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ÉLIDA MIRANDA ARAÚJO - 01530008939 01. (PUC-SP) A tampa de zinco de um frasco de vidro agarrou no gargalo de rosca externa e não foi possível soltá-la. Sendo os coeficientes de dilatação linear do zinco e do vidro, respectivamente, iguais a 30.10-6 ºC-1 e 8,5.10-6ºC-1, como proceder? Justifique sua resposta. Temos à disposição um caldeirão com água quente e outro com água gelada. Compreendendo que os dois materiais apresentam coeficientes de dilatação diferentes, podemos compreender que uma solução mais adequada seria submeter a tampa do frasco a uma água em que a temperatura seja elevada, para que o zinco possa se dilatar nessa situação mais que o vidro, que apresenta menor coeficiente. Sendo assim, a tampa será solta do gargalo, certamente, em decorrência da dilatação. 02. (UEL-PR) O coeficiente de dilatação linear do aço é 1,1 x 10-5 ºC-1. Os trilhos de uma via férrea têm 12m cada um na temperatura de 0ºC. Sabendo-se que a temperatura máxima na região onde se encontra a estrada é 40ºC, o espaçamento mínimo entre dois trilhos consecutivos deve ser, aproximadamente, de: a) 0,40 cm b) 0,44 cm c) 0,46 cm d) 0,48 cm e) 0,53 cm Variação (L) = L.a.T L=12.(1,1x10-5).40 L=480.1,1.10^-5 L=528.10^-5 L=5,28.10^-3 L=0,00528 = 0,0053m = 0,53cm 03. (MACKENZIE) Ao se aquecer de 1,0ºC uma haste metálica de 1,0m, o seu comprimento aumenta de 2,0 . 10-2mm. O aumento do comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida inicial 80cm, quando a aquecemos de 20ºC, é: a) 0,23mm b) 0,32 mm c) 0,56 mm d) 0,65 mm e) 0,76 mm a fórmula para calcular dilatação é a seguinte: [Variação de tamanho] = [coeficiente de dilatação] * [variação de temperatura] * [tamanho original] Então pela primeira situação, temos: 0,02 = coeficiente * 1 * 1,0 donde tiramos que coeficiente de dilatação é = 0,02 mm/(C*m) então agora jogamos esse coeficiente na segunda situação, variação = 0,02 * 20 * 0,80 =0,32mm. 04. (UELON-PR) O volume de um bloco metálico sofre um aumento de 0,60% quando sua temperatura varia de 200ºC. O coeficiente de dilatação de dilatação linear médio desse metal, em ºC-1,vale: a) 1,0.10-5 b) 3,0.10-5 c) 1,0.10-4 d) 3,0.10-4 e) 3,0.10-3 ΔV = 0,006V0 Δθ = 200º C ΔV = V0γΔθ γ = ΔV/V0Δθ γ = 0,006V0/V0200 = 0,00003 α = β/2 = γ/3 α = γ/3 = 0,00003/3 = 0,00001 = 1 . 10-5 05. (UNIRIO) Um bloco de certo metal tem seu volume dilatado de 200cm3 para 206cm3, quanto sua temperatura aumenta de 20ºC para 520ºC. Se um fio deste mesmo metal, tendo 10cm de comprimento a 20ºC, for aquecido até a temperatura de 520ºC, então seu comprimento em centímetro passará a valer: a) 10,1 b) 10,2 c) 10,3 d) 10,6 e) 11,2 V = V0 + V0 × γ × Δθ 206 = 200 + 200 × γ × (520 – 20) 200γ × 500 = 206 – 200 100.000γ = 6 γ = 0,00006 γ = 3α 3a = 0,00006 a = 0,00002 L = L0 + L0 × a × Δθ L = 10 + 10 × 0,00002 × 500 L = 10 + 5000 × 0,00002 L = 10 + 0,1 L = 10,1 06. (UDESC) Um recipiente para líquidos