La dilatazione termica

LA DILATAZIONE TERMICA

Un corpo riscaldato si dilata, cioè aumenta di volume. Ecco perché quando non riesci ad aprire il coperchio di un barattolo puoi risolvere il problema mettendolo sotto il getto di acqua calda del rubinetto: il calore lo fa dilatare ed è più facile svitarlo. 

La dilatazione termica, cioè l’aumento di volume di un corpo riscaldato, è una conseguenza dell’aumento dell’agitazione termica delle molecole che, muovendosi di più, stanno più distanti tra loro e occupano più spazio. Non si tratta però di un cambiamento irreversibile; appena il corpo si raffredda torna al volume iniziale.
Se consideriamo le differenti forze di attrazione che esistono tra le molecole dei corpi nei diversi stati di aggregazione, e pensiamo alla loro diversa disposizione, è semplice intuire perché la dilatazione termica è via via maggiore passando dai solidi ai liquidi e agli aeriformi.
Nei solidi, infatti, abbiamo osservato che le molecole si attraggono reciprocamente con molta forza, che sono disposte in modo ordinato e che la loro possibilità di movimento è limitata a una vibrazione più o meno forte: l’aumento di agitazione termica causato dal riscaldamento può solo far aumentare l’intensità di questa vibrazione, senza che tra le molecole vi sia un allontanamento notevole. Per questo la dilatazione termica nei corpi solidi è piuttosto modesta. La possiamo comunque osservare, per esempio, in costruzioni di grandi dimensioni, come ferrovie o ponti di ferro: le barre metalliche di cui sono fatte queste strutture in alcuni punti vengono montate a qualche millimetro di distanza, in modo tale che, quando si scaldano sotto il Sole, si possano dilatare senza subire pericolose deformazioni.

Nei liquidi, invece, la dilatazione termica è maggiore, perché le forze di coesione sono più deboli e le molecole, tra loro più distanti, sono più libere di muoversi scorrendo le une sulle altre. Per questo, riscaldando un liquido si ottiene un incremento di volume considerevole: aumentando la loro agitazione termica, le molecole si muovono ancora più liberamente e occupano così uno spazio notevolmente maggiore.
Negli aeriformi, infine, l’aumento di volume conseguente al riscaldamento è ancora più evidente, perché tra le molecole non vi sono forze di attrazione e il loro movimento può avvenire in tutte le direzioni; un aumento dell’agitazione termica delle molecole comporta di conseguenza una dilatazione termica – che per gli aeriformi è detta espansione – ancora maggiore che nei liquidi.
Tutti i gas si espandono allo stesso modo, mentre tra i liquidi e tra i solidi ci sono materiali che si dilatano in modi diversi: per esempio, il legno e il ferro, o l’acqua e l’olio, con un uguale riscaldamento subiscono variazioni di volume differenti.