O que é dilatação volumétrica? (Com exemplos)

O dilatação volumétrica É um fenômeno físico que implica uma variação nas três dimensões de um corpo. O volume ou as dimensões da maioria das substâncias aumentam quando são submetidas ao calor; Este é um fenômeno conhecido como dilatação térmica, no entanto, também existem substâncias que se contraem quando aquecidas.

Embora as mudanças de volume sejam relativamente pequenas para os sólidos, eles são de grande importância técnica, principalmente em situações em que se deseja unir materiais que se expandem de maneira diferente.

A forma de alguns sólidos sofre de distorção quando aquecida e pode se expandir em algumas direções e contrair em outros. No entanto, quando há apenas dilatação em um certo número de dimensões, há uma classificação para essas expansões:

• A dilatação linear ocorre quando a variação em uma dimensão específica predomina, como o comprimento, largo ou alto do corpo.
• A dilatação superficial é que a variação predomina em duas das três dimensões.
• Finalmente, a dilatação volumétrica implica uma variação nas três dimensões de um corpo.

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Conceitos básicos relacionados à dilatação térmica

Energia térmica

O assunto é formado por átomos que estão em movimento contínuo, movendo -se ou vibrando. Energia cinética (ou movimento) com a qual os átomos se movem é chamado de energia térmica, quanto mais rápido eles se movem, maior energia térmica que eles têm.

Aquecer

O calor é a energia térmica transferida entre duas ou mais substâncias ou de uma porção de substância para outra em uma escala macroscópica. Isso significa que um corpo quente pode dar parte de sua energia térmica e afetar um corpo próximo a ele.

A quantidade de energia térmica transferida depende da natureza do corpo próximo e do ambiente que os separa.

Temperatura

O conceito de temperatura é essencial para estudar os efeitos do calor, a temperatura de um corpo é a medida de sua capacidade de transferir calor para outros corpos.

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Dois corpos em contato mútuo ou separados por um meio adequado (condutor de calor) estarão na mesma temperatura se não houver fluxo de calor entre os dois. Da mesma forma, um corpo x estará a uma temperatura maior que o de um corpo e se o calor fluir de x a e.

Quais são as propriedades básicas da dilatação térmica?

Está claramente relacionado a uma mudança de temperatura, em uma expansão de temperatura mais alta. Também depende da estrutura interna do material, em um termômetro, a expansão do mercúrio é muito maior que a expansão do vidro que o contém.

Qual é a causa fundamental da dilatação térmica?

Um aumento de temperatura implica um aumento na energia cinética dos átomos individuais em uma substância. Em um sólido, diferentemente de um gás, átomos ou moléculas estão intimamente juntos, mas sua energia cinética (na forma de vibrações pequenas e rápidas) se separa um do outro para átomos ou moléculas.

Essa separação entre átomos vizinhos se torna aumentando e resulta em um aumento no tamanho sólido.

Para a maioria das substâncias em condições comuns, não há direção preferencial na qual a dilatação térmica ocorra e o aumento da temperatura aumentará o tamanho do sólido por uma certa fração em cada dimensão.

Dilatação linear

O exemplo mais simples de expansão é a expansão em uma dimensão (linear). Experimentalmente, verificou -se que a mudança de comprimento ΔL de uma substância é proporcional à mudança de temperatura Δt e o comprimento inicial LO (Figura 1). Podemos representar isso da seguinte maneira:

Dl = alodt

onde α é um coeficiente de proporcionalidade chamado coeficiente de dilatação linear e é característico de cada material. Alguns valores desse coeficiente são mostrados na Tabela A.

O coeficiente de dilatação linear é maior para materiais que experimentam maior expansão para cada grau centigrado que aumenta sua temperatura.

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Dilatação superficial

Quando um plano é tomado dentro de um corpo sólido, de modo que este plano é aquele que sofre a expansão térmica (Figura 2), a mudança na área ΔA é dada por:

Da = 2aa0

Onde ΔA é a mudança na área inicial AO, t é a mudança de temperatura e α é o coeficiente de dilatação linear.

Dilatação volumétrica

Como nos casos anteriores, a mudança no volume ΔV pode ser aproximada com a proporção (Figura 3). Esta equação é geralmente escrita da seguinte maneira:

Dv = bvodt

onde β é o coeficiente de dilatação volumétrica e é aproximadamente igual a 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 Os valores dos coeficientes de expansão volumétrica para alguns materiais são mostrados.

Em geral, as substâncias se expandirão sob um aumento de temperatura, a água é a exceção mais importante para esta regra. A água se expande quando sua temperatura aumenta quando é maior que 4ºC.

No entanto, também se expande diminuindo sua temperatura no intervalo de 4ºC a 0ºC. Esse efeito pode ser observado quando a água é colocada dentro de uma geladeira, a água se expande ao congelar e é difícil extrair o gelo de seu recipiente pela referida expansão.

Exemplos

Diferenças na dilatação volumétrica podem levar a efeitos interessantes em um posto de gasolina. Um exemplo é o gotejamento de gasolina em um tanque que acabou de ser preenchido para um dia quente.

A gasolina esfria o tanque de aço quando é derramado, e ambos, a gasolina e o tanque dilatam com a temperatura do ar circundante. No entanto, a gasolina se dilata muito mais rápido que o aço e, portanto, um gotejamento fora do tanque ocorre.

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A diferença na dilatação entre a gasolina e o tanque que o contém pode causar problemas lendo o indicador de nível de combustível. A quantidade de gasolina (massa) que permanece em um tanque quando o indicador atinge o nível de vácuo é muito menor no verão do que no inverno.

A gasolina tem o mesmo volume nas duas estações quando a luz de aviso acende, mas como a gasolina se dilata durante o verão, tem uma massa mais baixa.

Como exemplo, um tanque de gasolina de aço completo pode ser considerado, com uma capacidade de 60L. Se o tanque e a temperatura da gasolina forem 15ºC, quanta gasolina ela derramará no momento em que atingem uma temperatura de 35ºC?

O tanque e a gasolina aumentarão em volume devido ao aumento da temperatura, mas a gasolina aumentará mais do que o tanque. Para que a gasolina derramada seja a diferença nas mudanças de volume. A equação de dilatação volumétrica pode ser usada para calcular mudanças de volume:

O volume derramado pelo aumento da temperatura é então:

Combinando essas 3 equações em uma, você tem:

A Tabela 2 obteve os valores do coeficiente de dilatação volumétrica, substituindo os valores:

Embora essa quantidade de gasolina derramada seja relativamente insignificante em comparação com um tanque de 60 L, o efeito é surpreendente, já que a gasolina e o aço se expandem muito rápido.

Bibliografia

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