Aula de Física: Dilatação térmica!

Alunos do Ensino Médio  ICC, divididos em equipes, sob orientação do Prof. Alessandro, aprenderam sobre dilatação térmica, através das aulas práticas. Usando o termoscópio, instrumento inventado por Galileu Galilei durante o renascimento científico em 1592, embora não se tenha certeza se foi ele que descobriu o princípio por trás. É composto por uma esfera oca de vidro à qual é conectado um tubo também de vidro com uma solução que sob interferência do calor se dilata dentro desse aparelho. Os alunos constataram que em contato com o calor o liquido dentro do termoscópio flui rapidamente dentro do instrumento. Desta forma também entenderam como funciona o termômetro que tem principio semelhante, o mercúrio se expande dentro da régua de medição de acordo com a temperatura do ambiente.

 
Dilatação Térmica

Todos os corpos existentes na natureza, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica.

O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Ao aquecer um corpo, por exemplo, ocorrerá um aumento da distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação delas. Esse espaçamento maior entre elas manifesta-se por meio da escansão das dimensões do corpo, as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica. O contrário ocorre quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso, as distâncias entre as moléculas são diminuídas e, em consequência, há diminuição das dimensões do corpo.

• Dilatação Linear: é a dilatação que se caracteriza pela variação do comprimento do corpo. Essa variação pode ser calculada a partir da seguinte equação matemática:

ΔL = α.L₀.ΔT

α: é o coeficiente de dilatação térmica linear, cuja unidade é o °C^-1, que depende da natureza do material que constitui o corpo;

Lo: é o comprimento inicial do corpo;

ΔL e ΔT: são, respectivamente, a variação do comprimento e de temperatura do corpo.

• Dilatação Superficial: é a dilatação que se caracteriza pela variação da área superficial do corpo. Essa variação na superfície do corpo pode ser calculada por meio da seguinte expressão:

ΔS = β.S₀.ΔT

β: é o coeficiente de dilatação térmica superficial, cuja unidade é a mesma do coeficiente de dilatação térmica linear e também depende da natureza do material que constitui o corpo;

β: 2α;

So: é a área da superfície inicial do corpo;

ΔS e ΔT: são, respectivamente, a variação da área da superfície e a variação da temperatura do corpo.

• Dilatação Volumétrica: é a dilatação que se caracteriza pela variação da volume do corpo. Essa variação pode ser calculada com a expressão:

ΔV = γ.V₀.ΔT

γ: é o coeficiente de dilatação térmica volumétrica, cuja unidade é a mesma do coeficiente de dilatação linear e superficial e também depende da natureza do material que constitui o corpo;

γ: 3α;

Vo: é o volume inicial do corpo;

ΔV e ΔT: são, respectivamente, a variação do volume e a variação da temperatura do corpo.

Calorimetria
É o ramo da Física que estuda as trocas de energia entre os corpos e/ou sistemas quando essas trocas ocorrem na forma de calor.

• Calor: é a energia térmica em trânsito, que é determinada pela diferença de temperatura entre os corpos e/ou sistemas envolvidos.
• Temperatura: é a grandeza que mede o grau de agitação das moléculas que constituem o corpo.
  A equação geral da calorimetria é determinada pela seguinte equação matemática:

Q = m . c . ΔT

c: é o calor específico do material;

ΔT: é a variação da temperatura do corpo;

Q: é a quantidade de calor, que tem como unidade o joule (J).

O calor pode propagar-se de um corpo para outro de três formas: condução, convecção e irradiação.

• Condução: é a transferência de energia que ocorre de molécula a molécula em razão da agitação delas, quando submetidas a um aumento de temperatura.
• Convecção: é o processo de transferência de calor que ocorre em razão dos fluidos, em face das diferenças de densidade entre as partes que constituem o sistema.
• Irradiação: é o tipo de transmissão de energia que ocorre entre dois sistemas sem que haja contato físico entre eles. Essa transmissão ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, como os raios solares que aquecem a Terra todos os dias.

Fonte: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-termica-calorimetria.htm