gasolina derramaria, aproximadamente, dois litros se houvesse uma varia��o de 30oC na temperatura.
As tampas de recipientes de vidro, como as conservas, aumentam de dimens�es mais do que o vidro, por isso soltam-se mais facilmente quando aquecidas.
Al�m disso, a dilata��o depende de como � feito o corpo. Um prato de vidro grosso, por exemplo, estala e pode se quebrar quando colocamos �gua muito quente, pois as paredes internas se dilatam antes das externas, mas pratos de vidro mais finos n�o se rompem t�o facilmente, pois se aquecem de modo mais uniforme, por isso, os pratos feitos para uso dom�stico s�o de vidros especiais como o pirex que resistem a grandes varia��es de temperatura.
A dilata��o de um corpo ocorre em todas suas dimens�es. Nos corpos s�lidos a dilata��o pode ser:
Ocorre quando o corpo tem expans�o em uma dimens�o.
Por exemplo, os fios de telefone ou luz. Expostos ao Sol nos dias quentes do ver�o, variam suas temperaturas consideravelmente, fazendo com que o fio se estenda causando um envergamento maior, pois aumenta seu comprimento que passa de um comprimento inicial (Li) a um comprimento final (Lf). A mesma coisa acontece com o fio de cabelo quando se utiliza a "chapinha" para alis�-lo. Dizemos que a dilata��o provocou um aumento no comprimento dado por:
L= Lf - Li.A dilata��o do fio depende de tr�s fatores:
O comportamento aqui descrito para um fio � geral para qualquer corpo que tenha uma de suas dimens�es muito maior do que as outras duas e, nesse caso, podemos nos concentrar na dilata��o linear e calcular a varia��o no comprimento do corpo pela express�o:
onde:
Na tabela podemos verificar o valor do coeficiente de dilata��o linear de algumas subst�ncias.
| subst�ncia | coeficiente de dilata��o linear (oC-1) |
| a�o | 11x10-6 |
| �gua | 69x10-6 |
| �lcool | 333,67x10-6 |
| cobre | 16,8x10-6 |
| ferro | 11,4x10-6 |
| madeira | 30x10-6 |
| merc�rio | 60,67x10-6 |
| ouro | 14,3x10-6 |
| prata | 18,8x10-6 |
| vidro comum | 9x10-6 |
| vidro pirex | 3,2x10-6 |
Pela tabela podemos verificar o valor de alguns coeficientes de dilata��o para alguns materiais e compar�-los. Observamos que o valor do coeficiente para o vidro pirex �, aproximadamente, tr�s vezes menor do que o vidro comum por isso ele suporta maiores varia��es de temperatura e n�o trinca t�o facilmente como o vidro comum.
O �lcool tem um coeficiente de dilata��o muito maior do que o merc�rio e ambos s�o utilizados na fabrica��o de term�metros.
Na simula��o, podemos observar o fen�meno da dilata��o linear em um fio: quando h� aumento de temperatura, h� um aumento na extens�o do fio.
H� corpos que podem ser considerados bidimensionais, pois sua terceira dimens�o � desprez�vel frente �s outras duas, por exemplo, uma chapa. Neste caso, a expans�o ocorre nas suas duas dimens�es lineares, ou seja, na �rea total do corpo.
Na figura vemos uma chapa retangular que, quando aquecida, teve toda a sua superf�cie aumentada, passando de uma �rea inicial (Si) a uma �rea final (Sf), de modo que a dilata��o superficial � (S, sendo S= Sf - Si).
A dilata��o superficial, da mesma forma que a dilata��o linear, depende:
Assim, podemos calcular a dilata��o ocorrida na superf�cie pela seguinte express�o matem�tica:
Onde:
A dilata��o superficial � utilizada na coloca��o de aros met�licos ao redor das rodas de carro�as. Neste caso, o aro tem di�metro menor que o da roda por isso � aquecido para que se possa coloc�-lo e ao esfriar, se contrai, prendendo-se fortemente � roda de madeira.