com capacidade para 120 litros, é completamente cheio a uma temperatura de 10°C. Esse recipiente é levado para um local onde a temperatura é de 30°C. Sendo o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido igual a 1,2 x 10-3 (°C)-1 , e considerando desprezível a variação de volume do recipiente, a quantidade de líquido derramado em litros é: a) 0,024 b) 0,24 c) 2,88 d) 4,32 e) 5,76 - Um recipiente com capacidade de 120 litros; - Ti (temperatura inicial) de 10ºC; - Tl (temperatura local) 30ºC - Coeficiente de dilatação volumétrica é: 1,2x10^3. Então utilizando a fórmula: ∆V = (Vinicial . γ .∆T) Temos o seguinte resultado: V - 120.10^-3 = 120.10^-3 . 1,2 x 10^-3 . ( 30 - 10) V = 122,88 Litros Logo, o Volume derramado será de: 122,88 - 120 = 2,88 L. 07. (FEI) Um recipiente, cujo volume é de 1 000cm3 , a 0°C, contém 980cm3 de um líquido à mesma temperatura. O conjunto é aquecido e, a partir de uma certa temperatura, o líquido começa a transbordar. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação cúbica do recipiente vale 2,0 . 10-5 °C-1 e o do líquido vale 1,0 . 10 -3 °C-1 , pode-se afirmar que a temperatura no início do transbordamento do líquido é, aproximadamente: a) 6,0°C b) 12°C c) 21°C d) 78°C e) 200°C Dados do recipiente: 1000 cm³, 0 °C e 2 * 10^-5 °C^-1 Dados do líquido: 980 cm³, 0 °C e 10^-3 °C^-1 Para o líquido transbordar, ele tem que ter, no mínimo, o mesmo volume final do recipiente. Vamos ver quando isso ocorre. 1000 * (1 + 2 * 10^-5 * ΔT) = 980 * (1 + 10^-3 * ΔT) 1000 + 2 * 10^-2 * ΔT = 980 + 98 * 10^-2 * ΔT 96 * 10^-2 * ΔT = 20 ΔT = 20 / 96 * 10^2 = 20,83 ºC 08. (MACKENZIE) A massa específica de um sólido é 10,00g . cm-3 a 100°C e 10,03g . cm-3 a 32ºF. O coeficiente de dilatação linear do sólido é igual a: a) 5,0 . 10-6 °C-1 b) 10 . 10-6 °C-1 c) 15 . 10-6 °C-1 d) 20 . 10-6 °C-1 e) 30 . 10-6 °C-1 a massa é a mesma para qualquer temperatura — d=m/V — volume inicial — 10=m/Vo — Vo=m/10 — volume final — 32oF=0oC — 10,03=m/V — V=m/10,03 —32oF=0oC — V=Vo.(1 + γ(t – to)) — m/10,03=(m/10).(1 + γ(0 – 100) — 1/10.03=1/10 – 100γ/10 — 1003γ=0,03 — γ=2,99.10-5=3.10-5 oC-1 — α/1=γ/3 —α/1=3.10- 5/3 — α=1,0.10-5 oC-1 09. (ITA) Um bulbo de vidro cujo coeficiente de dilatação linear é 3 x 10-6 °C-1 está ligado a um capilar do mesmo material. À temperatura de -10,0°C a área da secção do capilar é 3,0 x 10- 4cm2 e todo o mercúrio, cujo coeficiente de dilatação volumétrico é 180 x 10-6 °C-1 , ocupa o volume total do bulbo, que a esta temperatura é 0,500cm3 . O comprimento da coluna de mercúrio a 90,0°C será: a) 270mm b) 257mm c) 285mm d) 300mm e) 540mm Variação da temperatura:T – To = 90 – (- 10) = 90 + 10 = 100Primeiro, temos que calcular o volume final do bulbo:Vb = Vob(1 + γb(T – To))Vb = Vob(1 + 3αb(T – To)) Vb = 0,5.(1 + 3.3.10⁻⁶.100)Vb = 0,5.(1 + 9.10⁻⁶.10²) = 0,5.1,0009 = 0,50045 cm³Agora o volume final do mercúrio:Vm = Vom(1 + γm.(T – To)Vm = 5.10⁻¹.