Dilatazione termica
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La dilatazione termica è il fenomeno fisico che accade quando in un corpo sia liquido, sia gassoso, sia solido si verifica un aumento di volume. A livello atomico, si spiega con la variazione dell'oscillazione degli atomi attorno ad un punto di equilibrio, che normalmente viene identificato con la lunghezza di legame. In realtà l'oscillazione non è simmetrica, ma è maggiore nel senso dell'allontanamento dal punto di equilibrio. A livello macroscopico ciò si traduce in un aumento del volume del materiale con l'aumento della temperatura. Come si desume dal nome, il materiale si dilata in risposta all'aumento di temperatura. Nel caso l'andamento di tale dilatazione in funzione della variazione di temperatura sia lineare (come è per la maggior parte dei materiali per piccole variazioni: vedi sviluppo in serie di Taylor) resta definito il coefficiente di dilatazione termica. Nei corpi solidi, avvengono tre tipi di dilatazione: dilatazione cubica, dilatazione lineare e dilatazione superficiale.
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[modifica] Dilatazione cubica
Nella dilatazione cubica, l'aumento del volume ΔV è direttamente proporzionale al volume iniziale V1 (che e` il volume a temperatura di 0 °C, tuttavia nel caso di un volume iniziale a temperatura t non uguale a zero l`errore che si commette e` molto piccolo) e l'incremento di temperatura 
- ΔV = kV1ΔT
dove k è il coefficiente di dilatazione cubica il quale esprime l'aumento di volume di 1m3 di un corpo quando la sua temperatura aumenta di 1 °C. Il volume finale si trova aggiungendo al volume iniziale V1 la dilatazione avvenuta.
- V2 = V1 + ΔV = V1 + kV1ΔT
- V2 = V1(1 + kΔT)
[modifica] Dilatazione superficiale
Nella dilatazione superficiale, l'aumento della superficie ΔS è direttamente proporzionale alla superficie iniziale S1 e l'incremento di temperatura
- ΔS = σS1ΔT
dove σ è il coefficiente di dilatazione superficiale. La superficie finale si trova aggiungendo a quella iniziale S1 la dilatazione avvenuta.
- S2 = S1 + ΔS = S1 + σS1ΔT
- S2 = S1(1 + σΔT)
[modifica] Dilatazione lineare
Nella dilatazione lineare, l'aumento della lunghezza del corpo Δl è direttamente proporzionale alla lunghezza iniziale l1 e l'incremento di temperatura
- Δl = λl1ΔT
dove λ è il coefficiente di dilatazione lineare. La lunghezza finale si trova aggiungendo a quella iniziale l1 la dilatazione avvenuta.
- l2 = l1 + Δl = l1 + λl1ΔT
- l2 = l1(1 + λΔT)
[modifica] Relazione tra i coefficienti di dilatazione cubica, superficiale e lineare
Tra i vari coefficienti k,σ,λ esiste un'interazione ossia:
- σ=2λ
- k=3λ
nel caso di materiali isotropi.
[modifica] Coefficienti di dilatazione termica dei solidi
Per un materiale, contrariamente a quanto si pensa, non esiste un solo coefficiente di dilatazione termica, ma ne esistono tanti quanti sono gli stati cristallini che può assumere il materiale (polimorfismo o allotropia).
[modifica] Coefficienti di dilatazione termica dei gas
Nei gas, differentemente dai solidi, a rigore non avrebbero senso parlare di dilatazione, poiché essi non hanno un volume proprio, ma occupano sempre tutto il recipiente che li contiene. Si parla quindi più propriamente di "espansione" del gas.
Quando si ha un innalzamento di temperatura, nei gas le molecole di muovono più velocemente, e aumentano il numero di urti delle molecole con le pareti del recipiente per unità di tempo, e di conseguenza si ha un aumento di pressione. Se riscaldiamo il gas in un recipiente chiuso avente una parete mobile, si nota che la parete si muove fino ad un certo punto, aumentando il volume del recipiente che racchiude il gas; si ha quindi nei gas un collegamento stretto tra volume e pressione; infatti le formule, anche se teoricamente diverse, portano ad un risultato coincidente. Si può scrivere:
- ΔV = αV1ΔT
oppure:
- Δp = αp1ΔT
dove α è il coefficiente di dilatazione dei gas ed è una costante fissa, qualsiasi sia il tipo di gas.
