aula0304 FISII

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Aula 03/04
Temperatura e calor
Referências: 
	capítulo 17 - Young e freedman 12ª edição
 	capítulo 21 - resnik, halliday, krane 5ª edição
Expansão térmica
Nada mais é que a variação nas dimensões de um corpo devido às variações de temperatura.
Expansão térmica
1. Dilatação linear em sólidos
α = coeficiente de dilatação linear
L0 = comprimento inicial da barra
ΔT = variação de temperatura (TF-T0)
ΔL = variação de comprimento (LF - L0)
L0, T0
LF, TF
LF > L0; TF > T0
Para calcular a variação de comprimento (no limite ΔT < 100oC)
Mas porque acontece a dilatação?
(sem entrar em detalhes...) quando a temperatura do corpo aumenta, há um aumento também na distância entre média entre os átomos aumenta; logo, há um aumento na dimensão.
Logo...
Expansão térmica
2. Dilatação em duas dimensões (sólidos, ΔT<100oC )
A área inicial é A0 = L02
Supondo que a dilatação é a mesma nas duas dimensões: 
Relembrando que LF = L0(1+αΔT):
muito pequeno
L0
LF
3. Dilatação em três dimensões (sólidos, ΔT<100oC )
A ideia é a mesma... 
Supondo que a dilatação é a mesma nas três dimensões e bla bla bla...
Chamando β = 3α (β = coeficiente de dilatação volumétrica)
Expansão térmica
IMPORTANTE: Alguns materiais dilatam de maneira diferente em diferentes direções. Isto ocorre quando há diferentes valores para o coeficiente de dilatação linear em diferentes direções.
A0
B0
AF
BF
Quando estas diferenças não existem, a variação ΔL nas três dimensões será igual. 
Expansão térmica
Objetos com um buraco
É um erro comum achar que o buraco contrai quando o corpo é aquecido...
Porém devemos lembrar que TODAS as dimensões dilatam quando o corpo é aquecido. Logo, o buraco também vai aumentar quando a temperatura aumentar. 
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Exemplo 17.4; Problema 17.19
Exemplo 17.4
Um frasco de vidro com volume igual a 200cm3 a 20oC está cheio de mercúrio até a borda. Qual é a quantidade de mercúrio que transborda quando a temperatura do sistema se eleva até 100oC? O coeficiente de dilatação linear do vidro é igual a 0,40x10-5K-1. O coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio é igual a 18x10-5K-1. (Resposta: 2,7cm3).
Problema 17.19
O diâmetro de uma moeda de um centavo de dólar americano é 1,9cm a 20oC. A moeda é feita com uma liga metálica (quase toda de zinco) cujo coeficiente de dilatação linear é igual a 2,6x10-5K-1. Qual seria o seu diâmetro a a) 48oC b) -53oC?