Dilatação volumétrica

A dilatação volumétrica é um tipo de dilatação térmica, nela considera-se o volume, ou seja essa dilatação ocorre nas três dimensões de um sólido (largura, comprimento e altura), ela é ocasionada pelo aquecimento da substância. Embora exista as divisões de dilatação térmica em linear, superficial e volumétrica, toda dilatação que existe na prática é necessariamente volumétrica.

A dilatação volumétrica pode ser calculada pela fórmula:

$dV=V0.\gamma .dT$

onde:
dV: variação do volume;
V0: volume inicial;
γ : coeficiente de dilatação volumétrica
dT: variação de temperatura;

Dilatação dos líquidos

Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos têm somente volume definido. Assim o estudo da dilatação térmica dos líquidos é feita somente em relação à dilatação volumétrica. Esta obedece a uma lei idêntica à dilatação volumétrica de um sólido, ou seja, a dilatação volumétrica de um líquido poderá ser calculada pelas mesmas fórmulas da dilatação volumétrica dos sólidos.

Coeficiente de dilatação volumétrico

Cada substância tem um coeficiente de dilatação próprio, esse pode variar ligeiramente com a temperatura, porém, na maioria dos casos, pode ser considerado constante. Podemos relacionar o coeficiente de dilatação linear e de dilatação volumétrica pela equação:

$\gamma =3\alpha$

Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos, medido em 1/°C (ou 1/K)

Substância	Coeficiente de Dilatação Volumétrico
Água	1,3 . 10-4
Mercúrio	1,8 . 10-4
Glicerina	4,9 . 10-4
Benzeno	10,6 . 10-4
Álcool	11,2 . 10-4
Acetona	14,9 . 10-4
Petróleo	10 . 10-4

Dilatação da água

Gráfico demonstrando o comportamento anômalo da água, quanto às suas propriedades de dilatação volumétrica

Em regra geral, ao se elevar a temperatura de uma substância, verifica-se uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 0°C a 4°C, contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira:

No estado sólido, os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em consequência disso, entre as moléculas, formam-se grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto macroscópico).

Quando a água é aquecida de 0°C a 4°C, as ponte de hidrogênio rompem-se e as moléculas passam a ocupar os vazios existentes, provocando, assim, uma contração. Portanto, no intervalo de 0°C a 4°C, ocorre, excepcionalmente, uma diminuição de volume.

Por causa desse comportamento anômalo da água, os lagos congelam de cima para baixo. Quando a água é resfriada entre 0 e 4°C, ela fica menos densa que a água que está abaixo dela, isso faz com que ela permaneça na superfície até se solidificar. Se isso não ocorresse, o gelo formado durante o inverno não derreteria totalmente durante o verão, pois uma camada de água o isolaria. Depois de algum tempo, alguns lagos ficariam congelados o ano inteiro, tornando a vida aquática impossível.