Quase todo material sólido cresce ligeiramente quando aquecido e encolhe quando resfriado, porque os átomos dentro dele vibram mais (e se afastam ainda mais) em temperaturas mais altas. Essa pequena mudança por grau aumenta rapidamente em longos vãos de aço, concreto ou asfalto, e é por isso que os engenheiros projetam pontes, ferrovias, oleodutos e edifícios com espaço para movimentação.
Como funciona a calculadora de expansão térmica
A calculadora usa a fórmula de expansão térmica linear ΔL = αL₀ΔT para alterações de comprimento e as aproximações padrão de área (2α) e volume (3α) para expansão bidimensional e tridimensional. O coeficiente α é uma propriedade fixa do material — a guia Materiais lista valores típicos publicados para metais comuns, vidro, concreto, madeira e plástico, provenientes de referências padrão de propriedades de materiais de engenharia. Esses valores pressupõem uma mudança de temperatura moderada e uniforme; temperaturas extremas ou mudanças de fase (fusão, sublimação) estão fora deste modelo simples.
Entradas e o que elas significam
O tamanho original (L₀, A₀ ou V₀) é o comprimento, a área ou o volume antes da mudança de temperatura. As unidades são transferidas diretamente para o resultado, portanto, inserir metros fornece uma mudança em metros. O coeficiente (α) está sempre em /°C, independentemente da unidade escolhida para o tamanho, pois é um valor adimensional de mudança fracionária por grau. A mudança de temperatura (ΔT) aceita °C ou °F — uma mudança em Fahrenheit é automaticamente convertida usando o fator de escala delta 5/9 (não a conversão completa C=(F−32)×5/9, já que ΔT é uma diferença, não uma leitura absoluta). Um ΔT negativo calcula a contração.
Limites e casos extremos
As fórmulas de área e volume (2α, 3α) são aproximações de primeira ordem válidas para pequenos produtos α×ΔT típicos de materiais de engenharia (geralmente bem abaixo de 1% de mudança total de tamanho) — elas divergem ligeiramente do resultado exato em variações de temperatura muito grandes. Esta calculadora também assume materiais isotrópicos (expandindo-se igualmente em todas as direções); a madeira e alguns compósitos se expandem de maneira diferente ao longo de diferentes direções de fibra, portanto trate o coeficiente de madeira aqui como um valor aproximado ao longo da fibra. Para projetos estruturais críticos para a segurança, sempre consulte a folha de dados do fabricante do material e os códigos de engenharia aplicáveis, em vez de confiar apenas nos coeficientes de referência típicos.