Enter e aprender os melhores exemplos de Expansão Térmica e muito mais.
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• Definição de Expansão Térmica
• Exemplos de expansão térmica
• Aplicações
• Muito mais

Leitura…

Definição de expansão térmica

A maior parte das substâncias sólidas, líquidas e gases se expandem no aquecimento e se contraem no resfriamento. Suas expansões e contrações térmicas são geralmente pequenas e não são perceptíveis. Entretanto, estas expansões e contrações são importantes em nossa vida diária.

A energia cinética das moléculas de um objeto depende de sua temperatura. As moléculas de um sólido vibram com maior amplitude a uma temperatura alta do que a temperaturas baixas. Assim, no aquecimento, a amplitude da vibração dos átomos ou moléculas de um objeto aumenta. Elas se afastam mais umas das outras à medida que a amplitude das vibrações aumenta. A expansão térmica resulta num aumento no comprimento, largura e espessura de uma substância.

Vejamos agora o vídeo :

Qual é a diferença entre expansão térmica linear e expansão térmica de volume?

Expansão Térmica Linear em Sólidos

Tem sido observados que os sólidos expandem-se no aquecimento e a sua expansão é quase uniforme numa vasta gama de temperaturas. Considere uma haste metálica de comprimento L° a uma determinada temperatura T°. Deixe seu comprimento no aquecimento a uma temperatura T tornar-se L. Assim

Aumento no comprimento da haste = ΔL = L – L0

Aumento na temperatura = ΔT = T – T°

E constata-se que a alteração no comprimento ΔL do sólido é diretamente proporcional ao seu comprimento L° original, e a alteração na temperatura Δ T. Isto é

ΔL ∝ L0ΔT

ΔL =αL0ΔT …….(1)

L – L0=αL0ΔT

ou L =L0(1+αΔT) …..(2)

Where α é chamado de coeficiente de expansão térmica linear da substância. Da equação (1) obtemos

α = ΔL/L°ΔT

Coeficiente de expansão linear

O coeficiente de expansão linear ΔL de uma substância é o aumento da fração no comprimento por aumento de kelvin na temperatura.

Veja também: Escalas de temperatura

Coeficiente da fórmula de expansão linear

Below dada tabela de expansão térmica linear de alguns materiais:

Expansão térmica de volume

O volume de um sólido também muda com a mudança de temperatura e é chamado de expansão térmica de volume ou expansão térmica cúbica. Considere um volume inicial sólido de V°. Ao aquecer, o sólido a uma temperatura T, deixe seu volume tornar-se V, então

Mudança no volume de um sólido ΔV = V – V°

Mudança na temperatura ΔT = T – T°

Tal como a expansão linear, a mudança no volume ΔV é proporcional ao seu volume original V°, e a mudança na temperatura ΔT. Assim

ΔV ∝ V° ΔT

ΔV=βV° ΔT ……(3)

V – V°=βV° ΔT

V = V°(1 + βΔT)

Onde β é o coeficiente de temperatura de expansão do volume. Da equação (3) obtemos

β = ΔV/V° Δ

Coeficiente de expansão de volume

O coeficiente de temperatura de expansão de volume β é a mudança fracionada do seu volume por mudança de kelvin na temperatura.

Veja também: Energia Radiante

Coeficiente da fórmula de expansão volêmica

Os coeficientes de expansão linear e expansão volêmica estão relacionados pela equação:

β = 3 α

Valores de β para diferentes substâncias são dados na tabela:

Consequências de expansão térmica

Porquê espaços livres nas vias férreas? A expansão dos sólidos pode danificar as pontes, vias férreas e estradas, uma vez que elas estão constantemente sujeitas a mudanças de temperatura. Então, durante a expansão e contração com a temperatura, são feitas provisões para expansão e contração com a temperatura. Por exemplo, os trilhos ferroviários se dobram em um dia quente de verão devido à expansão se não forem deixados espaços entre as seções.

