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.

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 $\Delta T$:

$$\Delta L=\alpha L_0\Delta T$$

Immagine presa da http://www.iisforlimpopoli.it/artusij/area-studenti/doc_view/839-bacchi-fisica-6temperaturaecalore.

Immagine presa da http://www.dacrema.com/fisica/Dilatazione%20termica.htm.

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.

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.

vedi anche:

ESPERIENZE: dilatazione_lineare
SCHEDA DIDATTICA: dilatazione_lineare_dei_metalli