(1 + 18.10⁻⁵.10²) = 0,509 cm³A área transversal final do capilar:Ac = Voc(1 + βb.(T – To))Ac = Voc(1 + 2αb(T – To))Ac = 3.10⁻⁴.(1 + 2.3.10⁻⁶.10²) = 3.10⁻⁴.(1 + 6.10⁻⁴) = 0,00003018 cm³Volume do mercúrio que transborda do recipiente:Vap = Vm – VbVap = 0,509 – 0,50045 = 0,0085 cm³ A altura da coluna de mercúrio é dada pelo razão entre a altura da coluna e a área do capilar:H = Vm AcH = 0,0085 = 28,4 cm ou 285 mm. 10. (UNIRIO) Um industrial propôs construir termômetros comuns de vidro, para medir temperaturas ambientes entre 1°C e 40°C, substituindo o mercúrio por água destilada. Cristóvão, um físico, se opôs, justificando que as leituras no termômetro não seriam confiáveis, porque: a) a perda de calor por radiação é grande; b) o coeficiente de dilatação da água é constante no intervalo de 0°C a 100°C; c) o coeficiente de dilatação da água entre 0°C e 4°C é negativo; d) o calor específico do vidro é maior que o da água; e) há necessidade de um tubo capilar de altura aproximadamente 13 vezes maior do que o exigido pelo mercúrio. Um coeficiente de dilatação volumétrica negativo faz com que a água sofra uma diminuição em seu volume enquanto sofre aumento de temperatura de 0 ºC e 4 ºC. 11) (UNIC –MT) Uma chapa de alumínio tem um furo central de 100cm de raio, estando numa temperatura de 12°C. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do alumínio equivale a 22.10-6°C-1, a nova área do furo, quando a chapa for aquecida até 122°C, será equivalente a qual valor em metros? A = Ao.(1 + β.ΔӨ) A = Л.r²..(1 + β.ΔӨ) A = Л.1².(1 + 44.10-6.110) A = Л.(1 + 0,00484) A = Л.(1,00484) A = 3,155 em valor aproximado. 12) (PUC-RIO 2007) Uma chapa quadrada, feita de um material encontrado noplaneta Marte, tem área A = 100,0 cm² a uma temperatura de 100 ºC. A uma temperatura de 0,0 ºC, qual será a área da chapa em cm²? Considere que o coeficiente de expansão linear do material é α = 2,0 x 10−3 / ºC. a) 74,0 b) 64,0 c) 54,0 d) 44,0 e) 34,0 A₀ = 100 cm² θ₀ = 100 °C θ = 0 °C α = 2,0∙10⁻³/°C (este é o LINEAR, nós temos que usar o SUPERFICIAL, pois é uma chapa quadrada!) β = 2∙α = 2∙2∙10⁻³ = 4∙10⁻³/°C A = ? A = A₀∙(1 + β∙∆θ) A = 100∙[(1 + 4∙10⁻³(0 – 100)] A = 100∙[1 – 4∙10⁻³∙100] A = 100∙[1 – 4∙10⁻¹] A = 100∙[1 – 0,4] A = 100∙0,6 A = 60 cm² Pois é, também deu 60 cm²! Agora vamos tentar de outro modo: A₀ = 100 cm2Área de um quadrado A = L² 100 = L₀(ao quadrado)L₀ = 10 cm L = L₀.(1 + α.∆θ) L = 10.[1 + 2∙10⁻³.(0 – 100)] L = 10.[1 – 2∙10⁻³.100] L = 10.[1 – 2∙10⁻¹] L = 10.[1 – 0,2] L = 10.0,8 L = 8 cm Área final: A = L (ao quadrado)A = 8 (ao quadrado)A = 64 cm2 13) Uma peça de ferro quadrada tem uma área total de 400cm2 . Após ter serrado a peça ao meio, ela foi submetida a uma temperatura superior, cujo aumento equivale a 30ºC. Sabendo que o coeficiente 5.10-6 qual será a área final dessa metade da peça? A área inicial (L0) é 200cm2, afinal a peça foi serrada ao meio A variação de temperatura é de 30ºC O coeficiente de dilatação (β) é 5.10-6 ΔA = A0.β.Δθ ΔA = 200.5.10-6.30 ΔA = 200.5.30.10-6 ΔA = 30000.10-6 ΔA = 0,03cm2 0,032cm2 é a variação do volume da área. Para sabermos o tamanho final da peça temos de somar a área inicial com a sua variação: A = A0+ΔA A = 200+0,032 A = 200,032cm2 14) Uma chapa, com área superficial de 5 m², é feita de um material cujo coeficiente de dilatação superficial é de 10.10-6 °C-1 . Calcule a variação da área superficial ao ser submetida a uma variação de temperatura de 100 °C. ΔS = ? S0 = 5 m² β = 10.10-6 oC-1 Δθ = 100 ºC Utilizaremos a fórmula da dilatação superficial: ΔS = S0.β.Δθ ΔS = 5 . 10.10-6 . 100 ΔS = 5000.10-6 ΔS = 0,005 m² 15) Um corpo sofre dilatação ao ser aquecido e contrai ao ser resfriado. Um corpo foi resfriado, passando de 800 °C para 50 °C. A superfície inicial do corpo media 40 m² e o coeficiente de dilatação superficial do corpo é de 90µ °C-1 . Calcule a variação da superfície do corpo. ΔS = ? ΔΘ = 50 – 800 = -750 °C β = 90µ °C-1 Si = 40 m² Agora é só substituir na fórmula da dilatação superficial. ΔS = Si x β x ΔΘ ΔS = 40 x 90µ x (-750) ΔS = -2700000 µ ΔS = -2,7 m² A superfície contraiu 2,7 m². (Resposta: -2,7 m²) 16) (Ufmg) Esta figura mostra um disco metálico de raio R com um orifício também circular, concêntrico, de raio r. À temperatura t =20°C, a relação entre esses raios é R=2r. À temperatura t‚=40°C, a relação entre os raios do disco R e do orifício r será: a) R = r b) R = 2r c) R = 3r d) R = 4r e) indefinida, porque depende do coeficiente de dilatação do material Pode-se fazer separadamente esse exercício, primeiramente dilatando a parte de dentro e depois a parte de fora Então temos para a parte de dentro ΔA = A0 x β x Δt A- A0 = A0 x β x Δt Área do circulo é π r² Então π r`² – π r0² = π r0² β x (40-20) Agora para a parte de fora ΔA = A0 x β x Δt A- A0 = A0 x β x Δt π R`² – π R0² = π R0² β x (40-20) como R0 = 2r0 π r`² – π r0² = π r0² β x 20 r`² = r0² β x 20 + r0² π R`² – π (2r0)² = π (2r0)² β x 20 R`² = (2r0)² β x 20 + (2r0)² R`² = 4r0² β x 20 + 4r0² Então (R`² / r`² ) = (4r0² β x 20 + 4r0²) / (r0² β x 20 + r0²) Cortanto r0 (R`² / r`² ) = (4 β x 20 + 4) / ( β x 20 + 1) (R`² / r`² ) = 4 R`² = 4 r`² Tirando a rais quadrada nos dois lados temos: R’ = 2 r’ 17) Sabe-se que um corpo contrai quando tem sua temperatura reduzida. Com base nessa informação, um corpo com 350 cm³ de volume a 90 °C é resfriado até atingir 10 °C. Qual será seu novo volume, sendo que o coeficiente de dilatação volumétrica do corpo é de 30µ °C-1? ΔV = ? ΔΘ = 10 – 90 = – 80 °C γ = 30µ °C-1 Vi = 350 cm³ Agora é só substituir na fórmula da dilatação volumétrica. ΔV = Vi x γ x ΔΘ ΔV = 350 x 30µ x (-80) ΔV = – 840000 µ ΔV = -0,84 cm³ Até aqui calculamos a variação do volume, mas a pergunta é qual o novo volume. Basta subtrair a variação do volume inicial. ΔV = Vf – Vi – 0,84 = Vf – (- 80) Vf = 80 – 0,84 Vf = 79,16 cm³ 18) Três litros de água, a 30ºC, foram colocados em uma panela de ferro e aquecidos até atingir a temperatura final de 90ºC. Desconsiderando a dilatação sofrida pela panela, calcule o volume da água, após o aquecimento, sabendo que seu coeficiente de dilatação volumétrica é γ = 1,3 . 10-4 ºC-1 . (Resposta: Vf = 3,0234 L) Vi = 3L ti = 30ºC tf = 90ºC γ =1,3 . 10-4 ºC-1. Usamos a fórmula: ΔV = Vi . γ (tf – ti) ΔV = 3. 1,3 . 10-4 . (90 – 30) ΔV = 3,9 . 10-4 . 60 ΔV = 234 . 10-4 ΔV = 0,0234 L O volume final é dado pela soma do volume inicial com a dilatação sofrida pela água: Vf = Vi + ΔV Vf = 3 + 0,0234 Vf = 3,0234 L 19) Um material de coeficiente de dilatação linear de 150µ °C-1 teve seu volume aumentado em 25 cm³. Qual era o volume inicial do material sabendo que ele sofreu uma variação de temperatura de 120 °C? ΔV = 25 ΔΘ = 120 °C α = 150µ °C-1 Vi = ? Tendo α vamos calcular γ. γ = 3α γ = 3×150µ γ = 450µ °C-1 Agora é só substituir na fórmula da dilatação volumétrica. ΔV = Vi x γ x ΔΘ 25 = Vi x 450µ x 120 Vi = Vi = 462,96 cm³ 20) Determine o coeficiente de dilatação volumétrica de uma porção de 1 m³ de líquido que sofre uma dilatação de 0,05 m³, quando aquecido de 25ºC para 225ºC. ΔV =0,5 VI=1 Δt=225-200 0,5=1.y.(225-200) Y=0,05/200=0,00025 Y=2,5.10^-4 21) (AFA) Um recipiente de vidro de 200 ml de volume está completamente cheio de mercúrio, e ambos se encontram a 30 °C. Se a temperatura do sistema líquido recipiente sobe para 90 °C, qual é o volume de mercúrio, em ml, que transborda do recipiente? Dados: γHg = 1,8 x 10 – 4 °C – 1 ; γvidro = 3,0 x 10 –5 °C – 1 a) 1,8 b) 2,6 c) 5,0 d) 9,0 Da dilatação volumétrica dos líquidos, sabemos que: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC. Substituindo na equação de dilatação volumétrica, teremos: V0 . γHg. ΔT = V0 . γVIDRO. ΔT + ΔVAP 200 . 1,8 x 10 – 4 . (90 – 30) = 200 . 3,0 x 10 –5 . (90 – 30) + ΔVAP 2,16 = 0,36 + ΔVAP ΔVAP = 1,8 ml 22) (Unifor-CE) Um recipiente de vidro de capacidade 500 cm3 contém 200 cm3 de mercúrio, a 0 °C. Verifica-se que, em qualquer temperatura, o volume da parte vazia é sempre o mesmo. Nessas condições, sendo γ o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio, o coeficiente de dilatação linear do vidro vale: a) 5 γ 6 b) 5 γ 3 c) γ 5 d) 2 γ 15 e) 15 γ Virec = 500 cm3 Vireal = 200 cm3 Para que o volume da parte vazia permaneça inalterado, a dilatação do recipiente deve ser igual à do mercúrio, assim temos: ΔVrec = ΔVreal → Virec . γrec . ΔT = Vireal . γreal. ΔT Como as variações de temperatura sofridas pelo recipiente e pelo mercúrio são as mesmas, podemos simplificar ΔT. Virec . γrec = Vireal. γreal 500. γrec = 200 γreal γrec=200γreal 500 γrec=2γreal 5 O coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente é o triplo do valor do coeficiente de dilatação linear, assim: γrec = 3 α 3α=2γreal 5 α=2γreal 15 23) Um frasco de vidro, cujo coeficiente de dilatação volumétrica é de 27.10-6 ºC-1 , apresenta uma capacidade térmica de 1000 ml, à temperatura de 20 ºC, e encontra