O que é expansão térmica?
Como resultado de mudanças de temperatura, a matéria muda de volume. Esse conceito é conhecido como expansão térmica. À medida que a substância aquece, as partículas dentro da matéria se movem, tornando-se mais ativas à medida que a temperatura aumenta. Essa atividade faz com que as partículas precisem de espaço adicional entre si, aumentando o tamanho de um material. A equação para descrever esse conceito é conhecida como coeficiente de expansão térmica e pode ser definida pelo fato de o grau de expansão ser dividido pela mudança de temperatura em um material.
O uso de certos materiais sólidos na construção e engenharia é um resultado direto dessa expansão térmica. A necessidade de os objetos manterem sua forma sem grandes distorções resulta na prática comum do uso de metais e plásticos. Por exemplo, um martelo precisa manter sua forma à medida que as temperaturas aumentam para evitar danos. Embora esse princípio seja geralmente verdadeiro com base no tipo de material utilizado, certas estruturas, como cristais, podem possuir diferentes coeficientes de expansão térmica, dependendo da forma.
Da mesma forma com o conceito de expansão térmica negativa, condições como frio extremo fazem com que os materiais se contraiam pelos motivos exatamente opostos à expansão térmica regular. Muitas vezes, outros materiais com diferentes coeficientes são necessários em conjunto com esses sólidos. Um exemplo seria uma janela, que precisa de acessórios de borracha para impedir a expansão e contração da armação de metal.
Quanto mais duro o material, menor a expansão térmica. Os líquidos se expandirão mais rapidamente do que os sólidos. Isso é causado pelo fato de que, à medida que a ligação de energia entre as partículas aumenta, a expansão térmica diminui nessas substâncias. Além disso, certos materiais mudam de tamanho devido à absorção ou dessorção de água ou solventes.
Um tipo de expansão conhecido como expansão anisotrópica pode ocorrer dentro de certos tipos de materiais. Isso significa que o sólido não se expandirá exatamente da mesma maneira em cada direção. Qualquer material com várias camadas, como grafite, geralmente se expande mais facilmente de maneira perpendicular às camadas do que verticalmente contra as camadas. Isso pode ser benéfico para os projetistas ao tentar fazer um encaixe que precisaria expandir em apenas uma direção quando exposto a mudanças de temperatura.