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.

Todos os corpos (sólidos, líquidos ou gasosos) estão sujeitos à dilatação térmica. Vamos estudá-la então em cada um desses tipos de corpos.

 

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.

 

Dilatação dos líquidos 

Assim como os sólidos, os líquidos também sofrem dilatação com a variação de temperatura. Como os líquidos não têm forma própria, só se leva em consideração a dilatação volumétrica. Em geral, os líquidos aumentam de volume quando aquecidos e diminuem quando esfriados.

Mas, com a água, o processo de dilatação é um pouco diferente. Ao ser esfriada, ela diminui de volume como os outros líquidos, mas só até 4 °C. Se a temperatura continuar caindo, para baixo de 4°C, o volume da água começa a aumentar. Inversamente, se for aquecida de 0°C a 4°C, a água diminui de volume, mas, a partir de 4°C, ela começa a se dilatar.

É por essa razão que uma garrafa cheia de água e fechada estoura no congelador: de 4°C até 0°C, a água tem seu volume aumentado, enquanto a garrafa de vidro ou plástico diminui de volume.

 

Dilatação dos gases 

A dilatação dos gases, que é mais acentuada que a dos líquidos, pode ser comprovada por uma experiência bem simples.

Num balão de vidro, com ar em seu interior, introduz-se um canudo dentro do qual há uma gota de óleo (figura abaixo).

 Segurando o balão de vidro como indicado na figura, o calor fornecido pelas mãos é suficiente para aumentar o volume de ar e deslocar a gota de óleo.