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O que é dilatação volumétrica?

No artigo a seguir iremos explicar o conceito de dilatação volumétrica e apresentar a sua fórmula. Trata-se de um tema recorrente nas provas do Enem e de diferentes vestibulares. Lembrando que a melhor forma de estudar esses conteúdos é compreender a lógica por trás deles e não simplesmente decorar fórmulas. 

Perceba que os fenômenos físicos, em sua maioria, podem ser observados em nosso dia a dia, facilitando assim a sua compreensão. Boa leitura e não se esqueça de revisar esse tema antes das provas!

Afinal, o que é dilatação volumétrica?

Trata-se do estudo dos efeitos decorrentes da variação de temperatura sofrida por diferentes tipos de corpos. Esse estudo é realizado pela Termologia, ramo da Física que se ocupa de analisar os fenômenos que envolvem temperatura e calor. 

A dilatação volumétrica se caracteriza pelo aumento de um corpo submetido a aquecimento térmico. Esse aumento acontece em três dimensões: altura, largura e comprimento. O aquecimento faz com que os átomos constituintes dos corpos se agitem, de forma a aumentar o espaço ocupado entre eles. É assim que os corpos se dilatam ou ficam inchados. 

Uma curiosidade é que não se recomenda encher totalmente o tanque dos veículos com combustível, pois o aumento da temperatura causará a dilatação volumétrica e, com isso, haverá vazamento. Em suma, a dilatação volumétrica se caracteriza pelo aumento de volume de um corpo que foi submetido a aquecimento. 

Se essa dilação ocorrer somente em uma dimensão, se tem a chamada dilatação linear. Podemos citar como exemplo o aquecimento de chapas ou placas de materiais diversos que apresenta a dilatação superficial apenas em uma área. Falaremos mais sobre a seguir no artigo. 

Conheça a fórmula da Dilatação Volumétrica

A seguir você poderá conferir a fórmula da dilatação volumétrica:

ΔV = V0 . . Δ

Nessa fórmula:

ΔV – Indica variação do volume; 

V0 – Indica o volume inicial; 

γ (gamma) – Refere-se ao coeficiente de dilatação volumétrica (esse valor depende do material); 

Δθ – Indica a variação de temperatura. 

Coeficiente de dilatação térmica volumétrica

Esse coeficiente é uma constante de proporcionalidade que diz respeito ao comportamento de um material submetido à variação de temperatura. Dessa forma, quanto maior for esse coeficiente, maior é a sensibilidade do corpo à variação de temperatura. 

O coeficiente de dilatação térmica volumétrica tem como unidade de medida: °C-1 ou então K-1. O coeficiente de dilatação volumétrica é equivalente a três vezes o coeficiente de dilatação linear . Então, temos:

γ = 3

Para entender melhor confira o exemplo abaixo:

O γ do alumínio é 7,2 x 10-5

O γ do aço é 3,6 x 10-5

Basicamente, isso quer dizer que os corpos feitos de alumínio aumentarão mais de volume quando submetidos a aquecimento do que os corpos feitos de aço nas mesmas condições. 

Dilatação dos Sólidos e dos Líquidos

O cálculo da dilatação demanda considerar o coeficiente dos materiais. Conforme o material de que são feitos, os corpos podem apresentar mais ou menos propensão à dilatação.

Como o líquido não possui forma, é essencial que esteja inserido em um recipiente sólido para que possa ter seu aumento de volume calculado. Isso permite medir a dilatação considerando a dilatação do sólido e a dilatação do líquido entre si. 

Os líquidos apresentam mais dilatação em comparação com os sólidos. Dessa forma, é provável que um recipiente que esteja quase cheio de água transborde depois de ter a sua temperatura elevada.

Essa água que transborda recebe o nome de dilatação aparente. Sendo assim, a dilatação volumétrica dos líquidos é equivalente à dilatação “aparente” do líquido somada à dilatação do sólido. Logo, temos: 

ΔV = Δ aparente + Δ sólido

Dilatação Linear e Dilatação Superficial

A dilatação térmica é classificada em três tipos sendo eles: linear, superficial e volumétrica. Esses nomes são dados às dimensões dilatadas. 

Dilatação Linear

Um corpo apresenta variação significativa de comprimento. Um exemplo disso é a dilatação dos fios pendurados em postes que podemos ver nas ruas. 

Exemplo

Para que fique mais claro, apresentaremos a resolução de um problema referente à dilatação linear, um conteúdo essencial nas provas de vestibular. 

Imagine um cubo metálico feito de um material que possui coeficiente de dilatação . Esse cubo possui seus lados igual a x. A temperatura a que esse cubo está submetido é de 25°C. Se essa temperatura for aumentada em 40%, qual será a variação que obteremos?

A temperatura inicial é de 25°C, com o aumento de 40% (0,4) temos como temperatura final:

25 + 25.0,4 = 25 + 10 = 35°C

Agora aplicaremos a fórmula da dilatação linear:

ΔV = V0 . γ . ΔT

ΔV = (x.x.x) . γ .(35 – 25)

ΔV = x3. γ .10

Lembrando que γ é igual a 3. temos:

ΔV = x3. 3.α .10

ΔV = 30 α.x3

Dilatação Superficial

O tamanho de um corpo varia na sua superfície, isto é, abrange comprimento e largura. Isso pode ser observado em uma placa de metal que foi submetida a aquecimento, por exemplo. 

Gostou de saber mais sobre a dilatação volumétrica? Acesse mais conteúdos de física e outros conteúdos no blog Hexag!