Por que ocorre dilatação (aumento no volume) quando o material é submetido a um aumento na temperatura?

Passo 1

Beleza, então o enunciado pergunta “Por que ocorre dilatação (aumento no volume) quando o material é submetido a um aumento na temperatura?” Isso é conteúdo de termologia, mais especificamente de dilatação térmica. Para responder, vamos precisar entender como as partículas (átomos ou moléculas) de um corpo se comportam quando a temperatura sobe e depois usar as fórmulas básicas de dilatação.

Passo 2

Quando aquecemos um material, estamos fornecendo energia térmica. Na física, energia térmica é basicamente energia cinética das partículas. A cada aumento de temperatura, as partículas vibram e se movem com mais intensidade. Imagina uma região onde as bolinhas (átomos) já estão “apertadas” num arranjo: quando elas vibram mais, a distância média entre elas cresce. É essa expansão do “espaço” entre átomos que faz o tamanho do corpo aumentar.
Em resumo:
  • Temperatura ↑ → energia cinética média das partículas ↑
  • Partículas vibram mais forte → afastamento médio entre elas ↑
  • Afastamento ↑ → volume do material ↑

Passo 3

Para quantificar a dilatação linear (em um comprimento L₀) e volumétrica (em um volume V₀), usamos:
Dilatação linear:
De
Dilatação volumétrica:
De
onde
De é o aumento no comprimento,
De é o aumento no volume,
De é a variação de temperatura,
alpha é o coeficiente de dilatação linear,
beta é o coeficiente de dilatação volumétrica (e em geral beta approx 3,alpha para sólidos isotrópicos).
O que essas fórmulas dizem é que, quanto maior a temperatura, maior a energia cinética e maior o espaçamento entre partículas, resultando num aumento proporcional do volume.

Resposta

A dilatação acontece porque o aquecimento faz as partículas do material ganharem mais energia cinética, vibrarem mais e, assim, aumentarem a distância média entre si, o que se traduz num volume maior do corpo.

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