DILATAZIONE TERMICA DEI SOLIDI
Supponiamo di avere dei solidi di forma diversa: un’asta lunga, una superficie o un cubetto di metallo. Come una variazione (ad es. positiva) di temperatura (ΔT = Tf – Ti) modifica questi solidi? Quello che si ottiene è una dilatazione termica dei solidi: è come se facessimo un “ingrandimento” dei solidi.
Ci sono tre tipologie di dilatazione termica:
- lineare: il corpo ha una sola dimensione molto maggiore delle altre e quindi la lunghezza del corpo avrà una dilatazione non trascurabile; la dilatazione lineare segue la legge: L = Li (1 + λ ΔT); λ si chiama coefficiente di dilatazione lineare e si misura in 1/K o 1/°C (dipende dall’unità di misura scelta per la temperatura che non cambia il risultato perché si tratta di una differenza di temperatura);
- superficiale: il corpo ha due dimensioni molto maggiori dell’altra e quindi la superficie del corpo avrà una dilatazione non trascurabile; la dilatazione superficiale segue la legge: S = Si (1 + σ ΔT); σ = 2λ si chiama coefficiente di dilatazione superficiale;
- volumetrica: il corpo ha tutte e tre le dimensioni non trascurabili e quindi il volume del corpo avrà una dilatazione non trascurabile; la dilatazione volumetrica segue la legge:: V = Vi (1 + α ΔT); α = 3λ si chiama coefficiente di dilatazione volumetrica.
Questi coefficienti dipendono dal tipo di materiale.
Il riferimento a un “ingrandimento” dell’oggetto è stato volutamente fatto perché molte volte gli allievi cadono nel seguente errore: se ho una superficie metallica con un buco, se avviene la dilatazione superficiale a seguito di aumento della temperatura, cosa succede a quel buco? Poiché il metallo si espande lo studente tende a rispondere che lo spazio vuoto nel metallo viene riempito tramite l’espansione del metallo vicino e, invece, il foro diventa più grande. Tale errore non si compie se si pensa alla dilatazione come ad un “ingrandimento”, ad esempio fatto con la fotocamera dello smartphone, dell’oggetto stesso.
Prof. Vito Egidio Mosca
