Dilatação térmica: Dilatação dos líquidos


Os líquidos, da mesma forma que os sólidos, passam por uma dilatação quando aquecidos. Para definir qual a dilatação que os líquidos sofreram, repetem-se as mesmas regras aplicadas aos sólidos. É importante evidenciar que os líquidos não possuem forma especifica, eles assumem o formato do recipiente. Desta forma, não faz sentido analisar a dilatação superficial ou linear, mas a dilatação volumétrica do receptáculo onde está o liquido.

Quando aquecido, o complexo líquido + recipiente vai dilatar. É claro que o recipiente que envolve o líquido sofrerá dilatação com o mesmo, no entanto esse apresentará somente dilatação aparente. A dilatação real sofrida pelo líquido é superior a dilatação aparente e é idêntica a soma da dilatação aparente e da dilatação do recipiente. As expressões que indicam a dilatação dos líquidos são:

?V = ?. V0. ?T

Dilatação dos líquidos

Onde ? é conhecido como coeficiente de dilatação volumétrica e pode ser determinado por meio do cálculo de dilatação aparente do líquido e da dilatação do recipiente, que podem ser determinadas da seguinte maneira:

– Dilatação do recipiente

?C = ?f. Vi. ?T

– Dilatação aparente

?Vap = ?ap. Vi. ?T

Como já mencionado anteriormente, a dilatação real sofrida pelo líquido é idêntica a soma dessas duas dilatações representadas acima. Ao realizar o somatório das duas dilatações é possível chegar a uma expressão que indique o coeficiente de dilatação volumétrica, como:

? = ?ap + ?f

Comportamento anômalo da água

Sabe-se que os líquidos e os sólidos quando aquecidos o seu volume é dilatado. No entanto, há certas substancias que em alguns períodos de temperatura sofrem o procedimento contrário, quando a temperatura é elevada eles reduzem o volume. Nesse período, essas substâncias possuem coeficiente de dilatação negativo.

A água é um exemplo dessa substância. Quando se aumenta a sua temperatura, entre 0°C e 4°C, seu volume reduz. Ao aumentar a temperatura para mais de 4°C ela volta a aumentar de novo. Esse evento acontece em países onde o inverno é muito severo. Nesses países, os rios e lagos congelam na superfície e a água de grande densidade encontra-se, a 4°C, embaixo da base de gelo. Esse é um evento muito importante para a flora e a fauna aquática, uma vez que sem esse desequilíbrio da água, as plantas aquáticas e os peixes morrem, gerando estragos ao meio ambiente.

Expressões usadas na dilatação dos líquidos

- Dilatação aparente

?Vap = V0. ?l. ??

Onde,

?Vap = mudança aparente de volume

V0 = volume inicial

?l = coeficiente de dilatação volumétrica do líquido

?? = mudança de temperatura

- Dilatação do recipiente

?Vrec = V0. ?rec. ??

Onde,

?Vrec = mudança de volume do recipiente

V0 = volume inicial

?rec = coeficiente de dilatação volumétrico do recipiente

?? = mudança de temperatura

- Dilatação real

?Vreal = ?Vap+ ?Vrec

Onde,

?Vreal = mudança real de volume

?Vap = mudança aparente de volume

?Vrec= mudança de volume do recipiente

- Coeficiente de dilatação real

?real = ?l + ?rec

Onde,

?real = coeficiente de dilatação volumétrica real

?l = coeficiente de dilatação volumétrica do líquido

?rec = coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente

Dilatação volumétrica

A dilatação volumétrica é um modelo de dilatação térmica onde se considera o volume, isto é, essa dilatação acontece nas três grandezas de um sólido, largura, comprimento e altura, gerada pelo aquecimento da substancia. Apesar de existir as separações de dilatação térmica em linear, volumétrica e superficial, toda dilatação que ocorre na prática é obrigatoriamente volumétrica.

A dilatação volumétrica pode ser determinada pela expressão:

dv = V0. ?. dt

Onde,

dv = mudança de volume

V0 = volume inicial

? = coeficiente de dilatação volumétrica

dt = mudança de temperatura

Coeficiente de dilatação volumétrico

Cada elemento tem um coeficiente de dilatação específico, esse pode mudar dependendo da temperatura, contudo, na grande parte dos casos, pode ser avaliado como estável. É possível associar o coeficiente de dilatação volumétrica e de dilatação linear pela expressão:

? = 3a

Abaixo, estão expressos os coeficientes de dilatação de certos líquidos, verificados em 1/°C:

Água: 1,3. 10-4

Mercúrio: 1,8. 10-4

Glicerina: 4,9. 10-4

Benzeno: 10,6. 10-4

Álcool: 11,2. 10-4

Acetona: 14,9. 10-4

Petróleo: 10. 10-4

O que é dilatação térmica?

Na termodinâmica, ramo da física que estuda as relações de calor, a dilatação térmica é a denominação dada ao crescimento do volume de um corpo promovido pela elevação da temperatura, o que gera a ampliação no ponto de movimentação de suas moléculas e, portanto, aumentando o espaço médio entre elas.

A dilatação acontece de maneira mais relevante nos gases, de maneira mediana nos líquidos e de maneira menos visível nos sólidos, sendo possível afirmar que:

Dilatação nos gases > Dilatação nos líquidos > Dilatação nos sólidos