Não chore pelo leite derramado

Dilatação térmica dos líquidos

Não adianta chorar pelo leite derramado, quem nunca ouviu esta expressão, ou quem nunca se descuidou e derramou todo o leite por cima do fogão. Mas quando nos deparamos com tal situação, nos questionamos, quem também não?  Qual o motivo que faz com que o leite saia de seu estado inercial e vença a força gravitacional e derrame?

Para responder estes questionamentos, vamos retomar os conceitos de dilatação térmica do post da semana passada, onde ao aumentar a temperatura, elevasse o nível de energia média das partículas, com este aumento de energia, e com a maleabilidade dos líquidos, ocorre uma dilatação muito maior do que àquela que ocorre nos sólidos.
Os líquidos não apresentam forma própria, no entanto, eles se comportam termicamente como os sólidos, assim sendo, eles obedecem a uma lei idêntica à lei da dilatação linear. Contudo, para a dilatação dos líquidos considera-se apenas a dilatação térmica volumétrica.

Imagine um cubo à temperatura inicial ti e volume inicial Vi. Após aquecê-lo, o cubo passa a ter nova temperatura e novas dimensões, tf e Vf, dessa forma podemos dizer que a variação de temperatura, faz variar totalmente as dimensões do cubo.

É possível mostrar que a variação do volume é proporcional à variação da temperatura sofrida pelo cubo, matematicamente temos: ΔV = ViγΔt, onde γ é o coeficiente de dilatação volumétrica e equivale a três vezes o valor do coeficiente de dilatação linear (α), ou seja, γ = 3α. Contudo, como os líquidos são estudados dentro de recipientes sólidos, a medida desse coeficiente é determinada de forma indireta. Esta demonstração foi realizada no post anterior, por favor de uma olhadinha nele.Para determiná-la podemos fazer da seguinte forma:

Agora imagine um sólido que está completamente cheio de água a uma temperatura inicial (ti) e possui volume inicial (Vi)igual à capacidade volumétrica do recipiente (C).

Após aumentar a temperatura desse sistema, uma parte do líquido que está contido no recipiente transborda. O volume derramado corresponde à dilatação aparente (ΔVap) do líquido, e pode ser escrita da seguinte forma: ΔVap = γapViΔt. Onde o γap é denominado de coeficiente de dilatação térmica aparente do líquido.
A capacidade volumétrica do recipiente também varia, assim sendo, ele pode ser expresso por: ΔC = γfViΔt.
Para finalizar temos que a dilatação real que o líquido sofre é dada pela adição da dilatação aparente com a variação da capacidade volumétrica, observe:
ΔV = ΔVap + ΔC
Substituindo todos os dados na equação acima podemos concluir que o coeficiente de dilatação volumétrica é igual à soma algébrica do coeficiente de dilatação térmica aparente do líquido mais o coeficiente de dilatação térmica do recipiente, matematicamente temos:
γ = γap + γf

Dilatação Anômala (ou irregular da água)

Os sólidos e líquidos, em geral, têm seu volume aumentado conforme elevamos a temperatura. Entretanto existem algumas substâncias que em determinados intervalos de temperatura, apresentam um comportamento inverso, ou seja, diminuem de volume quando sua temperatura aumenta. Assim essas substâncias têm o coeficiente de dilatação negativo nesses intervalos.
Um exemplo destas substâncias é a água, que apresenta essa anomalia no intervalo de 0ºC a 4ºC, isto é, neste intervalo de temperatura o volume da água diminui após 4ºC ela se dilata normalmente como todos os líquidos. À isso chamamos de dilatação anômala da água.
É por este motivo que, em alguns países onde o inverno é rigoroso, os lagos e rios se congelam apenas na superfície, enquanto que, no fundo, encontra-se a água de máxima densidade, isto é, água a 4ºC. Este fato é fundamental para a preservação da fauna e flora destes lugares. Se a água não apresentasse esta irregularidade na dilatação, os rios e lagos se congelariam totalmente, causando danos irreparáveis as plantas e animais aquáticos.

Na próxima semana vamos retomar estes pontos, que podem dilatar suas noas no vestibular. Abraços

Estudante de Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Atualmente mora em Londrina. É um dos responsáveis pela fundação do EducaHelp, plataforma de desenvolvimento de conteúdos para Pré-Vestibular.
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Lucas Montini

Estudante de Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Atualmente mora em Londrina. É um dos responsáveis pela fundação do EducaHelp, plataforma de desenvolvimento de conteúdos para Pré-Vestibular.

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