Termodinâmica - Expansão Térmica
Professor: Eduardo Campos dos Santos
Una
1o semestre - 2014
Exercícios
1. As tabela 17.1 e 17.2 do livro-texto exibem os coeficientes de dilatação linear e volumétrica para
diferentes substâncias. Em ambos os casos, os coeficientes são dados em K −1 ou o C −1 . Pode-se
considerar o mesmo valor tomando-se como unidade o F −1 ? Explique. Explique também porque as
dimensões (ou unidades) são as mesmas tanto para o coeficiente de dilatação linear como também para
os coeficientes de dilatação superficial e volumétrica.
2. Compare os coeficientes de dilatação linear das substâncias que aparecem na tabela 17.1. Qual a ordem
de grandeza de cada um? Considerando uma barra de um metro de comprimento, qual a ordem de
grandeza da variação de temperatura para que ocorra um aumento de um centímetro considerando os
materiais tabelados?
3. Um fio de cobre tem 8 metros de comprimento a 18o C. Determine seu comprimento quando aquecido
a 35o C. Dado: coeficiente de dilatação linear do cobre α = 17 × 10−6 o C −1 . Compare o valor do
coeficiente dado aqui com o que aparece na tabela 17.1 do livro-texto.
4. Uma régua de aço de coeficiente de dilatação linear α = 1, 1 × 10−5 o C −1 foi calibrada a uma certa
temperatura de tal modo que o erro máximo em cada divisão de milímetro é de 5 × 10−5 mm. Qual
é o intervalo máximo de temperatura em que essa régua pode ser usada, em torno da temperatura de
calibração, se se pretende conservar essa precisão?
5. Duas barras A e B têm, respectivamente, alturas de 1000 mm e 1001 mm a 20o C. Seus coeficientes
de dilatação linear são: αA = 3.0 × 10−5 o C −1 e αB = 1.0 × 10−5 o C −1 . Supondo que uma terceira
barra seja colocada sobre as duas primeiras, qual deve ser a temperatura do conjunto para que essa
terceira barra fique na posição horizontal.
6. Uma esfera de ferro de 10.00 cm de raio está apoiada sobre uma argola de alumínio de 9.99 cm de raio,
mantida na horizontal e a 0o C. Sendo o coeficiente de dilação volumétrica do ferro de 3.6 × 10−5 o C −1
e o coeficiente de dilatação superficial do alumínio de 4.8 × 10−5 o C −1 , determine a que temperatura
do conjunto a esfera cairá através da argola?
7. Uma chapa quadrada de ferro tem 1 m de lado a 10o C. Sabendo que o coeficiente de dilatação linear
do ferro é 12 × 10−6 o C −1 , calcule a área dessa chapa em um local cuja temperatura é de 35 o C.
8. Uma chapa de alumínio tem um furo central de 100 cm de raio. Ela está a uma temperatura de 12o C.
Determine a área do furo quando a chapa for aquecida até uma temperatura de 122o C. Considere o
coeficiente linear do alumínio α = 22 × 10−6 o C −1 .
9. (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 o C −1 e 8, 5 × 10−6 o C −1 , como proceder? Justifique sua resposta. Temos à disposição um
caldeirão com água quente e outro com água gelada.
10. Um frasco de vidro contém, quando cheio, 50 cm3 de mercúrio, à temperatura de 50o C. Considerando
o coeficiente de dilatação linear do vidro igual a 8, 0 × 10−6 o C −1 e o de dilatação volumétrica do
mercúrio igual a 1, 8 × 10−4 o C −1 , determine, em cm3 , a quantidade de mercúrio que transbordará do
recipiente se a temperatura for elevada a 100o C.
11. Explique a formação do gelo na superfície dos oceanos nas regiões polares. Porque o gelo não começa
a se formar a partir do fundo uma vez que, em geral, uma substância apresenta maior densidade na
fase sólida do que na fase líquida? Vale acrescentar que mesmo para a água observa-se um aumento
da densidade na medida em que ela é resfriada desde os 100o C a temperaturas muito baixas. Porque
esse comportamento no cogelamento da água é importante para a sobrevivência da vida marinha nas
regiões polares?
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