Dilatationpeu profond est le nom donné au phénomène dans lequel il y a un augmentation de la superficie d'uncorps causée par une augmentation de la température. Ce type d'expansion se produit dans des corps à symétrie superficielle, tels que des planches, des plateaux de table, des planches, des carreaux, etc.
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La dilatation de la surface dépend de la coefficient de dilatation surfacique. Ce coefficient, dont l'unité est le °C-1, est fonctionnalité de chaque type de matériau, mais gardez une relation proportionnelle avec le coefficient de dilatation linéaire :
β — coefficient de dilatation superficielle (°C-1)
— coefficient de dilatation linéaire (°C-1)
Nous pouvons comprendre cette relation si nous voyons que dans la dilatation de surface il y a deux dilatationslinéaire: un pour le longueur et un autre pour le la taille du corps. Il est important de noter que la relation montrée ci-dessus n'est valable que pour les corps formés par substances pures et homogène.
Formule
Vérifiez la formule utilisée pour calculer le module d'expansion surfacique — la variation de la surface subie par un corps lorsqu'il est chauffé.
S — dilatation de surface (m²)
s0— surface initiale (m²)
β — coefficient de dilatation superficielle (°C-1)
T —variation de température (°C)
En plus de cette manière, nous pouvons calculer la dilatation de surface d'une autre manière, afin que nous puissions trouver directement la zone finale du corps, vérifiez:
s — surface finale (m²)
Dilatation thermique
Lorsqu'il est chauffé, le molécules des corps ont tendance à vibrer à des vitesses plus élevées, ce qui rend le dimensions macroscopiques des corps peuvent être modifié, quoique de façon minimale. Le phénomène par lequel un corps change de taille lorsqu'il est chauffé est appelé dilatationthermique.
Bien qu'il soit intuitif, il n'est pas vrai que tous les matériaux se dilatent lorsque leur température augmente, il existe des matériaux qui présentent coefficients de dilatation négatifs (tel que caoutchouc vulcanisé), c'est-à-dire que lorsque ces matériaux sont chauffés, leurs dimensions sont réduites.
La dilatation thermique est divisée en trois sous-types de dilatation: linéaire, peu profond et volumétrique. Ces types de dilatation se produisent ensemble, cependant, l'un d'eux sera plus important que les autres, selon la forme du corps.
Par exemple: en raison de sa forme, l'aiguille souffre plus dilatationlinéaire par rapport à d'autres formes de dilatation; une plaque de métal, à son tour, souffre plus dilatationsuperficiel, en raison de son format; les liquides et les gaz, qui occupent l'espace de leurs conteneurs, ont tendance à se dilater dans toutes les directions et, par conséquent, présentent dilatationvolumétrique.
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Dilatation des liquides
Les liquides peuvent subir une expansion volumétrique lorsqu'ils sont chauffés. Cependant, lors de l'étude de ce type de dilatation, il est important de considérer la expansion volumétrique des conteneurs où les liquides sont stockés.
En ce sens, on parle de dilatation apparente — la différence entre la dilatation subie par le liquide et par son contenant. Accédez à notre article et apprenez tout sur dilatation liquide.
Expérience
Il existe des expériences qui peuvent être faites rapidement et facilement, afin de visualiser le phénomène de dilatation superficielle. Découvrez quelques cas :
Matériel nécessaire :
1 plateau en polystyrène
1 pièce
1 bougie
allumettes
1 pince
1 stylo
1 ciseaux
Méthodologie:
Placez la pièce sur le plateau en polystyrène et décrivez-la avec le stylo. Après cela, découpez-le. Allumez la bougie et tenez la pièce avec la pince en la positionnant juste au-dessus de la flamme de la bougie. (être en présence d'un adulte pour réaliser ce type d'expérience).
Après quelques minutes, placez la pièce sur le plateau en polystyrène et vous remarquerez qu'elle aura rétréci en taille après avoir fait fondre le polystyrène. Pour comparer les tailles des pièces chauffées et froides, placez le trou produit par la pièce chauffée et le morceau de polystyrène qui a été découpé côte à côte.
Une autre expérience intéressante est d'avoir une jante et une sphère métallique avec un rayon légèrement plus grand que la jante. A température ambiante, la sphère ne pourra pas traverser la jante, cependant, lorsque nous chauffons la jante, sa surface interne augmente en raison de la dilatation thermique et la sphère pourra la traverser :
Une autre possibilité est d'essayer d'ouvrir un pot dont le couvercle est fixé en le chauffant, en agrandissant sa surface :
exercices résolus
Question 1) Une tôle rectangulaire de 0,05 m² a une température de 25º C lorsqu'elle est chauffée par la lumière du soleil, jusqu'à ce que sa température atteigne 75º C. Le coefficient de dilatation surfacique du matériau qui compose la tôle étant égal à 2.0.10-4 ºC-1, quelle sera la variation de la surface de cette plaque ?
a) 0,0575 m²
b) 0,0505 m²
c) 1 500 m²
d) 0,750 m²
e) 0,550 m²
Modèle: Lettre B
Résolution:
Pour trouver la surface finale de la tôle, nous utiliserons la formule d'expansion de surface suivante :
On va insérer, dans la formule, les données qui ont été fournies dans l'exercice :
Selon les données fournies par l'exercice, la surface finale de cette tôle sera de 0,505 m², la bonne alternative est donc la lettre B.
Question 2) Un matériau donné a un coefficient de dilatation linéaire de 1,5.10-5 °C-1, le coefficient de dilatation surfacique de ce même matériau est :
a) 0.50.10-5 °C-1
b) 0.75.10-5 °C-1
c) 3.0.10-5 °C-1
d) 4.50.10-5 °C-1
e) 0.40.10-5 °C-1
Modèle: Lettre Ç
Résolution:
Pour résoudre cet exercice, rappelez-vous simplement que deux corps de symétries différentes, mais faits d'une même substance pure, ont la relation suivante entre leurs coefficients de dilatation thermique :
Par conséquent, la bonne alternative est la lettre Ç.
Question 3) Un panneau de 0,4 m² et un coefficient de dilatation surfacique égal à 2,0.10-5 °C-1 est chauffé de 20º C à 200º C. Déterminez le pourcentage d'augmentation de surface pour cette plaque.
a) 0,36%
b) 35 %
c) 25%
d) 0,25%
e) 5%
Modèle: Lettre LES
Résolution:
Calculons d'abord le module de dilatation subi par la plaque en utilisant la formule de dilatation surfacique :
En utilisant les données fournies par l'exercice, nous devrons faire le calcul suivant :
Dans cette résolution, on calcule d'abord quelle a été la dilatation subie par la plaque. Ensuite, nous avons fait le rapport entre la surface finale de la plaque, qui est la somme de la surface initiale avec l'expansion de la plaque, par la surface initiale de la plaque. Après avoir multiplié la valeur obtenue par 100, on trouve le pourcentage de la nouvelle surface par rapport à la précédente: 100,036, c'est-à-dire: la surface de la plaque a augmenté de 0,36%.
Par moi Rafael Helerbrock
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm
