fisica

1.5 Expansão Térmica de Sólidos e Líquidos
Nossa discussão sobre o termómetro de líquido emprega uma das mudanças mais bem conhecidas que ocorrem na maioria das substâncias: quando a temperatura aumenta, o volume aumenta. Esse fenómeno, conhecido como expansão térmica, desempenha um papel importante em numerosas aplicações. Por exemplo, juntas de expansão térmica devem ser incluídas em edifícios, estradas, trilhos de estrada de ferro e pontes para compensar a mudanças nas dimensões que ocorrem com as variações da temperatura.
A expansão térmica global de um corpo é uma consequência da mudança na separação média entre seus átomos ou moléculas constituintes. Para compreender isso, considere como os átomos numa substância sólida se comportam. Esses átomos estão localizados em posições fixas de equilíbrio; se um átomo for afastado de sua posição, uma força de restauração o puxa de volta. Podemos construir um modelo estrutural no qual imaginamos que os átomos são partículas em suas posições de equilíbrio conectadas por molas com os átomos vizinhos. (Figura 1.9). Se um átomo for afastado de sua posição de equilíbrio, a distorção das molas fornece uma força de restauração.
Se o átomo for libertado, oscila, e podemos aplicar-lhe o modelo de movimento harmónico simples. Uma série de propriedades macroscópicas da substância pode ser compreendida com este tipo de modelo estrutural no nível atómico.
Na mecânica foi introduzido a noção de energia interna e foi dada a indicação de que ela depende da temperatura de um sistema. Para um sólido, a energia interna está associada com a energia cinética e potencial das vibrações dos átomos em torno de suas posições em equilíbrio. Em temperaturas ordinárias, os átomos vibram com uma amplitude de 10−11m, e o afastamento médio entre os átomos é de aproximadamente 10−10m. À medida que a temperatura do sólido aumenta, a separação média dos átomos aumenta. A experiência mostra que se a expansão térmica de um