Podemos ver uma simula��o onde ocorre o fen�meno da dilata��o superficial em uma chapa: quando h� aumento de temperatura, h� um aumento nas dimens�es do corpo. Clique AQUI.
O controle de temperatura do ferro el�trico � feito por um termostato constitu�do por uma l�mina bimet�lica que se dilata e se curva, formando um arco, quando aquecida, interrompendo o circuito el�trico. Quando fria, a l�mina permanece plana e torna a fazer o contato no circuito el�trico. Veja na simula��o a seguir:
E agora vejamos algumas demonstra��es: DILATA��O DOS S�LIDOS I e II.
A grande maioria dos corpos s�lidos possui tr�s dimens�es: altura, comprimento e espessura; e, quando aquecidos, sofrem expans�o nessas tr�s dimens�es o que proporciona um aumento no volume total do corpo.
A dilata��o ocorre de modo semelhante �s dilata��es linear e superficial, por�m dependente do coeficiente de dilata��o volum�trica o que � igual a tr�s vezes o coeficiente de dilata��o linear, ou seja, .
Ent�o, podemos calcular a dilata��o ocorrida no volume pela equa��o abaixo:
onde:
A dilata��o dos l�quidos e gases ocorre da mesma forma que com os corpos s�lidos?
N�o podemos verificar a dilata��o de um l�quido sem coloc�-lo em um recipiente e, portanto, quando o l�quido � aquecido, haver� tamb�m a dilata��o volum�trica do recipiente, logo, o que observamos e podemos medir � a dilata��o aparente do l�quido. Para sabermos sua dilata��o real, precisamos descontar a dilata��o do recipiente, e para isso, precisamos conhecer os coeficientes de dilata��o volum�trica do l�quido e do recipiente.
Por exemplo, os reservat�rios de combust�vel s�o preparados prevendo o aumento do volume tanto do recipiente quanto do combust�vel.
H� term�metros que utilizam a dilata��o dos l�quidos como merc�rio e/ou �lcool, para a determina��o da temperatura dos corpos.
Agora vejamos uma demonstra��o: DILATA��O DOS L�QUIDOS I.
Tamb�m os gases, que n�o possuem volume definido, precisam ser colocados em recipientes fechados, e portanto, tamb�m devemos considerar a dilata��o volum�trica dos recipientes que os cont�m.
Vejamos algumas demonstra��es: DILATA��O DOS GASES I e II.
Os balonistas aplicam a dilata��o dos gases para encher seus bal�es, pois, com o aumento da temperatura, o ar, dentro do bal�o, fica menos denso e se dilata fazendo com que o bal�o estufe. Veja a simula��o da dilata��o dos gases:
E se a temperatura for reduzida ao inv�s de ser aumentada?
Se a temperatura de um corpo � reduzida, normalmente, provoca uma diminui��o do seu volume, entretanto, h� exce��es. A �gua � a mais comum delas: de 4oC a 0oC sofre um aumento de volume. Tal comportamento da �gua � conhecido como "dilata��o an�mala".
Esse fen�meno pode ser constatato em regi�es com temperaturas muito baixas, durante o inverno. A �gua da superf�cie de um lago, em contato com o ar frio, aumenta de volume e congela, e o gelo funciona como um isolante t�rmico, n�o deixando que toda �gua do lago congele.
Na parte inferior do lago, a �gua l�quida, mais densa que a �gua s�lida da parte superior, est� a 4oC. � por isso que ursos polares e esquim�s conseguem pescar, mesmo no gelo, pois fazem buracos na superf�cie at� alcan�ar a �gua l�quida.
Por que os corpos se dilatam?
Se a temperatura de um corpo aumenta, conseq�entemente, aumenta a velocidade de seus �tomos e mol�culas, que passam, ent�o, a se movimentar rapidamente, ocorrendo um aumento no afastamento m�dio entre os �tomos, o que causa um aumento nas dimens�es do corpo, ou seja, de seu volume, e isto � o que se chama dilata��o.
Reveja a simula��o da dilata��o da placa e observe o movimento de suas mol�culas. Clique AQUI.