As pontes feitas de vigas de aço também se expandem durante o dia e se contraem durante a noite. Elas se dobrarão se as suas extremidades forem fixas. Para permitir que a viga térmica descanse sobre rolos na folga deixada para expansão.

Linhas de transmissão de cabeça são também dadas uma certa quantidade de flacidez para que possam se contrair no inverno sem estalar.

Aplicações da expansão térmica na vida diária

Expansão térmica é usada na nossa vida diária.

Termômetros

Nos termômetros, a expansão térmica é usada em medições de temperatura.

Remover tampas apertadas

Para abrir a tampa de uma garrafa que esteja suficientemente apertada, mergulhe nela água quente por um minuto ou mais. A tampa metálica se expande e se solta. Agora seria fácil virá-la para abrir.

Rivetar

Para unir bem as placas de aço, rebites vermelhos quentes são forçados através de furos nas placas. A extremidade dos rebites quentes é então martelada. Ao arrefecer, os rebites contraem-se e apertam bem as placas.

Fixar pneus de metal em rodas de madeira

As jantes de ferro são fixadas em rodas de madeira de carrinhos. As jantes de ferro são aquecidas. A expansão térmica permite-lhes deslizar sobre a roda de madeira. A água é derramada sobre ela para esfriar. O aro contrai-se e fica apertado sobre a roda.

Bimetálica Tira

Uma tira bimetálica consiste em duas tiras finas de metais diferentes, tais como latão e ferro unidos entre si. Ao aquecer a tira, o latão expande-se mais do que o ferro. Esta expansão desigual provoca a flexão da tira.

Tiras bimetálicas são utilizadas para diversos fins. Os termómetros bimetálicos são utilizados para medir a temperatura, especialmente em fornos e fornos. As tiras bimetálicas são utilizadas em termóstatos. Um termostato bimetal é usado para controlar a temperatura da bobina do aquecedor em um ferro elétrico.

Termostats

O termostato é um dispositivo regulador de calor que funciona com base no princípio de expansão térmica.
Fique ligado a nós para ver aplicações de expansão:

Exemplos de expansão térmica

Aqui estão alguns exemplos de expansão térmica na nossa vida diária.

• Fendas na estrada quando a estrada se expande com o aquecimento.
• Sacos em linhas eléctricas.
• Janelas de estrutura metálica precisam de separadores de borracha para evitar a expansão térmica.
• Juntas de expansão (como a junta de duas vias férreas).
• O comprimento da barra metálica fica mais longo no aquecimento.
• Os pneus rebentam em dias quentes quando cheios de ar devido à expansão térmica.

Expansão térmica de líquidos

As moléculas dos líquidos estão livres para se moverem em todas as direcções dentro do líquido. Ao aquecer um líquido, a amplitude média de vibração das suas moléculas aumenta. As moléculas empurram umas às outras e precisam de mais espaço para ocupar. A conta para a expansão do líquido quando aquecido. A expansão térmica em líquidos é maior que a dos sólidos devido às forças fracas entre as suas moléculas. Portanto, o coeficiente de expansão de volume dos líquidos é maior do que o dos sólidos.

Os líquidos não têm forma definida própria. Um líquido atinge sempre a forma do seu recipiente no qual é vertido. Portanto, quando um líquido é aquecido, tanto o líquido quanto o recipiente sofrem uma alteração no seu volume. Assim, existem dois tipos de expansão de volume térmico para líquido.

• Expansão de volume aparente
• Expansão de volume real

Expansão anómala da água

A água ao arrefecer abaixo de 4°C começa a expandir-se até atingir 0°C. Ao arrefecer mais, o seu volume aumenta subitamente à medida que se transforma em gelo a 0°C. Quando o gelo é resfriado abaixo de 0°C, ele se contrai, ou seja, seu volume diminui como os sólidos. Esta expansão incomum da água é chamada de expansão anômala da água.

Tópicos relacionados:

• Calor e temperatura
• Equilíbrio térmico
• Termômetros
• Termodinâmica
• Energia interna
• Convecção de calor