Qual o nome científico processo em que um objeto aumenta de tamanho por causa do calor?

Dilatação Superficial é o aumento do volume de um corpo que compreende duas dimensões - comprimento e largura.

Esse processo decorre da exposição do corpo ao calor, fazendo com que os átomos se agitem e aumentem a distância entre eles, ou seja, se dilatem.

Exemplos:
1. Uma chapa de metal, cujo aumento de temperatura faz com que ela expanda em comprimento e em largura.
2. Um furo em uma placa, que aumenta de tamanho à medida que a placa é aquecida.

Como Calcular?

ΔA = A0.β.Δθ

Onde,

ΔA = Variação da área
A0 = Área inicial
β = Coeficiente de dilatação superficial
Δθ = Variação de temperatura

Coeficiente

Beta é o coeficiente de dilatação superficial. Ele é duas vezes maior que alfa (2α), que é o coeficiente da dilatação linear, uma vez que nesta a dimensão se reflete apenas em uma dimensão - o comprimento.

Dilatação Volumétrica e Dilatação Linear

Dependendo das dimensões dilatadas em um corpo, a dilação térmica também pode ser:

Linear: quando o aumento de volume do corpo compreende uma dimensão - o comprimento.

Volumétrica: quando o aumento de volume compreende três dimensões - comprimento, largura e profundidade. Por esse motivo, o coeficiente de dilatação volumétrica (gama) é três vezes maior que alfa, que é o coeficiente da dilatação linear (3α).

Saiba mais:

• Calor e Temperatura
• Calorimetria
• Dilatação Térmica

Exercícios Resolvidos

1. Uma peça de ferro quadrada tem uma área total de 400cm2. Após ter serrado a peça ao meio, ela foi submetida a uma temperatura superior, cujo aumento equivale a 30ºC. Sabendo que o coeficiente 5.10-6 qual será a área final dessa metade da peça?

Ver Resposta

Primeiro, vamos retirar os dados do enunciado:

• A área inicial (L0) é 200cm2, afinal a peça foi serrada ao meio
• A variação de temperatura é de 30ºC
• ​O coeficiente de dilatação (β) é 5.10-6

ΔA = A0.β.Δθ
ΔA = 200.5.10-6.30
ΔA = 200.5.30.10-6
ΔA = 30000.10-6
ΔA = 0,03cm2

0,032cm2 é a variação do volume da área. Para sabermos o tamanho final da peça temos de somar a área inicial com a sua variação:

A = A0+ΔA
A = 200+0,032
A = 200,032cm2

2. Há um furo no tamanho de 3cm2 numa das extremidades de uma placa cuja temperatura é de 40º C. Se a temperatura for elevada para o dobro, quanto será o aumento do furo considerando que o coeficiente é 12.10-6?

Ver Resposta

Primeiro, vamos retirar os dados do enunciado:

• A área inicial do furo (L0) é 3cm2
• A variação de temperatura é de 40º C, afinal ela foi aumentada para o dobro
• ​O coeficiente de dilatação (β) é 12.10-6

ΔA = A0.β.Δθ
ΔA = 3.12.10-6.40
ΔA = 3.12.40.10-6
ΔA = 1440.10-6
ΔA = 0,00144cm2

Temperatura é a grandeza física que mede o grau de agitação térmica, ou energia cinética, translacional, rotacional e vibracional dos átomos e moléculas que constituem um corpo. Quanto maior for a agitação das moléculas, maior será a sua temperatura.

Além disso, o estado físico da matéria está relacionado com sua temperatura. Na escala macroscópica, a agitação térmica afeta a velocidade, bem como as distâncias entre os átomos e moléculas de um corpo; desse modo, o efeitos percebidos são as mudanças de estado físico.

Veja também: Termologia – a parte da física que estuda o calor e seus efeitos sobre a matéria

O que é temperatura?

Temperatura é uma das grandezas fundamentais da física, medida em kelvin (K), de acordo com o sistema internacional de unidades. No entanto, existem diversas escalas de temperaturas, usadas para representar a agitação molecular, como a escala celsius (ºC) ou a fahrenheit (ºF), geralmente construídas com base nas mudanças de características que algumas substâncias apresentam a certas temperaturas, como seus pontos de fusão e ebulição.

Teoricamente, não existe um limite superior para a temperatura de um corpo, no entanto, existe um valor mínimo: 0 K, também conhecido como zero absoluto. Esse valor de temperatura corresponde ao estado de menor agitação térmica possível, no qual todos os átomos e até mesmo as partículas subatômicas devem encontrar-se estáticas, em completo repouso. Apesar de existir teoricamente, algumas imposições, como a terceira lei da termodinâmica, indicam que essa temperatura é simplesmente inalcançável.

A definição mais básica da unidade kelvin está diretamente relacionada à agitação molecular. A medida de1 K foi inicialmente definida como a fração de 1/273 da temperatura do ponto triploda água. Atualmente, a unidade de kelvin foi redefinida e escrita em termos da constante de Boltzmann. Hoje se entende que uma variação de 1 K é a mudança de temperatura capaz de provocar um aumento ou diminuição de energia interna igual a 1,380649.10-23 J, qual seja a substância.

Ao longo da história da termodinâmica, a temperatura já foi estudada e interpretada de maneiras distintas. Sua interpretação empírica, por exemplo, baseia-se exclusivamente na medida de propriedades físicas simples, como a altura de uma coluna de líquido. De acordo com essa interpretação, a temperatura relaciona-se com as mudanças dessas propriedades físicas, não obstante, tal compreensão não explica o que ela é de fato.

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A interpretação teórica da temperatura, muito mais complexa, é baseada nos conhecimentos da física estatística, da teoria cinética e da mecânica quântica. De acordo com os argumentos teóricos, a temperatura pode ser determinada com base em outras grandezas, como a energia interna e a entropia.

Veja mais: Energia térmica – o que é, fórmula e como funciona!

Escalas termométricas

As escalas termométricas são usadas para representar medidas de temperatura de acordo com propriedades físicas de diferentes materiais. A escala mais popular de todas, a escala celsius, por exemplo, baseia-se nos pontos de fusão (0 ºC) e ebulição da água (100 ºC).

Outra escala comum, usada em alguns países, é a escala fahrenheit. Essa escala foi criada com base em uma mistura de água, gelo e sal, em iguais proporções — a esse estado atribuiu-se a temperatura de 0 ºF. Ao estado em que havia iguais proporções de água e gelo, atribuiu-se a temperatura de 32 ºF. O terceiro ponto adotado por Daniel Fahrenheit foi o ponto de 96 ºF, correspondente à temperatura do corpo humano. Desse modo e até hoje, a escala Fahrenheit utiliza os pontos fixos de 32 ºF e 212 ºF, este correspondente à temperatura de fervura da água.

Observe a fórmula seguinte, nela se apresenta a relação que nos permite converter as diferentes escalas de temperatura, celsius, kelvin e fahrenheit, umas nas outras:

TC – temperatura em celsius

TF – temperatura em fahrenheit

TK – temperatura em kelvin

Caso tenha maior interesse no tema, leia nosso texto: Escalas termométricas.

Medidas de temperatura

A medida de temperatura só é feita quando se alcança o equilíbrio térmico. É por isso que devemos esperar certo tempo para aferirmos corretamente a temperatura do corpo humano, por exemplo. O instrumento utilizado para medir a temperatura é o termômetro.

Esse dispositivo é configurado com base em alguma propriedade física, como a altura de uma coluna de líquido, como o mercúrio ou, ainda, como a resistência elétrica de uma junção de lâminas metálicas. Esta última é usada em praticamente todos os termômetros eletrônicos.

Acesse também: Temperatura e velocidade das reações — no cotidiano e em gráficos!

Calor e temperatura

Calor e temperatura são grandezas físicas distintas, apesar de serem intimamente relacionadas. Enquanto a temperatura é a medida da energia cinética das moléculas, o calor é a energia transferida entre corpos, em virtude de uma diferença de temperatura. Em outras palavras, o calor é o fluxo de energia entre sistemas termodinâmicos, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico. Quer saber mais sobre esse tema? Leia nosso texto: Calor e temperatura.  

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