se completamente preenchido por um líquido desconhecido. Ao aquecermos o conjunto até 120 ºC, 50 ml de líquido transbordam para fora do recipiente. Determine os coeficientes de dilatação aparente; o coeficiente de dilatação real do líquido; e a dilatação sofrida pelo frasco de vidro. Vamos calcular o coeficiente de dilatação aparente, paraisso, usaremos a fórmula seguinte: Usando os dados do exercício, faremos o seguinte cálculo: Em seguida, calcularemos o coeficiente de dilatação real do líquido. Para tanto, precisamos calcular qual foi a dilatação sofrida pelo frasco de vidro: Substituindo os dados fornecidos pelo enunciado do exercício, temos que resolver o seguinte cálculo: Com o cálculo acima, determinamos qual foi a dilatação sofrida pelo frasco de vidro. Dessa forma, para encontrarmos a dilatação real do líquido, basta somarmos o volume da dilatação aparente com o volume da dilatação do frasco: O resultado obtido na resposta acima indica que o líquido no interior do frasco sofreu uma dilatação real de 52,7 mL. Por fim, vamos calcular o coeficiente de dilatação real do líquido: Usando a fórmula anterior, calculamos o coeficiente de dilatação real da água igual a: 24) Um recipiente de vidro. com a capacidade de 3000cm³, está completamente cheio com líquido, a 0°C. O conjunto é aquecido até 100°C e observa-se que 15cm³ desse líquido extravasa do recipiente. Considerando-se o coeficiente de dilatação linear do vidro como sendo constante no referido intervalo térmico e igual a, qual o coeficiente de dilatação real desse líquido? O volume extravasado é a dilatação aparente do liquido ΔVap = 15cm³ A dilatação do recipiente y=3a y = 3*4*10^-6 = 12*10^-6 V=Vi*y*T V=3000*12*10^-6*100 V=36000*10^-6*100 V= 3600000*10^-6 V = 3,6cm³ 3,6+15=18,6 cm³ Vrea=Vi*yreal*T 18,6 =3000*yreal*100 18,6 =300000yreal 300000yreal= 18,6 yreal=18,6/ 300000 yreal= 0,000062 Yreal = 6,2*10^-5 ºC-¹ 25) Um recipiente de porcelana com a dimensão de 100cm3 está cheio de álcool à temperatura 0º C. Lembrando que o coeficiente da porcelana é 3.10-6 e do álcool é 11,2.10-4 , calcule a variação aparente do líquido após ser submetido ao aquecimento de 40º C. A área inicial (L0) é 100cm3 A variação de temperatura é de 40º C O coeficiente de dilatação (γ) da porcelana é 3.10-6 e do álcool é 11,2.10-4 ΔV = ΔV aparente + ΔV sólido ΔV = V0.γ aparente.Δθ + V0.γ sólido.Δθ ΔV = 100.11,2.10-4.40 + 100.3.10-6.40 ΔV = 100.11,2.40.10-4 + 100.3.40.10-6 ΔV = 44800.10-4 + 12000.10-6 ΔV = 4,48 + 0,012 ΔV = 4,492cm3 Você também pode resolver o exercício da seguinte forma: ΔV = V0. (γ aparente.Δθ +γ sólido).Δθ ΔV = 100. (11,2.10-4 + 3.10-6).40 ΔV = 100. (0,00112 + 0.000003).40 ΔV = 100.0,001123.40 ΔV = 4,492cm3 ÉLIDA MIRANDA ARAÚJO - 01530008939 b) 0,32 mm c) 2,88 c) 21 C b) 10 . 10-6 C-1 c) 285mm c) o coeficiente de dilatação da água entre 0 C e 4 C é negativo; b) 64,0 b) R = 2r d) 2 γ 15
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