Dilatação Térmica

Dilatação Térmica

Quando uma pessoa está com febre, sua temperatura corporal é mais elevada do que o normal. Isso pode ser comprovado com o auxílio do termômetro clínico. Após retirarmos o termômetro do enfermo, constatamos que o filete de mercúrio se dilatou dentro do cubo. Isso porque as dimensões dos corpos sofrem dilatação quando estes são aquecidos, e contração quando resfriados.

Muitas vezes, a dilatação só pode ser comprovada por meio de instrumentos. Mas ela pode também ser entendida pelo movimento das moléculas. Assim quando um corpo é aquecido, suas moléculas vibram mais intensamente. Por isso, elas necessitam de maior espaço. É o que acontece quando muitas pessoas dançam num salão. Se a dança exigir passos mais amplos, será necessário maior espaço para executá-los.

Dilatação dos sólidos
Os sólidos que melhor se dilatam são os metais, principalmente o alumínio e o cobre. Temos um bom exemplo disso num vidro de conserva com a tampa metálica emperrada. Para abri-lo, basta mergulhar a tampa na água quente; como o metal se dilata mais que o vidro, a tampa logo fica frouxa.

O aquecimento leva os sólidos a se dilatarem em todas as direções; no entanto, às vezes, a dilatação predomina, ou pe mais notada, numa direção – é a dilatação linear. Quando duas direções são predominantes, temos a dilatação superficial e, quando ela é importante em todas as direções, considera-se a dilatação volumétrica.

Dilatação Linear — Essa dilatação corresponde ao aumento do comprimento dos corpos quando aquecidos. 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 metrôs 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 dormentes 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.




A dilatação linear pode ser comprovada e medida por meio de um aparelho chamado pirômetro de quadrante (foto acima).




Dilatação Superficial — Refere-se à área do sólido dilatado, como, por exemplo, sua largura e seu comprimento. Uma experiência bem simples pode comprovar a dilatação superficial dos sólidos, como mostra a figura abaixo.




Dilatação Superficial: a moeda aquecida não passa pelo aro, pois sua superfície aumentou.

Dilatação Volumétrica — Refere-se ao aumento do volume do sólido, isto é, de seu comprimento, de sua altura e largura. O instrumento usado para comprovar a dilatação volumétrica de um corpo é chamado de anel de Gravezande (figura abaixo).



Dilatação Volumétrica: o volume da esfera aumenta com o aquecimento.

Curiosidade. Por que os icebergs flutuam? Como pode haver vida aquática nas regiões congeladas do globo?

Curiosidade. Por que os icebergs flutuam? Como pode haver vida aquática nas regiões congeladas do globo?

A água e alguns metais como a prata e o bismuto tem uma característica especial: ao passar ao estado sólido, expandem seu volume. Isto explica porque os encanamentos das regiões muito frias estouram e porque uma garrafa de vidro também estoura quando deixada muito tempo no congelador.

Isso ocorre devido ao formato angular das moléculas, que não permite que se agrupem muito próximas umas das outras. Resultado: quando o líquido solidifica, essas moléculas ocupam um espaço maior, formando uma estrutura vazada, leve como ar. Esse aumento de volume faz com que o gelo tenha uma densidade menor que a água em estado líquido. É por isso que ele acaba flutuando, em vez de afundar.

É isso que explica o fato de os icebergs flutuarem e causarem tantos estragos .Além disto, é curioso notar que apenas 10% do volume de um iceberg fica fora d’água, daí só poder ser visto quando é tarde demais.

Seria trágico, se não tivesse o lado mágico: como o gelo se torna menos denso do que a água e flutua sobre ela, ele permite o isolamento das superfícies geladas de lagos e rios nas regiões mais frias do planeta, permitindo o desenvolvimento da vida aquática sob ele, em regiões que possuem uma temperatura superior a 0º Celsius, sendo possível a peixes e plantas manterem-se vivos e ativos e não congelados.

O calorímetro e suas utilidades

O calorímetro é um aparelho isolado termicamente do meio ambiente e muito utilizado nos laboratórios de ensino para fazer estudos sobre a quantidade de calor trocado entre dois ou mais corpos de temperaturas diferentes. É um recipiente de formato bem simples, construído para que não ocorra troca de calor entre o mesmo e o meio ambiente. Existem vários formatos de calorímetro, mas todos são constituídos basicamente de um recipiente de paredes finas que é envolvido por outro recipiente fechado de paredes mais grossas e isolantes. O calorímetro evita a entrada ou saída de calor assim como na garrafa térmica, por exemplo.

Nesse instrumento de estudo, são colocados dois acessórios: um termômetro e um agitador. Este último é muito utilizado quando se realiza estudos térmicos com líquidos como a água, por exemplo. Ele serve para agitar o sistema e fazer com que ele alcance o equilíbrio térmico mais rapidamente. Ao colocar dois corpos com diferentes temperaturas no interior de um calorímetro, acontecerá a troca de calor entre os mesmos até que o equilíbrio seja atingido. É muito comum falar que dentro de um calorímetro o calor cedido por um corpo é igual ao calor recebido pelo outro corpo. Através desta igualdade, podemos determinar várias grandezas térmicas de um material como, por exemplo, a capacidade térmica e o calor específico.