O estudo da dilatação dos sólidos possui importantes aplicações práticas, como a compensação da dilatação dos pêndulos, a dilatação dos trilhos e das pontes (e o consequente cálculo da separação entre os segmentos) ou o fabrico da vidraria de laboratório resistente ao calor.
Chama-se dilatação todo acréscimo às dimensões de um corpo por influência do calor que lhe é transmitido. O fenômeno é explicado pela variação das distâncias relativas entre as moléculas, associada ao aumento de temperatura. Normalmente, são estudadas em separado a dilatação dos sólidos, a dos líquidos e a dos gases, distinguindo-se, no caso dos sólidos, a dilatação linear, a superficial e a volumétrica.
Os estudos teóricos partem do conceito de coeficiente de dilatação, definido como o aumento de volume, área ou comprimento experimentado pela unidade de volume (área ou comprimento) quando a temperatura varia de 1ºC.
De modo geral, os sólidos se dilatam menos do que os líquidos e estes menos do que os gases. Uma barra de ferro com um metro de comprimento a 0ºC dilata-se apenas 1,2mm se a temperatura aumenta para 100ºC (seu coeficiente de dilatação linear é, portanto, 1,2 x 10-5). Caso se deseje alongar a mesma barra por meio de uma força de tração, para idêntico acréscimo de comprimento seria necessário aplicar-lhe uma força de 2.400kg por unidade de área. Pode-se introduzir um conceito um pouco mais rigoroso de coeficiente de dilatação. Chamando de, respectivamente, os coeficientes linear, superficial e volumétrico.
Um fio de aço apresenta curiosa anormalidade de dilatação, pois quando a temperatura atinge cerca de 700ºC o fio experimenta uma contração para voltar a dilatar-se pouco depois. O fenômeno, reversível, denomina-se recalescência. As ligas de aço-níquel dilatam-se muito pouco e o coeficiente de dilatação varia com a maior ou menor percentagem de níquel nelas contida. O menor valor de corresponde a 36% de níquel, sendo a liga denominada invar; para 46% de níquel, esse coeficiente torna-se igual a 0,9 x 10-5, valor igual ao da platina e ao do vidro comum, sendo a liga denominada platinite.
Alguns corpos como a borracha e a argila contraem-se quando a temperatura se eleva. Esses corpos se aquecem quando são alongados por uma força de tração, ao contrário dos demais, que têm sua temperatura reduzida. A água dilata-se irregularmente. Um volume de água aquecido a partir de 0ºC se contrai até 4ºC; aí começa a dilatar-se. A água a 4ºC possui, portanto, sua maior densidade, sendo tomada como unidade. Por isso as camadas profundas de mares e lagos estão à temperatura constante de 4ºC.
Dilatação térmica
Um dos efeitos da temperatura, é provocar a variação das dimensões de um corpo.
Pois se aumentarmos a temperatura de um corpo, aumenta a agitação das partículas de seu corpo e consequentemente, as partículas se afastam uma das outras, provocando um aumento das dimensões (comprimento, área e volume) do corpo.
A esse aumento das dimensões do corpo dá-se o nome de dilatação térmica.
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.
Dilatação Linear
Dilatação linear é aquela em que predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. (Ex: dilatação em cabos, barras, etc….)
Dilatação Superficial e Volumétrica
Verifica-se experimentalmente que a dilatação superficial e a dilatação volumétrica dos sólidos são inteiramente semelhante à dilatação linear.
Autoria: Eloi Batista
