Dilatazione termica
Descrizione
La dilatazione termica è un fenomeno fisico che si realizza quando un corpo (liquido, gassoso o solido) aumenta di volume all'aumentare della temperatura. Tale aumento è causato dalla variazione dell'oscillazione degli atomi attorno al punto di equilibrio, che normalmente viene identificato con la lunghezza di legame. L'oscillazione non è simmetrica, ma è maggiore nel senso dell'allontanamento dal punto di equilibrio. A livello macroscopico, quindi, il materiale si dilata in risposta all'aumento di temperatura.
Tipi di dilatazione termica
Dilatazione lineare
La dilatazione lineare è un tipo di dilatazione termica che interviene sui corpi in cui la misura di una delle tre dimensioni è molto maggiore rispetto alle altre. La dilatazione lineare si calcola a partire dalla variazione di temperatura mediante il coefficiente di dilatazione lineare $\lambda$ del materiale.
Il fenomeno della dilatazione termica lineare, caratteristico di tutti i corpi solidi, consiste nell'allungamento di una sbarretta del materiale all'aumento della temperatura. Un'esperienza con cui si può verificare questo fenomeno è la seguente: si mette all'interno del recipiente concavo del pirometro dell'ovatta imbevuta di alcol, a cui, poi, si darà fuoco. La fiamma riscalderà la barretta di metallo posta sopra di essa, provocandone la dilatazione lineare secondo la legge:
$$l=l_0(1+\lambda)$$
in cui $l$ è la lunghezza finale, $l_0$ la lunghezza iniziale e $\lambda$ il coefficente di dilatazione lineare. La relazione della dilatazione lineare permette di calcolare la varazione di lunghezza di un corpo sottoposto ad una differenza di temperatura $\Delta T$:
$$\Delta L=\alpha L_0\Delta T$$

Dilatazione Volumica
Il fenomeno della dilatazione termica volumica, caratteristico di tutti i corpi solidi in cui tutte le dimensioni non sono trascurabili, consiste nell'aumento delle dimensioni del corpo dovuta all'esposizione del corpo ad una fonte di calore secondo la seguente legge:
$$V=V_0(1+3\lambda)$$
dove $V$ indica il volume finale e $V_0$ il volume iniziale.
Dilatazione dei gas
I gas, se scaldati, subiscono delle modifiche dal punto di vista macroscopico dovute alle loro caratteristiche microscopiche. È necessario considerare le condizioni alle quali il gas subisce il riscaldamento. È necessario considerare sia il volume che la pressione, che dipendono in particolare dal contenitore in cui è racchiuso il gas. Se per esempio il gas è contenuto in un recipiente chiuso non saranno possibili cambiamenti di volume e l’agitazione termica dovuta alla variazione di temperatura andrà ad agire sulla pressione. Se invece il contenitore è dotato di un pistone che si muove, la variazione di temperatura comporterà una variazione di volume mentre la pressione rimarrà per lo più costante.
Strumenti
Strumenti necessari | Descrizione |
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Pirometro a quadrante | Strumento utilizzato per la misurazione in gradi della dilatazione termica lineare di una sbarra di metallo |
Dilatometro lineare di precisione | Strumento utilizzato per dimostrare la dilatazione termica lineare di una sbarra di metallo |
Anello di Gravesande | Strumento utilizzato per la dimostrazione della dilatazione termica volumica di una sfera di metallo |
Apparecchio di Boyle e Mariotte | Apparecchio per determinare in via sperimentale il rapporto tra il volume e la pressione del gas a temperatura costante |
Sitografia
Link | Descrizione |
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Dilatazione termica | sito di “sapere.it” |
vedi anche:
ESPERIENZE: dilatazione_lineare
SCHEDA DIDATTICA: dilatazione_lineare_dei_metalli