explique como acontece cada tipo de dilatação
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Resposta:
Dilatação térmica
Dilatação térmica é um processo termodinâmico responsável por afetar as dimensões lineares, superficiais e volumétricas dos corpos.
Dilatação térmica é um fenômeno físico caracterizado pela mudança nas dimensões de um corpo ocasionada por uma grande variação de temperatura. Esse fenômeno pode ocorrer em corpos que se encontram nos estados sólido, líquido e gasoso. Quando um corpo é aquecido, seu tamanho pode aumentar ou até mesmo diminuir, em alguns casos, por causa do aumento da agitação de suas moléculas.
Resumo
A dilatação térmica ocorre quando algum corpo sofre variações de temperatura.
A dilatação térmica depende das dimensões iniciais do corpo, bem como do seu coeficiente de dilatação.
A geometria do corpo define o tipo de dilatação que será mais expressivo durante o seu aquecimento.
Existem três tipos de dilatação térmica: linear, superficial e volumétrica.
Para corpos feitos de uma mesma substância, o coeficiente de dilatação superficial equivale ao dobro do coeficiente de dilatação linear, e o coeficiente de dilatação volumétrica equivale ao triplo.
O que é dilatação térmica na Física?
A dilatação térmica está intimamente relacionada com a temperatura dos corpos. Um aumento de temperatura pode ser entendido como um aumento no grau de agitação das moléculas, que passam a vibrar, rotacionar ou até mesmo transladar em espaços maiores em virtude do aumento de energia térmica fornecido por uma fonte de calor sensível.
Todos os corpos podem sofrer dilatação volumétrica, isto é, um aumento em suas dimensões ao longo das três direções do espaço, uma vez que qualquer corpo apresenta no mínimo três dimensões espaciais (largura, altura e profundidade). No entanto, muitos corpos apresentam geometrias que privilegiam uma ou mais dimensões: alguns são mais alongados, outros possuem formatos achatados, alguns apresentam as três dimensões semelhantes entre si.
Corpos de formato alongado sofrem mais com a dilatação linear, uma vez que o comprimento é a sua dimensão mais significante. Exemplos desse tipo de corpo são os fios metálicos usados em postes, fios de cabelo, agulhas, tubos etc.
Corpos de simetria achatada tendem a sofrer variações mais significativas em suas áreas, apresentando majoritariamente a dilatação superficial, como nos casos de placas metálicas, tampos de mesas, pratos, calçadas etc. Corpos tridimensionais sofrem alterações em suas dimensões de forma similar para as três direções do espaço, o que configura a dilatação volumétrica. Alguns exemplos desse tipo de corpo são os gases, líquidos, sólidos em formatos cúbicos etc.
Além da geometria do corpo, outro fator importante para a ocorrência da dilatação é o coeficiente de dilatação, uma propriedade da substância que compõe o corpo. Existem três tipos de coeficiente de dilatação: linear (α), superficial (β) e volumétrica (γ). Quanto maior é o coeficiente de dilatação de um corpo, maior é a sua dilatação sofrida para uma determinada variação de temperatura em ºC (graus Celsius) ou em K (Kelvin)
Além disso, a dilatação térmica também é proporcional à variação de temperatura (ΔT) sofrida pelo corpo, em ºC ou em K (Kelvin), portanto, dentro de um intervalo de temperaturas, quanto mais aquecemos um corpo, mais dilatação ele sofre.
Coeficiente de dilatação
Um mesmo material pode ser usado para produzir corpos de simetria linear, superficial e volumétrica. Nesse caso, cada um dos corpos apresentará um coeficiente de dilatação diferente, mas como os corpos são constituídos pela mesma substância, é possível estabelecer uma relação entre os seus diferentes coeficientes de dilatação.
A grandeza física empregada no coeficiente de dilatação é ºC-¹ ou K-¹, ambas podem ser usadas livremente, já que são grandezas equivalentes. A tabela a seguir apresenta os valores dos coeficientes de dilatação linear para alguns materiais:
Material
Coeficiente de dilatação linear α (ºC-¹ ou K-¹)
Alumínio
2,4.10-5
Cobre
1,7.10-5
Vidro
0,4.10-5 a 0,9.10-5
Aço
1,2.10-5
Além disso, é importante saber que os coeficientes de dilatação térmica são aproximadamente constantes para determinados intervalos de temperatura, portanto, os valores apresentados na tabela acima são válidos apenas para um intervalo de algumas centenas de graus, que podem variar de acordo com a substância.
Dilatação linear
Para calcularmos a dilatação linear sofrida por um corpo, utilizamos a seguinte fórmula:
A dilatação linear aplica-se principalmente para corpos de simetria alongada. Observe o esquema a seguir:
Dilatação superficial
De forma bastante similar ao caso da dilatação linear, a fórmula de dilatação superficial.
A dilatação superficial ocorre em corpos cujos formatos remetem a áreas, como placas.
Dilatação volumétrica
A fórmula utilizada para o cálculo da dilatação volumétrica