DILATAZIONE TERMICA
La maggior parte delle sostanze quando subisce una variazione
di temperatura modifica anche il suo volume. Questo capita sia nei solidi che
nei liquidi e nei gas. È una proprietà delle sostanze nota come dilatazione
termica.
Ad esempio, consideriamo una stanza piena di aria. Quando l'aria che si
trova in prossimità del pavimento viene riscaldata, per la proprietà della
dilatazione termica, diventa meno densa e tende a salire verso il soffitto. Al
contrario, l'aria più fredda subisce maggiormente la forza di gravità e tende
a scendere verso il basso. Si creano così delle vere e proprie correnti d'aria
cicliche che vengono dette correnti convettive.
Questo genere di correnti si manifesta anche nei liquidi, come, ad esempio,
quando poniamo su un fornello acceso una pentola d'acqua. L'acqua che
viene a contatto più direttamente con la fonte di calore, cioè quella che sta in
prossimità del fondo, si riscalda e sale, mentre quella fredda scende dando
luogo a correnti convettive.
Questa caratteristica delle sostanze è da ricondursi alla teoria cinetica
molecolare, che sostiene che le particelle riscaldate hanno una maggiore
energia cinetica rispetto a quelle fredde. Infatti, muovendosi più velocemente,
le molecole lasciano attorno a sé degli spazi via via maggiori aseconda
dell'aumento della loro energia cinetica.
Della dilatazione termica delle sostanze si deve tenere conto quanto, ad
esempio, si costruiscono i binari dei treni o i ponti, in queste strutture, infatti,
devono essere lasciati degli spazi liberi, detti giunti di dilatazione, per
permettere alla materia di dilatarsi.
Si può parlare di tre tipi di dilatazione termica, a seconda che la dilatazione
interessi particolarmente una due o tre dimensioni del corpo che si dilata.
Nel caso di una barretta di ferro che si dilata, di questa aumenta
maggiormente la sua lunghezza (una dimensione), questo genere di
dilatazione è di tipo lineare.
Nel caso di una lamina che si dilata, sarà più facile osservare l'aumento
della sua superficie (due dimensioni), ovvero
parleremo di dilatazione superficiale.
Nel caso, infine, di un cubo di metallo, quando esso si dilata aumenta le
dimensioni della sua altezza, larghezza e lunghezza (tre dimensioni), ci
troviamo di fronte ad un tipo di dilatazione volumica o cubica.
Per calcolare la lunghezza di dilatazione di una barretta di ferro, possiamo
applicare la formula: . l-l0 = l0.t dove è una costante detta costante di
dilatazione lineare. Per la dilatazione superficiale avremo: . s-s0 = s0.t dove
con indichiamo la costante di dilatazione superficiale, e per la e per la
dilatazione volumica: . V-V0 = V0.t qui è la costante di dilatazione
volumica. Riscontriamo il fenomeno della dilatazione termica anche nei
liquidi, ma per questi, a differenza che nei solidi, non c'è un buon modello di
riferimento. È utile a questo scopo considerare un liquido come un solido
finemente tritato, le cui molecole si associano in piccoli gruppi. A parità di
temperatura, i liquidi si dilatano molto di più rispetto ai solidi. Questa
dilatazione vale per tutti i liquidi che hanno comportamento uguale, tranne
che per l'acqua, che ha un comportamento diverso. Infatti, l'acqua presenta,
fino alla temperatura di 4°C piccole particelle ghiacciate, che fanno
aumentare il suo volume reale. Queste piccole particelle ghiacciate si
fondono totalmente alla temperatura di 4°C, quindi, da una temperatura
molto bassa, ad esempio a 0°C, l'acqua presenta un volume che va
diminuendo fino a che essa non raggiunge la temperatura di 4°C. Dopo di
questo, il volume dell'acqua aumenta con l'aumentare della temperatura, si
verifica, cioè, il fenomeno della dilatazione termica esattamente come nelle
altre sostanze.
Roxana Balan e
Di Liberto Giovanna
2 EMO
10-05-2014
