dilatazionesuperficiale è il nome dato al fenomeno in cui c'è un aumento dell'area di acorpo causato da un aumento della temperatura. Questo tipo di espansione si verifica in corpi con simmetria superficiale, come piatti, piani di tavoli, tavole, piastrelle, ecc.
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La dilatazione della superficie dipende dalla coefficiente di espansione superficiale. Questo coefficiente, la cui unità è il °C-1, è caratteristica di ogni tipo di materiale, ma mantenere un rapporto proporzionale con il coefficiente di dilatazione lineare:
β — coefficiente di espansione superficiale (°C-1)
α — coefficiente di espansione lineare (°C-1)
Possiamo capire questa relazione se vediamo che nella dilatazione superficiale ce ne sono due dilatazionilineare: uno per il lunghezza e un altro per il altezza del corpo. È importante sottolineare che la relazione mostrata sopra è valida solo per i corpi formati da sostanze pure ed omogeneo.
Formula
Controlla la formula che viene utilizzata per calcolare il
modulo di dilatazione superficiale — la variazione dell'area subita da un corpo quando viene riscaldato.
S — dilatazione dell'area (m²)
S0— superficie iniziale (m²)
β — coefficiente di dilatazione superficiale (°C-1)
T —variazione di temperatura (°C)
Oltre a questo modo, possiamo calcolare la dilatazione superficiale in un altro modo, in modo da poter trovare direttamente l'area finale del corpo, controllando:
S — superficie finale (m²)
Dilatazione termica
Quando riscaldato, il molecole dei corpi tendono a vibrare a velocità più elevate, questo rende il dimensioni macroscopiche di corpi può essere cambiato, seppur minimamente. Il fenomeno per cui un corpo cambia dimensione quando riscaldato si chiama dilatazionetermico.
Nonostante sia intuitivo, non è vero che tutti i materiali si espandono all'aumentare della loro temperatura, ci sono materiali che presentano coefficienti di espansione negativi (ad esempio gomma vulcanizzata), cioè quando questi materiali vengono riscaldati, le loro dimensioni si riducono.
L'espansione termica è divisa in tre sottotipi di espansione: lineare, superficiale e volumetrico. Questi tipi di dilatazione si verificano insieme, tuttavia, uno di essi sarà più significativo degli altri, a seconda della forma del corpo.
Ad esempio: a causa della sua forma, l'ago soffre di più dilatazionelineare in relazione ad altre forme di dilatazione; una lastra di metallo, a sua volta, soffre di più dilatazionesuperficiale, a causa del suo formato; liquidi e gas, che occupano lo spazio dei loro contenitori, tendono ad espandersi in tutte le direzioni e, quindi, presenti dilatazionevolumetrico.
Guardaanche:Che cos'è l'entropia?
Dilatazione dei liquidi
I liquidi possono subire dilatazioni volumetriche se riscaldati. Tuttavia, quando si studia questo tipo di dilatazione, è importante considerare la espansione volumetrica dei contenitori dove sono conservati i liquidi.
In questo senso si parla di dilatazione apparente, la differenza tra la dilatazione subita dal liquido e quella del suo contenitore. Accedi al nostro articolo e scopri tutto su dilatazione del liquido.
Sperimentare
Ci sono esperimenti che possono essere fatti in modo rapido e semplice, al fine di visualizzare il fenomeno della dilatazione superficiale. Guarda alcuni casi:
Materiali necessari:
1 vassoio di polistirolo
1 moneta
1 candela
partite
1 pinza
1 penna
1 forbici
Metodologia:
Posiziona la moneta sul vassoio di polistirolo e delineala con la penna. Dopodiché, ritaglialo. Accendi la candela e tieni la moneta con le pinze, posizionandola appena sopra la fiamma della candela (essere in presenza di un adulto per eseguire questo tipo di esperimento).
Dopo alcuni minuti, posiziona la moneta sul vassoio di polistirolo e noterai che si sarà ridotta di dimensioni dopo aver sciolto il polistirolo. Per confrontare le dimensioni delle monete riscaldate e fredde, affianca il foro prodotto dalla moneta riscaldata e il pezzo di polistirolo che è stato tagliato.
Un altro esperimento interessante è avere un bordo e una sfera metallica con un raggio leggermente più grande del bordo. A temperatura ambiente, la sfera non potrà passare attraverso il cerchio, tuttavia, quando riscaldiamo il cerchio, la sua area interna aumenta a causa della dilatazione termica e la sfera potrà attraversarlo:
Un'altra possibilità è provare ad aprire una pentola che ha il coperchio attaccato scaldandola, facendo espandere la sua area:
esercizi risolti
Domanda 1) Una lamiera rettangolare di 0,05 m² ha una temperatura di 25º C quando viene riscaldata dalla luce solare, finché la sua temperatura raggiunge i 75º C. Il coefficiente di dilatazione superficiale del materiale che compone la lastra essendo pari a 2.0.10-4 ºC-1, quanto sarà la variazione nell'area di questa piastra?
a) 0,0575 m²
b) 0,0505 m²
c) 1.500 m²
d) 0,750 m²
e) 0,550 m²
Modello: Lettera B
Risoluzione:
Per trovare l'area finale della lamiera, utilizzeremo la seguente formula di espansione della superficie:
Inseriremo, nella formula, i dati che sono stati forniti nell'esercizio:
Secondo i dati forniti dall'esercizio, l'area finale di questa lamiera sarà 0,505 m², quindi l'alternativa corretta è la lettera B.
Domanda 2) Un dato materiale ha un coefficiente di espansione lineare di 1.5.10-5 °C-1, il coefficiente di dilatazione superficiale di questo stesso materiale è:
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
Modello: Lettera Ç
Risoluzione:
Per risolvere questo esercizio basta ricordare che due corpi con simmetrie diverse, ma realizzati della stessa sostanza pura, mantenere la seguente relazione tra i loro coefficienti di dilatazione termica:
Pertanto, l'alternativa corretta è la lettera Ç.
Domanda 3) Un pannello di 0,4 m² e coefficiente di dilatazione superficiale pari a 2.0,10-5 °C-1 viene riscaldato da 20º C a 200º C. Determinare la percentuale di aumento dell'area per quel piatto.
a) 0,36%
b) 35%
c) 25%
d) 0,25%
e) 5%
Modello: Lettera IL
Risoluzione:
Calcoliamo prima il modulo di dilatazione subito dalla piastra utilizzando la formula di dilatazione superficiale:
Utilizzando i dati forniti dall'esercizio, dovremo effettuare il seguente calcolo:
In questa risoluzione calcoliamo innanzitutto quale sia stata la dilatazione subita dalla placca. Successivamente, abbiamo fatto il rapporto tra l'area finale della lastra, che è la somma dell'area iniziale con l'espansione della lastra, per l'area iniziale della lastra. Dopo aver moltiplicato il valore ottenuto per 100, troviamo la percentuale della nuova area rispetto alla precedente: 100.036, ovvero: l'area del piatto è aumentata dello 0,36%.
Di Me. Rafael Helerbrock
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm
