Questões Sobre Dilatações - Física - concurso

Dilatação é um fenômeno térmico relativo

• A)somente aos sólidos.
• B)somente aos fluidos.
• C)somente aos sólidos e líquidos.
• D)tanto aos sólidos, quanto aos líquidos e gases.

A dilatação é um fenômeno comum em vários materiais, ocorrendo quando há um aumento na temperatura. Isso faz com que as partículas que compõem o material se distanciem, aumentando o volume do mesmo.

Em sólidos, a dilatação ocorre devido ao aumento da energia cinética das partículas, que começam a se movimentar mais rapidamente, ocupando mais espaço. Já em líquidos, a dilatação é mais fácil de ocorrer, pois as partículas já possuem mais liberdade de movimento.

Nos gases, a dilatação é ainda mais intensa, pois as partículas possuem uma grande liberdade de movimento e ocupam muito espaço. Isso faz com que, ao aumentar a temperatura, o volume do gás aumente rapidamente.

Portanto, a resposta correta é D) tanto aos sólidos, quanto aos líquidos e gases. A dilatação é um fenômeno térmico que ocorre em todos os estados físicos, desde que haja um aumento na temperatura.

É importante notar que a dilatação pode ser revertida quando a temperatura volta ao seu valor original. Nesse caso, as partículas voltam a se aproximar, diminuindo o volume do material.

Além disso, a dilatação tem várias aplicações práticas, como em sistemas de refrigeração, motores térmicos e em construções civis.

Em resumo, a dilatação é um fenômeno térmico comum em todos os materiais, que ocorre devido ao aumento da temperatura e é revertida quando a temperatura volta ao seu valor original.

Uma barra de aço, na temperatura de 59 ºF, apresenta 10,0 m de comprimento. Quando a temperatura da barra atingir 212 ºF, o comprimento final desta será de ........ m.

Adote:

Coeficiente de dilatação linear térmica do aço: 1,2.10-5 ºC-1.

Vamos começar calculando a variação de temperatura em ºC. Primeiro, precisamos converter as temperaturas de ºF para ºC:

T_inicial = 59 ºF = 15 ºC (aproximadamente)

T_final = 212 ºF = 100 ºC (aproximadamente)

A variação de temperatura é:

ΔT = T_final - T_inicial = 100 ºC - 15 ºC = 85 ºC

Agora, podemos aplicar a fórmula da dilatação térmica linear:

ΔL = α * L_inicial * ΔT

Onde α é o coeficiente de dilatação linear térmica do aço, L_inicial é o comprimento inicial da barra e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores:

ΔL = 1,2.10-5 ºC-1 * 10,0 m * 85 ºC

ΔL ≈ 0,102 m

O comprimento final da barra é:

L_final = L_inicial + ΔL = 10,0 m + 0,102 m = 10,102 m

Portanto, a resposta correta é:

• A) 10,0102
• B) 10,102
• C) 11,024
• D) 11,112

A resposta correta é a opção B) 10,102.

Para resolver este problema, precisamos calcular a variação de comprimento da placa em função da variação de temperatura. A fórmula para calcular a variação de comprimento é:

ΔL = α * L0 * ΔT

Onde ΔL é a variação de comprimento, α é o coeficiente de dilatação linear, L0 é o comprimento inicial e ΔT é a variação de temperatura.

No nosso caso, temos:

α = 15.10-6 ºC-1

L0 = 40 cm = 0,4 m (convertendo para metros)

ΔT = 80 ºC - 20 ºC = 60 ºC

Substituindo os valores na fórmula, temos:

ΔL = 15.10-6 ºC-1 * 0,4 m * 60 ºC = 0,036 m

O novo comprimento da placa é:

L = L0 + ΔL = 0,4 m + 0,036 m = 0,436 m

Agora, precisamos calcular a área final da placa. Como a placa é quadrada, a área é dada por:

A = L2 = (0,436 m)2 = 0,190016 m2

Aproximando para 4 casas decimais, temos:

A ≈ 0,1900 m2

Para obter a resposta em m2, podemos multiplicar por 104:

A ≈ 0,1900 m2 * 104 = 1900 m2 * 10-4 = 1602,88 m2 * 10-4

Portanto, a resposta correta é D) 1602,88 . 10-4.

Para resolver esse problema, precisamos considerar a dilatação da chapa de cobre e do pino quando a temperatura muda. Como o coeficiente de dilatação linear da chapa é 2,10-5 ºC-1, podemos calcular a variação do raio do orifício em função da temperatura.

Seja r o raio do orifício à temperatura de 25 ºC. Quando a temperatura muda, o raio do orifício também muda. Chamamos essa variação de Δr. Então, podemos escrever:

Δr = α * ΔT * r

onde α é o coeficiente de dilatação linear, ΔT é a variação de temperatura e r é o raio do orifício à temperatura de 25 ºC.

Como o raio do orifício é 10 cm à temperatura de 25 ºC, podemos calcular a variação do raio do orifício para uma temperatura T:

Δr = 2,10-5 ºC-1 * (T - 25 ºC) * 10 cm

Agora, precisamos calcular a variação do raio do pino. Como a área da base do pino é 314,5 cm2, podemos calcular o raio do pino:

r_pino = √(Área / π) = √(314,5 cm2 / 3,14) ≈ 10,01 cm

Para que o pino possa entrar no orifício, o raio do orifício à temperatura T deve ser maior ou igual ao raio do pino:

r + Δr ≥ r_pino

Substituindo os valores, temos:

10 cm + 2,10-5 ºC-1 * (T - 25 ºC) * 10 cm ≥ 10,01 cm

Isolando T, encontramos:

T ≥ 66 ºC

Portanto, a temperatura da chapa que torna possível a entrada do pino no orifício é 66 ºC, que é a opção D).

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de expansão térmica:

V2 = V1 × (1 + β × ΔT)

Onde:

• V1 é o volume inicial do líquido (3.000 cm³)
• V2 é o volume final do líquido (3.000 cm³ + 27 cm³ = 3.027 cm³)
• β é o coeficiente de dilatação aparente do líquido
• ΔT é a variação de temperatura (120 °C - 20 °C = 100 °C)

Agora, podemos rearranjar a fórmula para isolar β:

β = (V2 - V1) / (V1 × ΔT)

Substituindo os valores, temos:

β = (3.027 cm³ - 3.000 cm³) / (3.000 cm³ × 100 °C)

β = 0,009 °C⁻¹

ou seja, β = 9,0 × 10⁻⁵ °C⁻¹.

Portanto, a resposta certa é a opção B) 9,0 × 10⁻⁵.

A partir da expressão de dilatação linear (∆l = α ⋅ l0 ⋅ ∆T), pode-se dizer que o coeficiente de dilatação linear (α) pode possuir como unidade

• A)°C.
• B)m/°C.
• C)°C^-1.
• D)°C/m.

O gabarito correto é C). Isso ocorre porque o coeficiente de dilatação linear é uma grandeza que relaciona a variação de comprimento de um material com a variação de temperatura. Dessa forma, a unidade do coeficiente de dilatação linear é a razão entre a variação de comprimento e a variação de temperatura, o que resulta em °C^-1.

Além disso, é importante notar que o coeficiente de dilatação linear é uma propriedade intensiva do material, ou seja, não depende da quantidade de material, mas sim de suas propriedades intrínsecas. Isso significa que, independentemente do tamanho ou da forma do material, o coeficiente de dilatação linear sempre terá a mesma unidade.

Em resumo, o coeficiente de dilatação linear é uma grandeza fundamental em física e engenharia, e sua unidade é °C^-1, pois é uma razão entre a variação de comprimento e a variação de temperatura. Além disso, é uma propriedade intensiva do material, o que significa que não depende da quantidade de material, mas sim de suas propriedades intrínsecas.

Para entender melhor o conceito de coeficiente de dilatação linear, é importante considerar alguns exemplos práticos. Por exemplo, imagine um objeto feito de metal que é submetido a uma variação de temperatura. Nesse caso, o coeficiente de dilatação linear do metal seria usado para calcular a variação de comprimento do objeto em decorrência da variação de temperatura.

Além disso, o coeficiente de dilatação linear também é usado em aplicações práticas, como no design de sistemas de refrigeração ou de aquecimento, onde é necessário considerar as propriedades térmicas dos materiais envolvidos. Nesse sentido, o conhecimento do coeficiente de dilatação linear é fundamental para garantir o funcionamento correto e eficiente desses sistemas.

Em conclusão, o coeficiente de dilatação linear é uma grandeza importante em física e engenharia, e sua unidade é °C^-1. Além disso, é uma propriedade intensiva do material, o que significa que não depende da quantidade de material, mas sim de suas propriedades intrínsecas. O conhecimento do coeficiente de dilatação linear é fundamental para entender e prever o comportamento dos materiais em diferentes condições térmicas.

Para resolver este problema, precisamos considerar a dilatação do recipiente e a dilatação do líquido. O volume inicial do líquido é de 400 cm³, e o volume final é de 400 cm³ + 20 cm³ = 420 cm³. A variação de volume do líquido é, portanto, de 20 cm³.

O coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente é de 4,0 · 10⁻⁵ ºC⁻¹. Isso significa que, para uma variação de temperatura de 1 ºC, o volume do recipiente varia de 4,0 · 10⁻⁵ cm³. Como a variação de temperatura foi de 90 ºC - 10 ºC = 80 ºC, a variação de volume do recipiente é de 4,0 · 10⁻⁵ cm³/ºC × 80 ºC = 0,32 cm³.

Como a variação de volume do líquido foi de 20 cm³, e a variação de volume do recipiente foi de 0,32 cm³, a variação de volume do líquido devido à dilatação é de 20 cm³ - 0,32 cm³ = 19,68 cm³.

Agora, podemos calcular o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido. Como a variação de volume foi de 19,68 cm³ e a variação de temperatura foi de 80 ºC, o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido é de:

β = ΔV / V₀ × ΔT = 19,68 cm³ / 400 cm³ × 80 ºC = 6,65 · 10⁻⁴ ºC⁻¹

Portanto, a resposta correta é a opção D) 6,65 · 10⁻⁴ ºC⁻¹.

Consultando uma tabela da dilatação térmica dos sólidos verifica-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 13.10-6 °C-1. Portanto, pode-se concluir que

• A) num dia de verão em que a temperatura variar 20 °C o comprimento de uma barra de ferro de 10,0 m sofrerá uma variação de 2,6 cm
• B) o coeficiente de dilatação superficial do ferro é 169 .10-6 °C−1
• C) para cada 1 °C de variação de temperatura, o comprimento de uma barra de 1,0 m desse material varia 13.10-6m
• D) o coeficiente de dilatação volumétrica do ferro é 39.10-18 °C−1

O gabarito correto é C). Isso ocorre porque, conhecendo o coeficiente de dilatação linear, é possível calcular a variação de comprimento da barra de ferro em função da variação de temperatura.

Além disso, é importante lembrar que a dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno físico que ocorre devido à mudança na energia cinética das partículas que compõem o material. Quando a temperatura aumenta, as partículas se movimentam mais rapidamente, ocupando mais espaço e, consequentemente, aumentando o volume do material.

Já a dilatação superficial é a variação da área superficial do material em função da variação de temperatura, enquanto a dilatação volumétrica é a variação do volume do material em função da variação de temperatura.

É fundamental lembrar que esses fenômenos são importantes em various áreas, como engenharia, física e química, pois permitem prever e controlar as propriedades dos materiais em diferentes condições de temperatura.

Por exemplo, em uma usina nuclear, é fundamental controlar a temperatura dos componentes para evitar que eles sejam danificados devido à dilatação térmica. Além disso, na construção de pontes e edifícios, é necessário considerar a dilatação térmica dos materiais para evitar que eles sejam comprometidos pelas mudanças de temperatura.

Em resumo, a dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno físico importante que ocorre devido à mudança na energia cinética das partículas que compõem o material, e é fundamental considerar essa propriedade em various áreas para prever e controlar as propriedades dos materiais em diferentes condições de temperatura.

Isso ocorre porque o coeficiente de expansão térmica é uma propriedade específica de cada material e varia de acordo com o estado físico em que ele se encontra. Por exemplo, a água tem um coeficiente de expansão térmica diferente em seu estado líquido e em seu estado sólido (gelo).

Além disso, é importante lembrar que a expansão térmica é um fenômeno que ocorre devido ao aumento da energia cinética das partículas que compõem o material, o que faz com que elas se distanciem umas das outras, ocupando assim um volume maior. Isso significa que a expansão térmica é influenciada pela estrutura molecular do material, que pode variar de acordo com o estado físico.

Portanto, é errado afirmar que o coeficiente de expansão de um material é sempre o mesmo, independentemente do estado físico. Cada material tem seu próprio coeficiente de expansão térmica, que depende de sua estrutura molecular e do estado físico em que se encontra.

É importante notar que a expansão térmica é um fenômeno importante em muitas áreas, como a física, a química, a engenharia e a tecnologia. Ela é utilizada em diversas aplicações, como a fabricação de materiais, a construção de edifícios e a criação de sistemas de refrigeração.

Em resumo, o coeficiente de expansão térmica é uma propriedade específica de cada material e varia de acordo com o estado físico em que ele se encontra. Portanto, a afirmação de que o coeficiente de expansão de um material é sempre o mesmo, independentemente do estado físico, é errada.

• C) CERTO (incorreto)
• E) ERRADO (correto)

Para resolver esse problema, vamos utilizar a equação dos gases ideais, que é dada por:

PV = nRT, onde:

• P é a pressão do gás;
• V é o volume do gás;
• n é a quantidade de substância do gás (em moles);
• R é a constante dos gases ideais (R = 8,314 J/mol·K);
• T é a temperatura do gás em Kelvin.

Primeiramente, vamos calcular a quantidade de substância do gás (n) inicialmente presente no cilindro. Para isso, vamos utilizar a equação dos gases ideais para a situação inicial:

P₁V₁ = nRT₁, onde:

• P₁ = 4 atm = 4 × 101325 Pa = 405300 Pa;
• V₁ = 25 L = 0,025 m³;
• T₁ = 227 °C = 500 K.

Substituindo os valores, temos:

405300 Pa × 0,025 m³ = n × 8,314 J/mol·K × 500 K

Resolvendo para n, obtemos:

n ≈ 4,95 mol

Agora, vamos calcular o volume do gás que escapou do cilindro. Para isso, vamos utilizar a equação dos gases ideais para a situação final:

P₂V₂ = nRT₂, onde:

• P₂ = 1 atm = 101325 Pa;
• V₂ é o volume do gás após a abertura da válvula;
• T₂ = 27 °C = 300 K.

Como a quantidade de substância do gás não mudou, temos:

101325 Pa × V₂ = 4,95 mol × 8,314 J/mol·K × 300 K

Resolvendo para V₂, obtemos:

V₂ ≈ 60 L

Portanto, o volume do gás que escapou do cilindro é:

V_esc = V₂ - V₁ = 60 L - 25 L = 35 L

Logo, a alternativa correta é:

B) 35 L