Dilatação superficial dos sólidos

Dilatação superficial é o fenômeno que provoca um aumento na área dos sólidos. Quando sujeitos a grandes variações de temperatura, alguns materiais, especialmente aqueles que apresentam coeficientes de dilatação superficial elevados, expandem-se, de modo que suas dimensões aumentam. Essa expansão depende diretamente da variação de temperatura e das dimensões iniciais do corpo, bem como do material que o compõe.

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Dilatação térmica

Dilatação térmica é o fenômeno em que um corpo, independentemente de seu estado físico, sofre um aumento em suas dimensões em razão de um aumento de temperatura. Existem ao todo três tipos de dilatação térmica:

• linear;

• superficial;

• volumétrica.

A dilatação linear é aquela em que ocorre um aumento no comprimento do corpo. Esse tipo de dilatação é comum nos objetos que apresentam simetria alongada, como fios, agulhas, estacas, pregos, etc.

A dilatação superficial acontece predominantemente em corpos que apresentam grandes superfícies, em comparação às suas outras dimensões. Alguns exemplos de objetos em que a dilatação superficial é mais significativa são chapas metálicas, asfalto, placas de concreto, calhas de zinco, etc.

A dilatação volumétrica ocorre nos corpos cujas dimensões sejam igualmente relevantes, como no caso dos fluidos. Líquidos são especialmente suscetíveis a esse tipo de dilatação, na qual os corpos se expandem igualmente em todas as direções. A dilatação volumétrica é observada em todos os tipos de gases e líquidos.

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Dilatação superficial dos sólidos

A dilatação superficial dos sólidos representa um aumento de área quando algum corpo sólido é sujeito a uma mudança de temperatura. A medida da dilatação superficial é diretamente proporcional:

• à área inicial (S₀) do corpo;

• ao coeficiente de dilatação superficial (β);

• à variação de temperatura à qual o corpo foi submetido.

A fórmula utilizada para calcular a dilatação superficial dos sólidos é a seguinte:

ΔS – dilatação superficial (m²)

S₀ – área inicial (m²)

β – coeficiente de dilatação superficial (ºC^-1)

ΔT – variação de temperatura (ºC)

É importante lembrar que o coeficiente de dilatação superficial (β) é igual ao dobro do coeficiente de dilatação linear (α), caso o corpo seja feito de uma substância pura e homogênea.

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Exercícios sobre a dilatação superficial dos sólidos

Questão 1) Com base em seus conhecimentos sobre o fenômeno da dilatação superficial, assinale a alternativa correta.

a) Na dilatação superficial, há um aumento no volume dos corpos.

b) Na dilatação superficial, há um aumento na área dos corpos.

c) Na dilatação superficial, há um aumento no comprimento dos corpos.

d) Na dilatação superficial, há um aumento na densidade dos corpos.

Resolução:

A dilatação superficial é caracterizada por um aumento na área dos corpos, portanto a alternativa correta é a letra B.

Questão 2) Determine qual é a dilatação térmica superficial sofrida por uma chapa de 1 m² cujo coeficiente de dilatação linear é de 1,5.10^-5 ºC^-1, quando submetida a uma variação de temperatura de 500 ºC.

a) 1,015 m²

b) 0,250 m²

c) 0,050 m²

d) 0,015 m²

Resolução:

Usando a fórmula da dilatação superficial, vamos calcular qual foi a dilatação sofrida pela chapa metálica, entretanto devemos, antes de fazer o cálculo, multiplicar o coeficiente de dilatação linear por 2. Confira o cálculo:

Com base no cálculo acima, descobrimos que a chapa metálica tem uma expansão superficial de 0,015 m², logo a alternativa correta é a letra D.