A dilatação está bem presente no nosso dia a dia mesmo sem muita gente saber,
ela acontece, por exemplo, nos trilhos do trem, nos fios de energia, na chapa do
fogão a lenha, etc. o efeito da dilatação também está presente em alguns lugares
que não podemos notá-los como no caso dos termostatos. Por ser um efeito
muito presente, ele é um dos assuntos do currículo do segundo ano do ensino
médio. Dilatação ou expansão térmica é o nome dado quando ocorre um aumento
de volume de um corpo quando exposto a uma variação de temperatura, este
aumento pode ser o correr em uma, duas ou três dimensões dependendo das
características geométricas do corpo considerado. Vale ressaltar que a dilatação
sempre ocorre nas três dimensões ao mesmo tempo. Este aumento é explicado a
partir do entendimento de temperatura, sendo que esta é a medida do grau de
agitação das moléculas de um corpo. Quando um corpo recebe calor ocorre o
aumento da agitação das suas moléculas, sendo que a baixas temperaturas os
átomos vibram menos em sua estrutura molecular, portanto, a distância entre eles
é menor, devido à baixa amplitude de vibração, do que em temperaturas maiores.
Quando se eleva a temperatura da matéria, as suas moléculas passam a vibrar
com maior amplitude e aumenta a distância média entre os átomos, causando,
geralmente, o efeito de amplificação de dimensões, quando isso ocorre dizemos
que o corpo sofreu dilatação térmica e se reduzirmos a temperatura do material, a
amplitude de vibração diminuirá e ocorrerá uma contração térmica. A primeira
coisa que deve-se conhecer é o coeficiente de dilatação térmica, quando se fala
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de materiais isotrópicos pode-se usar as seguintes equações a variação das
dimensões de um corpo é diretamente proporcional ao seu tamanho inicial
(comprimento, área ou volume), à variação de temperatura experimentada, bem
como ao coeficiente de dilatação (linear, superficial ou volumétrico,
respectivamente) do material que constitui o corpo em estudo. Observando estas
proporcionalidades podem-se inferir os valores dos coeficientes de dilatação em
uma, duas ou três dimensões (símbolos alfa, beta e gama) que representam o
coeficiente de dilatação nas respectivas dimensões, sendo apenas o coeficiente
de dilatação linear do material multiplicado pelo número de dimensões. As
dilatações acontecem simultaneamente em todas as dimensões (quando material
é isotrópico), porém no caso de uma barra de ferro fina, a dimensão predominante
é o comprimento, assim analisamos apenas a dilatação linear do material, o
mesmo acontece para uma chapa de metal onde sua dimensão predominante é a
área, portanto analisaremos como sendo uma dilatação superficial, já se
analisarmos uma esfera maciça ou oca em aço, utilizaremos a dilatação
volumétrica. Todas as dilatações estão ligadas diretamente a variação de
temperatura, ao material (cada material possui um coeficiente de dilatação
térmica diferente) e às dimensões iniciais do material.
Para mostrar de forma mais efetiva estes efeitos de dilatação aos alunos, pode-se
realizar o experimento envolvendo dilatação em barra bimetálica, onde se pode
visualizar sua curvatura ao ser aquecida. Este experimento conta como os
seguintes materiais: prendedor de roupas (de madeira) ou grampo de placas;
lamparina a álcool ou vela; lâmina bi–metálica (componente de disjuntor elétrico)
e um Becker com água. O desenvolvimento experimental envolveu fixar a lâmina
bimetálica com grampo de placas ou prendedor de roupas de madeira, acender a
lamparina ou vela e posicionar a lâmina sobre a chama, aquecer a lâmina e
observar, e após mergulhar a lâmina na água fria. E complementando a
experiência, fazer o mesmo procedimento do outro lado da lâmina. Resfriar a
lâmina novamente na água e se necessário repetir o procedimento.
Depois de realizar o experimento é possível fazer com que os estudantes
concluam adequadamente, a partir das observações realizadas, através da
realização de algumas perguntas que devem ser abordadas, como: o que
aconteceu com a lâmina bi metálica ao ser aquecida; porque a lâmina se curva
sempre para o mesmo lado; entre outros questionamentos. Através deste
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experimento observou-se a dilatação em uma dimensão, bem como a diferença
de dilatação considerando materiais diferentes. A visualização do fenômeno
possibilita se alcançar uma melhor compreensão, e se os assuntos abordados
forem de aplicação cotidiana, pode-se fazer com que os alunos entendam os
fenômenos observados, assim sempre que virem algo poderão questionar se tal
fato aconteceu por certo motivo. Com a realização de atividades como a descrita
sucintamente neste trabalho, busca-se despertar a curiosidade dos alunos e fazer
como que eles pensem no quanto o fenômeno da dilatação está presente no dia a
dia.