A dilatação volumétrica é caracterizada pelo aumento da dimensão das substâncias ao serem submetidas a um aumento de temperatura.
A dilatação volumétrica ocorre quando um corpo, com dimensões de altura, largura e profundidade, é submetido a um aumento de temperatura. Essa variação de temperatura causa aumento na agitação das moléculas, ou átomos, que constituem o material, fazendo com que elas ocupem maior espaço, elevando, assim, as dimensões desse corpo.
Observe a figura:
Esquema demonstrando a dilatação sofrida por um corpo após receber energia térmica (calor)
Na ilustração podemos ver que um corpo, com volume inicial V0 e temperatura T0, é submetido a uma fonte de calor, recebendo energia térmica. Essa energia causa variação da temperatura ΔT, e o corpo aumenta sua temperatura para T, elevando também o volume para V. A dilatação volumétrica ΔV é calculada pela fórmula:
ΔV = V0 . γ . ΔT
O γ é o coeficiente de dilatação volumétrica, que possui valor específico para cada substância. Ele corresponde ao triplo do coeficiente de dilatação linear α da mesma substância:
γ = 3α
A variação do volume, ou dilatação volumétrica, também pode ser calculada pela diferença entre o volume final e o volume inicial do corpo:
ΔV = V – V0
Essa equação pode ser relacionada com a equação anterior e utilizada para calcular o volume final da substância:
ΔV = V0 . γ . ΔT -----------> ΔV = V – V0
V – V0 = V0 . γ . ΔT
V = V0 + V0 . γ . ΔT
V = V0 (1 + γ . ΔT)
Dilatação volumétrica dos líquidos
Os líquidos, diferentemente dos sólidos, não possuem forma própria: eles adquirem a forma do recipiente que os contém. Isso porque as ligações moleculares dos líquidos são menos intensas do que nos sólidos e eles possuem maior liberdade de movimento. Sendo assim, não faz sentido calcular a dilatação linear e a superficial de substâncias líquidas, mas é muito útil conhecer a sua dilatação volumétrica.
O cálculo da dilatação volumétrica dos líquidos é feito de forma semelhante ao dos sólidos e utiliza a mesma equação. Porém, o coeficiente de dilatação volumétrica dos líquidos é maior do que o dos sólidos, por isso os líquidos dilatam-se mais.
Se o líquido está contido em um recipiente, quando ele for aquecido, haverá dilatação do recipiente e do líquido. Considere a situação:
Um recipiente cilíndrico feito de plástico foi aquecido e a água que havia nele transbordou. A quantidade de água derramada corresponde à dilatação aparente, pois o recipiente também se dilatou com o aumento de temperatura. Para sabermos a dilatação real sofrida pela água, devemos considerar também a dilatação do recipiente.
Sendo assim, a dilatação real de um líquido é calculada a partir da equação:
Δvlíq = Δvap + Δvrec.
As dilatações da equação anterior são calculadas pelas fórmulas:
Δvlíq = V0 . γlíq . ΔT
Δvap = V0 . γap . ΔT
Δvrec. = V0 . γrec . ΔT
Substituindo na equação anterior, teremos a expressão:
V0 . γlíq . ΔT = V0 . γap . ΔT + V0 . γrec . ΔT
Sendo o volume inicial e a variação de temperatura iguais e estando eles presentes em todas as parcelas da equação, podemos simplificá-la para obter a relação entre os três coeficientes de dilatação:
γlíq = γap + γrec
Aproveite para conferir a nossa videoaula sobre o assunto: