Dilatação Anômala da Água Exercícios

DILATAÇÃO ANÔMALA DA ÁGUA

A água possui um comportamento anômalo em sua dilatação. Observe o diagrama volume x temperatura a seguir, no qual e mostrado esse comportamento incomum da água.

Quando uma substância é aquecida, ela recebe energia de forma que suas moléculas ficam agitadas, passando a ocupar um maior volume, ou seja, sofre dilatação. O oposto ocorre quando uma substância é resfriada, pois ela perde energia e suas moléculas tendem a ficar bem próximas umas das outras, causando uma contração no volume. Isso faz com que, normalmente, a matéria no estado sólido ocupe menos volume do que quando está no estado líquido.

Ao contrário do que acontece com a maioria das substâncias, a água possui um comportamento anômalo: quando é aquecida, entre os intervalos de 0 e 4º C, ela sofre contração e depois começa a dilatar-se, ou seja, quando a água está em seu estado sólido, ela tem volume maior do que no estado líquido nesse intervalo de temperatura. Esse comportamento irregular da água pode ser representado com o seguinte gráfico:

  Note que a 4°C o volume da água e mínimo e a sua densidade e máxima. Isto ocorre em virtude da for -mação das pontes de hidrogênio,abaixo de 4°C, quando as moléculas de H2O ficam maiores.

EXEMPLO 1. Mackenzie-SP) Diz um ditado popular: "A natureza é sábia". De fato! Ao observarmos os diversos fenômenos da natureza, ficamos encantados com muitos pormenores, sem os quais não poderíamos ter vida na face da Terra, conforme a conhecemos. Um desses pormenores, de extrema importância, é o comportamento anômalo da água, no estado líquido, durante seu aquecimento ou resfriamento sob pressão normal. Se não existisse tal comportamento, a vida subaquática nos lagos e rios, principalmente das regiões mais frias de nosso planeta, não seria possível. Dos gráficos abaixo, o que melhor representa esse comportamento anômalo é

RESPOSTA: A)

O comportamento anômalo advém do fato de que a água líquida contrai-se ao ser aquecida de 0 ºC a 4 ºC e dilata-se quando aquecida a partir de 4 ºC. Assim, a 4 ºC o volume de dada massa de água é mínimo e a densidade é máxima.

2. A respeito da dilatação dos líquidos e da dilatação irregular da água, marque o que for falso.

a) No aquecimento da água entre 0 °C e 4 °C, ocorre aumento de volume.

b) A 4 °C, a água assume a sua maior densidade dentro do intervalo de 0 °C a 4 °C.

c) A dilatação irregular da água ocorre somente em recipientes com coeficiente de dilatação que corresponda ao dobro do valor do coeficiente de dilatação da água.

d) Pode-se considerar que, entre 0 °C e 4 °C, o coeficiente de dilatação da água é negativo.

LETRA “C”

A dilatação irregular da água ocorre independentemente do valor do coeficiente de dilatação do recipiente.

3. Determinada massa de água é aquecida de 0 ºC a 10 ºC. Analise o que ocorre com o volume de água e com sua densidade. 

RESPOSTA:
De 0 ºC a 4 ºC o volume diminui e a densidade aumenta. A partir de 4 ºC o volume aumenta e a densidade diminui. A 4 ºC o volume é mínimo e a densidade é máxima.

2. Um recipiente de vidro comum, de coeficiente de dilatação linear igual a 9,0 x 10 ^{– 6} °C ^{– 1}, está completamente cheio de álcool etílico, de coeficiente de dilatação volumétrica igual a 0,75 x 10 ^{– 3}°C ^{– 1}. Após o conjunto sofrer uma variação de temperatura (ΔT), ocorre vazamento de líquido. Determine o valor aproximado do coeficiente de dilatação volumétrica aparente para o álcool etílico.

a) 1,23 x 10 ^{- 4} °C ^{- 1}

b) 6,00 x 10 ^{- 4} °C ^{- 1}

c) 6,23 x 10 ^{- 4} °C ^{- 1}

d) 7,23 x 10 ^{- 4} °C ^{- 1}

e) 2,23 x 10 ^{- 4} °C ^{- 1}

LETRA “D”

Da dilatação volumétrica dos líquidos, sabemos que: ΔV_REAL = ΔV_AP + ΔV_REC.

ΔV_AP corresponde à variação de volume aparente do líquido e ΔV_REC refere-se à variação de volume do recipiente. Substituindo na equação de dilatação volumétrica, teremos:

ΔV_REAL = ΔV_AP + ΔV_REC 
V₀ . γ _REAL. ΔT = V₀ . γ _AP. ΔT + V₀ . γ _REC. ΔT

γ _REAL= γ _AP + γ _REC

0,75 x 10 ^{– 3} = γ _AP + 27 x 10 ^{– 6}
γ _AP = 0,75 x 10 ^{– 3} - 0,027 x 10 ^{– 3} 
γ _AP = 7,23 x 10 ^{- 4} °C ^{- 1}

EXERCÍCIOS 

01. (UESB-2006) Um posto recebeu 4000 litros de gasolina em um dia em que a temperatura era de 34ºC. Com a chegada de uma frente fria, a temperatura ambiente baixou para 14ºC, assim permanecendo até que a gasolina fosse totalmente vendida.

Sabendo-se que o coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina é igual a 1,1×10⁻³ º C−1 , pode-se afirmar que o prejuízo, em litros,sofrido pelo posto de gasolina, foi igual a:

01) 88

02) 92

03) 95

04) 101

05) 107

 02. (UESB-2004) Coloca-se no interior de um forno uma barra de 3,450m, que se encontra inicialmente a 0°C, e seu comprimento passa a ter 4,002m.

Considerando-se que o coeficiente de dilatação linear da barra é de 1,6.10^-4/ºC, pode-se afirmar que a temperatura do forno é igual, em °C, a

01) 800

02) 900

03) 1000

04) 1100

05) 1200

03. (UNEB-BA) Uma peça de zinco quadrada é construída a partir de uma chapa quadrada de lado 30cm, da qual é retirado um pedaço de área de 500 cm².

Elevando-se de 50ºC a temperatura da peça restante, sua área final,em cm², será mais próxima de:

a) 400

b) 401

c) 405

d) 408

e) 416

04. (UESB-2009) Uma placa quadrada de concreto de lado igual a 30,0cm, a 25,0°C, foi aquecida até 85,0°C.

Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do concreto é 1,2.10^-5 ºC^-1, a variação percentual da área foi, aproximadamente,igual a:

01) 0,30

02) 0,22

03) 0,20

04) 0,18

05) 0,14

05. (UEFS) Considere uma barra de metal que tem comprimento igual a 200,00cm, quando colocada em gelo em fusão,e 200,02cm, quando colocada em presença de água em ebulição.

Com base nessa informação, pode-se concluir que o aumento do comprimento da barra, em 10^-3cm, quando a temperatura for de 40ºC, é igual a:

a) 10

b) 8

c) 6

d) 4

e) 2

06. (UEFS-2003) Um fio metálico constituído de material cujo coeficiente de dilatação linear é igual a 1,0.10^-5 ºC^-1, sofre uma variação de temperatura igual a 100ºC, sem mudar de estado físico.

Nessas condições, esse fio experimenta uma variação de comprimento, expressa em forma percentual, igual a

a) 0,01

b) 0,1  

c) 1

d) 10

e) 100

07. (UESB-2007) Um tubo de vidro graduado contém água e, a 10°C, um técnico lê o volume 50,00cm³.  Aquecendo-se a água até 60°C, o mesmo técnico lê o volume 50,80cm³.

Se o coeficiente de dilatação linear do vidro é igual a 9.10^-6/^oC então o coeficiente de dilatação volumétrica da água, nesse intervalo, é igual, em 10^-4/^oC, a:

01) 3,15

02) 3,47

03) 3,72

04) 3,91

05) 3,94

08. (UESC-2002) Um recipiente de volume V₀ constituído de material cujo coeficiente de dilatação linear é α_R, encontra-se completamente cheio de um liquido, cujo coeficiente de dilatação real é g_L. Sabe-se que inicialmente, recipiente e liquido estão em equilíbrio térmico e que, aquecendo-se o conjunto, extravasa do recipiente um volume de liquido Dv.

Nessas condições, a variação de temperatura do conjunto é igual a:

09. (UEFS-2006) A figura representa um tubo em U disposto verticalmente e contendo um líquido. Um dos braços do tubo é envolvido por um banho de gelo     fundente à temperatura q_O. e o outro braço é envolvido por um banho de água à temperatura q.

Sabendo-se que as alturas das colunas líquidas nos dois ramos verticais do tubo submetidos às temperaturas q₀ e q são,respectivamente, iguais h₀ e h, o coeficiente de dilatação cúbica do liquido é dado pela expressão:

1) (UFPE) - O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1,000m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10^-6 ºC^-1.

RESOLUÇÃO: ΔL = L0 . α . Δθ 15 = 1000 . α . (500 - 0) α = 30. 10-6 ºC-1

RESPOSTA: 30

2) Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2 . 10^-5 °C^-1 e 2,6 . 10^-5 °C^-1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê.

RESOLUÇÃO

Como α_zinco > α_aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter g maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.

3)  (VUNESP-SP) A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 . 10^-6 °C^-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?

a) 11 . 10^-4 m 
b) 33 . 10^-4 m 
c) 99 . 10^-4 m 
d) 132 . 10^-4 m 
e) 165 . 10^-4 m 

RESOLUÇÃO:

O cálculo da dilatação linear ΔL, do trilho é:

ΔL = L₀ . α . Δθ

ΔL = 30 . (11 . 10^-6) . (40 – 10) = 99 . 10^-4 m

RESPOSTA: C

4)  Uma placa apresenta inicialmente uma área de 1,0 m² a 0°C. Ao ser aquecida até 50°C, sua área aumenta 1,0 cm². Determine o coeficiente de dilatação superficial do material que constitui a placa.

Resolução:

5) Em uma placa de cobre existe um furo circular que, a 20°C, apresenta área igual a 200 mm². Qual o acréscimo de área que o furo sofre quando se eleva a temperatura da chapa para 220°C?

Dado: coeficiente de dilatação superficial,

Resolução

6)  Uma barra metálica tem, a 30°C, comprimento igual a 1m. Eleva-se então sua temperatura para 1030°C. Sendo o coeficiente de dilatação linear do metal da barra igual a 12 · 10^-6 °C^-1, determine a variação de comprimento sofrida pela barra.

Resolução

7) Um trilho de ferro com 20 m de comprimento a 10°C é aquecido até atingir 110°C, sofrendo um acréscimo de 2,2 cm em seu comprimento. Qual é o valor do coeficiente de dilatação linear do ferro?

Resolução

8) Uma estatueta de ouro foi aquecida de 25°C a 75°C, observando-se um aumento de 2,1 cm³ em seu volume. Sendo 14 · 10 ^–6 °C^–1 o coeficiente de dilatação linear do ouro, qual era o volume inicial dessa estatueta?

Resolução

9) Um recipiente de cobre tem 1 000 cm³ de capacidade a 0 °C. Sua capacidade, a 100 °C, vale aproximadamente:

a) 1 017 cm³

b) 1 005 cm³

c) 1 003 cm³

d) 1 002 cm³

e) 1 001 cm³

Dado: coeficiente de dilatação linear do

 cobre = 16 · 10^–6 °C^–1

Resolução

10)  Qual o coeficiente de dilatação volumétrica de uma barra metálica que experimenta um aumento de 0,1% em seu comprimento para uma variação de temperatura de 100 °C?

Resolução

11) Sabe-se que o coeficiente de dilatação real do mercúrio vale 18 · 10^–5 °C–1. Qual é o coeficiente de dilatação aparente do mercúrio, quando medido num recipiente de alumínio?

Dado: coeficiente de dilatação linear do

alumínio = 24 · 10^–6 °C^–1

Resolução

12) Um recipiente de cobre, de coeficiente de dilatação volumétrico médio _frasco = 51 · 10^–6 °C^–1, contém mercúrio, a 0 °C, até o volume de 45 cm³. O volume do recipiente a 0 °C é de 46 cm³. Considere o coeficiente de dilatação do mercúrio _Hg = 180 · 10^–6°C^–1. A que temperatura o mercúrio encherá completa- mente o recipiente?

Resolução

Para o mercúrio preencher todo o recipiente ele deve sofrer uma dilatação aparente de 1,0 cm³:

13)  O coeficiente de dilatação superficial de certo material homogêneo e isótropo é 3,68 · 10^–5 °C^–1. Determine os seus coeficientes de dilatação linear e volumétrico.

Resolução

Temos em:

 = 3,68 · 10–5 °C^–1

Substituindo vem:

14) .Um certo frasco de vidro está completamente cheio, com 50 cm³ de mercúrio. O conjunto se encontra inicialmente a 28 °C. No caso, o coeficiente de  dilatação  médio  do  mercúrio  tem  um  valor igual a 180 · 10^–6 °C^–1 e o coeficiente de dilatação linear médio do vidro vale 9 · 10^–6 °C^–1. Determine o volume de mercúrio extravasado, quando a temperatura do conjunto se eleva para 48 °C.

Resolução

O volume de líquido extravasado correspondente ao volume do líquido transbordado (aparente).

15) Dois blocos metálicos A e B têm a 0 °C volumes iguais a 250, 75 cm³ e 250 cm³, respectivamente. Determine a temperatura em que os blocos têm volumes iguais. Os coeficientes de dilatação linear médios   valem,   respectivamente,   2· 10^–5 °C^–1    e 3 · 10^–5 °C^–1.

Resolução

Volumes iguais no final

Observação: A dilatação volumétrica pode ser aplicada para qualquer forma de corpo (esférico, cúbico etc) e para corpos maciços ou ocos.

16) Um quadrado de lado 2m é feito de um material cujo coeficiente de dilatação superficial é igual a 1,6.10^-4. Determine a variação de área deste quadrado quando aquecido em 80°C.

Resolução:

ΔA = Ao.β.Δ?

ΔA = 4. 1,6.10^-4.80

ΔA = Ao.β.Δ?

ΔA = 0,0512m²

17) (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?

Resolução:

A = Ao.(1 + β.Δ?)
A = ?.r²..(1 + β.Δ?)
A = ?.1².(1 + 44.10^-6.110)
A = ?.(1 + 0,00484)
A = ?.(1,00484)
A = 3,155 em valor aproximado.

18) Um fazendeiro quer cercar com arame um terreno quadrado de lados 25m e para isso adquire 100m de fio. Fazendo o cercado, o fazendeiro percebe que faltaram 2cm de fio para a cerca ficar perfeita. Como não quer desperdiçar o material e seria impossível uma emenda no arame, o fazendeiro decide pensar em uma alternativa. Depois de algumas horas, ele percebe que naquele dia a temperatura da cidade está mais baixa do que a média e decide fazer cálculos para verificar se seria possível utilizar o fio num dia mais quente, já que ele estaria dilatado. Sabendo que o acréscimo no comprimento do fio é proporcional ao seu comprimento inicial, ao seu coeficiente de dilatação linear e à variação de temperatura sofrida, calcule o aumento de temperatura que deve ocorrer na cidade para que o fio atinja o tamanho desejado. (Dado: coeficiente de dilatação térmica linear do fio = .)

Resolução:

Sendo a dilatação linear dada por:

Lembrando que as unidades de comprimento devem estar no mesmo sistema de unidades, a variação deve ser igual a 0,02m:

19) Duas barras de 3 metros de alumínio encontram-se separadas por 1cm à 20°C. Qual deve ser a temperatura para que elas se encostem, considerando que a única direção da dilatação acontecerá no sentido do encontro? Sendo .

Resolução:

Sendo a dilatação linear dada por:

Mas a variação no comprimento das barras deve ser apenas 0,5cm = 0,005m, pois as duas barras variarão seu comprimento, então substituindo os valores:

20) Um paralelepípedo de uma liga de alumínio () tem arestas que, à 0°C, medem 5 cm, 40 cm e 30 cm. De quanto aumenta seu volume ao ser aquecido à temperatura de 100°C?

Primeiramente deve-se calcular o volume do paralelepípedo à 0°C:

Resolução:

Sendo a dilatação volumétrica dada por:

Mas:

Substituindo os valores na equação:

21) 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?

Resolução:

Sabendo que

E que:

De modo que podemos calcular o coeficiente de dilatação aparente do líquido e descobrir o coeficiente de dilatação real, ou seja:

22) (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

Resolução

ΔL = 2 . 10^-2 mm = 2 . 10^-2 . 10^-3 m
L₀ = 1 m
Δθ = 1 ºC

ΔL = L₀αΔθ
α = ΔL/L₀Δθ
α = 2 . 10^-5 ºC^-1

L₀' = 80 cm = 80 . 10^-2 m
Δθ' = 20 ºC

ΔL' = L₀'αΔθ'
ΔL' = 80 . 10^-2 . 2 . 10^-5 . 20 = 3200 . 10^-7 = 0,32 . 10^-3 m = 0,32 mm

23) (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

Resolução

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

24) Qual é o valor do coeficiente de dilatação linear de uma barra homogênea de:

Comprimento inicial: 2.00m
Comprimento final: 2.02m
Variação do comprimento (ΔL): 0,02m
Temperatura inicial: 0°c
Temperatura final: 200°c
Variação da temperatura (Δt): 200°c

Resolução:
a dilatação linear é dada por
ΔL= α Li ΔT
aonde 
α = coeficiente de dilatação linear
ΔL = Lf - Li 
Lf = comprimento final
Li = comprimento inicial
ΔT = Tf - Ti
Tf = temperatura final
Ti = temperatura inicial

Então usando os dados do enunciado

ΔL = Lf - Li = 2,02m - 2,00m= 0,02m
ΔT = Tf - Ti = 200°C - 0°C = 200°C
Assim
ΔL=α Li ΔT
se torna
0,02 = α (2,00) (200) 
0,01 = α (200) 
α = 0,00005 / °C ou

==================
α = 5 * 10^(-5) °C^(-1)
==================

25) Um anel de ferro com raio interno de 3 cm a 10 °C é aquecido até 110 °C. Seu coeficiente de dilatação térmica linear, nesse intervalo de temperatura, é igual a 12.10^-6 °C^-1. A variação de sua área interna, em cm², é aproximadamente de?

Resolução:
Usa que
ΔA = β A0 ΔT
aonde 
ΔA é a variação da área do buraco. Isto mesmo! O buraco dilata-se como se fosse feito do mesmo material.
β é o coeficiente de dilatação térmica superficial. Mas β = 2α
sendo α o coeficiente de dilatação térmica linear, dado no enunciado. 
A0 é a área inicial
ΔT é a variação da temperatura
Então
ΔA = 2α A0 ΔT
mas A0 = R²
aonde R =3 cm = 0,03 m

Então
ΔA = 2α πR² ΔT
ΔA = 2 * 12 * 10^-6 * π * (0,03)² (110-10)
ΔA ≈ 0,68 * 100 * 10^-6
ΔA ≈ 0,68 * 10^-4 m² = 0,68 cm²

Portanto
===========
ΔA = 0,68 cm²
===========

26) Um copo de vidro de capacidade 100cm³, a 20,0ºC contém 98,0 cm³ de mercúrio a essa temperatura. São dados os coeficientes de dilatação cúbica do mercúrio = 180x10-6 (cento e oitenta vezes dez elevado a menos seis) e vidro = 9x10-6 (nove vezes dez elevado a menos 6). A que temperatura o mercúrio começa a extravasar, em ºC, é mais próxima de:

Resolução:
líquido e recipiente irão se expandir mais o líquido por ter maior coeficiente de dilatação se expandirá mais. Líquido começa com volume menor do que cabe no recipiente. Então para algum valor de variaão de temperatura ΔT ambos terão o mesmo volume:

Vl = Vr
aonde Vl é o volume do líquido e Vr o volume de líquido que o recipiente pode conter.

Mas 
Vf = V + ΔV
aonde V é o volume inicial, Vf o volume final e ΔV a quantidade que expandiu. Assim
Vl = Vr
Vl + ΔVl = Vr + ΔVr

Sabemos que
ΔV = γ V ΔT
aonde
γ é o coeficiente de dilatação volumétrica ou cúbica. 
V é o volume inicial
ΔT é a variação de temperatura. 

Assim
Vl + ΔVl = Vr + ΔVr
se torna
Vl + γl Vl ΔT = Vr + γr Vr ΔT
Vl + γl Vl (Tf - Ti) = Vr + γr Vr (Tf - Ti)

Organizando os termos
γl Vl Tf - γr Vr Tf = Vr - Vl + γl Vl Ti - γr Vr Ti
(γl Vl - γr Vr) Tf = Vr - Vl + (γl Vl - γr Vr) Ti

Então temos que
Tf = Ti + (Vr - Vl) /(γl Vl - γr Vr) 

Usando os dados do enunciado
Tf = 20 + (100 - 98) /(180x10-6 x98 - 9x10-6 x100) 
Tf = 20 + (2) /(17640 x10-6 - 900x10-6 ) 
Tf = 20 + (2) /(16740 x10-6 ) 
Tf = 20 + 2x10^6 /16740 
Tf = 20 + 2 000 000 /16740 

Como 2 000 000 /16740 ≈ 119,5

Tf ≈ 139,5 ºC

ou sem casas decimais:

=========
Tf ≈ 140 ºC

27) Um orificio circular numa placa de aço tem diametro de 10,000 cm à temperatura de 10 ºC. Se o coeficiente de dilatação linear do aço é de 11.10-6 ºC-1, o diâmetro desse orificio à temperatura de 110 ºC será, em centímetros, de:

a) 9,012   b) 10,011    c) 10,121      d) 11,011    e) 12,121

Resolução:

Antes de mais nada, é necessário saber que qualquer material ao ter sua temperatura aumentada sofre uma dilatação ( aumento de suas dimensões ).

Analisa-se, então, um caso de dilatação linear onde uma barra metálica sofre um aumento de temperatura.

Após pesquisas realizadas em laboratórios constatou-se que a dilatação do comprimento de uma barra metálica depende de seu comprimento inicial, da variação de temperatura por ela sofrida e do coeficiente de dilatação térmica linear, este dependente do material de constituição da barra.

As dilatações superficiais (áreas) e volumétricas (volumes) seguem as mesmas regras. Apenas se considera no lugar dos comprimentos, áreas e volumes:

Muita atenção na hora de calcular as dilatações superficiais e volumétrias pois seus coeficientes de dilatações são o dobro e o triplo, respectivamente, do coeficiente de dilatação linear. Para se saber qual das dilatações esta ocorrendo basta perguntar: O que aumentou? O comprimento, a superfície ou o volume.

Neste problema, em específico, apesar de ocorrer um aumento na superfície pa chapa e, também, do furo a pergunta é qual o diâmetro final do furo, ou seja, de quanto aumento o diâmetro (comprimento dele). Tem-se, então, uma dilatação linear. Calcula-se:

 Percebe-se que o diâmetro aumentou 0,011 cm, mas a pergunta é: Qual o diâmetro final?

28) (CGE 195)  Uma barra de ferro homogênea possui, a 10 °C, o comprimento de 5 metros. Se o coeficiente de dilatação linear do ferro é , 

a temperatura a que esta barra deve ser aquecida para seu comprimento seja 5,003 m, é de:

a) 40 °C   b) 50 °C    c) 60 °C    d) 83 °C     e) 260 °C

Resolução:

O comprimento inicial da barra é 5 m e no final do processo passa para 5,003 m, então:

Seguindo o conceito de dilatação térmica linear, tem-se:

Percebe-se que a variação de temperatura foi de 50 °C, logo:

No final do processo a barra terá a temperatura de 60 °C, alternativa C.

29) A superfície de um corpo é dilatada ao ser aquecido. Calcule a dilatação desse corpo sabendo que o coeficiente de dilatação superficial é de 20µ °C^-1, a superfície inicial é de 100 cm² e que a variação da temperatura foi de 130°C. µ = 10^-6

Resolução: 

O primeiro passo é anotar os dados.
ΔS = ?
ΔΘ = 130 °C
β = 20µ °C^-1
S_i = 100 cm²
Agora é só substituir na fórmula da dilatação superficial.
ΔS = S_i x β x ΔΘ
ΔS = 100 x 20µ x 130
ΔS = 260000 µ
ΔS = 0,26 cm²
A superfície do corpo dilatou 0,26 cm².

30)  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. µ = 10^-6

Resolução: 

O primeiro passo é anotar os dados.

ΔS = ?
ΔΘ = 50 – 800 = -750 °C
β = 90µ °C^-1
S_i = 40 m²
Agora é só substituir na fórmula da dilatação superficial.
ΔS = S_i x β x ΔΘ
ΔS = 40 x 90µ x (-750)
ΔS = -2700000 µ
ΔS = -2,7 m²
A superfície contraiu 2,7 m².

31) Um corpo com coeficiente de dilatação superficial de 25µ °C^-1 deve ter sua superfície aumentada em 40%. Qual deve ser a variação de temperatura que o corpo deve ser submetido para que isto ocorra? µ = 10^-6

Resolução: 

O primeiro passo é anotar os dados.
ΔS = 40% de S_i = 0,4 S_i
ΔΘ = ?
β = 25µ °C^-1
S_i = S_i cm²
Agora é só substituir na fórmula da dilatação superficial.
ΔS = S_i x β x ΔΘ
0,4S_i = S_i x 25µ x ΔΘ
ΔΘ =

ΔΘ = 
ΔΘ = 16000 °C
A temperatura deve ser aumentada 16000 °C.

32) (OSEC-SP) Uma chapa metálica sofre um aumento de área de 0,06% ao ser aquecida de 100 ºC. Calcule o coeficiente de dilatação linear desse material, em ºC^-1. (resp.: 3.10^-5ºC^-1)

Resolução:

Coeficiente de dilatação superficial = CS
Coeficiente de dilatação linear = CL

CS = 2. CL

Temos:

DeltaA = Ao . CS . DeltaTeta.
6 . 10^-4 . Ao = Ao . CL . 100

CS = 6 . 10^-5

CS = 2 CL
6 . 10^-5 = 2 CL

CL = 3 . 10^-5

33) Uma placa retangular de alumínio tem 10cm de largura e 40cm de comprimento, à temperatura de 20ºC. Essa placa é colocada num ambiente cuja temperatura é de 50ºC. Sabendo que al = 46.10-6 °C-1, calcule: 

a) A dilatação superficial da placa. 

b) A área da placa nesse ambiente. 

Resolução: 
a) Cálculo da área inicial: 

S_i = 10 . 40 = 400cm² 

Calculo da dilatação superficial: 

S = S_it S = 400.46.10^-6.(50 - 20)

S = 0,522cm² 

b) S_f = S_i + S S_f = 400 + 0,552 

S_f = 400,552cm²  .

34) A área de uma chapa quadrada varia de 0,14 cm² quando submetida a uma variação de 100 ⁰C na sua temperatura. Sendo a aresta do quadrado inicial de 10 cm determine o coeficiente de dilatação linear (α) do material que constitui a chapa.

Resolução

Dados: ∆S = 0,14 cm²
∆t = 100 ⁰C
S₀ = a
a = 10 cm x 10 cm =100 cm².

∆S = S₀ . β . ∆t
0,14 = 100.β . 100
β = 14. 10^-6 0C^-1

O coeficiente de dilação superficial é igual ao coeficiente de dilatação linear dividido por dois. Logo,

β = 2.α
α = β / 2
α = 7 . 10^-6 0C^-1

Resposta: α = 7.10^-6 0C^-1

25) O comprimento de uma barra é de 30,000 cm a 0 ^oC.

a) Qual será o aumento de comprimento ocorrido quando a temperatura se eleva para 100 ^oC.

b) Qual é o comprimento final da barra?

O coeficiente de dilatação do material é 25 . 10^-6 oC^-1.

Resolução

a) ΔL = L₀ . α . Δt
ΔL = 30,000 . 25 . 10^-6 . 100
ΔL = 75. 10^-3
ΔL = 0,075

b) ΔL = L_f – L₀ 
L_f = L₀ + ΔL
L_f = 30,000 + 0,075 
L_f = 30,075 cm

Resposta:

a) ΔL = 0,075 cm
b) L_f = 30,075 cm

36)  (FEI) Um recipiente, cujo volume é de 1000 cm³, a 0°C, contém 980 cm³ 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 x 10^-5 °C^-1 e o do líquido vale 1,0 x 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

Resolução:

37) (ENEM-2009) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustíveis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustível compra álcool por R$ 0,50 /litro, a uma temperatura de 5 °C. Para revender o líquido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustível para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35 °C, sendo o litro de álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5 °C e os revende. Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1 × 10-3 °C-1 , desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre

A) R$500,00 e R$1.000,00.

B) R$1.050,00 e R$1.250,00.

C) R$4.000,00 e R$5.000,00.

D) R$6.000,00 e R$6.900,00.

E) R$7.000,00 e R$7.950,00.

Resolução

ΔV = . V0 . Δt = 20 x 103 x 1 x 10-3 x 30 = 600 litros

Em 1 semana, o ganho em volume será de 600 x 7 = 4 200 litros

Se o litro for vendido a R$ 1,60, o ganho seá de 4 200 x 1,60 =

= R$ 6720,00

38)  Um vendedor de gasolina recebe em seu tanque 2000L de gasolina á temperatura de 30ºC. Sabendo-se que posteriormente vendeu toda a gasolina quando a temperatura era de 20°C e que o coeficiente de dilatação da gasolina é igual a 1,1.10-³ °C-¹, qual o prejuízo que sofreu o vendedor?

Resolução:

Como a temperatura final é menor que a inicial, a variação fica negativa, temos então:
ΔV = VoYΔT
ΔV = VoY(Tf – To)

ΔV = 2*10³ * 1,1*10 – ³*(20 – 30)

ΔV = 2*10³ * 1,1*10 – ³ * -10
ΔV = – 22 litros
Não estranhe pelo fato da resposta ter dado negativa, pois a própria resposta só está indicando a perda de combustível, o prejuízo sofrido.

39)  Uma Chapa plana de uma liga metálica tem coeficiente de dilatação linear 2. 10^-5 tem área Ao á temperatura de 20°C. Para que a área dessa placa aumente 1%,devemos elevar sua temperatura para:

Resolução:

Acompanhe o raciocínio:
Ao ————— 100%
x —————- 1%
x=Ao/100
Agora o x é a variação de área. Agora ficou fácil. Basta aplicarmos na formula, sabendo que B=2a que é igual a 4*10^-5:
ΔA=Ao*B*ΔT
Ao/100=Ao*4*10^-5*ΔT
1/100=4*10^-5ΔT
0,01/4*10^-5ΔT
ΔT=250°C
Mas ΔT é igual a:
ΔT=Tf -To
Sendo ΔT=250°C, temos:

250=Tf -20
Tf=270°C

40) Um trilho de aço tem 10m de comprimento a – 10°C. Suponha que a temperatura suba para 40°C e que o coeficiente de dilatação do aço seja exatamente 12*10° ^-6 °C -1. Qual é o acréscimo e o comprimento final do trilho?

Resolução:

Bem, para sabermos a variação de comprimento basta aplicarmos na fórmula de dilatação térmica para a variação do comprimento. Assim:
ΔL = Lo*a*ΔT
ΔL = Lo*a*(T – To)
ΔL = 10 * 12*10^-6 * [40 - (-10)]
ΔL = 120*10^-6 * (40 + 10)
ΔL = 120*10^-6 * 50
ΔL = 6000*10^-6
ΔL = 0,006 m
Agora para saber o comprimento final é fácil. Sabe-se que ΔL é igual a:
ΔL = L – Lo
L = ΔL + Lo
L = 0,006 + 10
L = 10,006m

41) Duas barras metálicas, de diferentes materiais, apresentam o mesmo comprimento a 0° C. Ao serem aquecidas, à temperatura de 100° C, a diferença entre seus comprimentos passa a ser de 1 mm. Sendo 2,2 . 10^–5 °C^–1 o coeficiente de dilatação linear do material de uma barra e 1,7 . 10^–5 °C^–1 o do material da outra, o comprimento dessas barras a 0 °C era:
a) 0,2         b) 0,8        c) 1,0           d) 1,5             e) 2,0

Resolução:

Vamos descobrir o comprimento de cada barra com essa variação de 100°C (ΔT = 100 – 0 = 100°C). Lembre-se que o comprimento das barras era o mesmo inicialmente (Lo). Assim:

L₁ = Lo(1 + α₁ΔT)

L₁ = Lo(1 + 1,7*10^-5*100)

L₁ = Lo(1 + 170*10^-5)

L₁ = Lo(1 + 0,00170)

L₁ = Lo(1,0017)

L₁ = 1,0017Lo   (I)

Para a segunda barra, temos:

L₂ = Lo(1 + α₂ΔT)

L₂ = Lo(1 + 2,2*10^-5*100)

L₂ = Lo(1 + 220*10^-5)

L₂ = Lo(1 + 0,0022)

L₂ = 1,0022Lo   (II)

Subtraindo as equações (II) e (I), temos:

L₂ – L₁ = 1,0022Lo – 1,0017Lo

L₂ – L₁ = 0,0005Lo

L₂ – L₁ = 5*10^-4Lo

Mas a questão afirmou que a diferença de seus comprimentos ao serem aquecidas é 1mm = 1*10-³ m, ou seja, L₂ – L₁ = 1*10-³. Assim:

1*10-³ = 5*10^-4Lo

Lo = 1*10-³ / 5*10^-4

Lo = 0,2*10¹

Lo = 2,0 m

Portanto, a alternativa correta é E.

42) Um bloco metálico é aquecido de 20 ºC a 120 ºC e seu volume sofre um acréscimo de 3%. Qual é o coeficiente de dilatação linear do material que constitui o bloco?

Resolução:

ΔV/V₀ = γ.Δθ => 3/100 = 3.α.(120-20) => α = 10^-4 ºC^-1

Resposta: 10^-4 ºC^-1 

43) Uma garrafa térmica contém 130 cm3 de café quente, à temperatura de 80 C. Nela, você põe uma pedra de gelo de 12 g, em seu ponto de fusão, para esfriar o café. Quantos graus o café esfria, após o gelo ter derretido? Trate o café como se fosse da água pura.

Se considerar a garrafa como um sistema isolado, dessa forma não haverá perda de energia. Assim o calor cedido pelo café (alumínio) mais o calor cedido pelo (gelo)para derreter e aquecer deve ser nulo:

Considerando que a conservação de energia nos diz que num sistema fechado Q=0 e . Nos da que +=0.

Já na capacidade calorífica temas as Eq:  onde +=0.

As letras (g e a) estão relacionadas com a água e o gelo, e o calor latente de fusão do gelo. Para se calcular a massa do café usasse a Eq: 

Como a densidade do café e um 1,00g/ cm3 a 20C, volume do café aproximadamente de 2 cm3 volume do café a 20C  vale: 

Combinando (1) e (2) nos da:

Substituindo valores na Eq:

Logo T será 

44) A figura a seguir mostra uma esfera de aço de 50,1 mm de diâmetro apoiada num anel de alumínio, cujo diâmetro interno é de 50,0 mm, ambos à mesma temperatura. Qual o acréscimo de temperatura que esse conjunto deve sofrer para que a esfera passe pelo anel?

(Dados: α aço = 1,08. 10-5 °C-1 e α al = 2,38 . 10-5 °C-1)

Resolução:

Devemos admitir que quando a esfera passa pelo anel, o diâmetro da esfera de aço (L aço ) é igual ao diâmetro interno do anel de alumínio (L _al ). Portanto, basta determinar o valor de ∆T para que essa igualdade ocorra.
Assim, da expressão L = Lo + ∆L, podemos fazer:
L _aço = L _al →  L_{o aço} + ∆L _aço = L_{o al} + ∆L _al → ∆L _al - ∆L _aço =  L_{o aço} - L_{o al} (1)

Substituindo a expressão ∆L = α Lo ∆T em 1, obtemos:

α _al L_{o al}  ∆T - α _aço L_{o aço} ∆T = L_{o aço} - L_{o al} 

2,38.10-5.50,0.∆T - 1,08.10-5.50,1.∆T = 50,1 – 50,0
119.10-5 ∆T – 54,1. 10-5∆T = 0,1
64,9.10-5 ∆T = 0,1
∆T = 154 °C

45) Uma anel de cobre de 20 g tem um diâmetro de exatamente 1 polegada à temperatura de 0 °C. Uma esfera de alumínio tem um diâmetro de exatamente 1,002 polegada à temperatura de 100 °C. A esfera é colocada em cima do anel e permite-se que os dois encontrem seu equilíbrio térmico, sem perder calor para o ambiente. A esfera passa exatamente pelo anel na temperatura de equilíbrio. Encontre a (a) temperatura de equilíbrio e (b) a massa da esfera.

(a) Analisando a expansão térmica da esfera de alumínio e do anel de cobre. Depois da expansão, o diâmetro d da esfera de alumínio será:

O diâmetro d do anel de cobre será: 

Como na temperatura final os diâmetros da esfera e do anel serão iguais, que nos da:

Resolvendo esta equação para (T) temos:

(b) A massa da esfera e calcula por meio da troca de calor do sistema.

46)  (UEL-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^-6                        d) 3,0.10^-4                      e) 3,0.10^-3

 ^{ΔV=0,006Vo  ---   ΔV=Vo.γ.Δt  ---  0,006Vo=Vo.γ.200  ---  γ=3.10-5 oC-1  ---  α/1=γ/3  ---  α/1=3.10-5/3  ---  α=1,0.10-5 oC-1  ---  Letra A}

⁴⁷⁾ (UFSC-SC) Um aluno de ensino médio está projetando um experimento sobre a dilatação dos sólidos. Ele utiliza um rebite de material A e uma placa de material B, de coeficientes de dilatação térmica, respectivamente, iguais a α_A e α_B. A placa contém um orifício em seu centro, conforme indicado na figura. O raio R_A do rebite é menor que o raio R_B do orifício e ambos os corpos se encontram em equilíbrio térmico com o meio.

Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

I. Se α_A > α_B a folga irá aumentar se ambos forem igualmente resfriados.

II. Se α_A > α_B a folga ficará inalterada se ambos forem igualmente aquecidos.

III. Se α_A < α_B e aquecermos apenas o rebite, a folga aumentará.

IV. Se α_A = α_B a folga ficará inalterada se ambos forem igualmente aquecidos.

V. Se α_A = α_B e aquecermos somente a placa, a folga aumentará.

VI. Se α_A > α_B a folga aumentará se apenas a placa for aquecida.

a) I, V e VI           b) todas         c) II, III e IV          d) I, III e V                 e) II, III e IV 

Resolução:

Quanto maior o coeficiente de dilatação mais o corpo se dilata quando aquecido e mais se contrais quando resfriado.

I. A se dilata mais que B  ---   Correta

II. Falsa  ---  veja (01)

III. A folga diminuirá  ---  Falsa

IV. Possuem diferentes L_o  ---  Falsa

V. Apenas a placa se dilatará  ---  Correta

VI. Apenas a placa se dilatará  ---  Correta

48) (UNESP-SP) A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo

coeficiente de dilatação é α = 11 . 10^-6 °C^-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?
a) 11 . 10^-4 m               b) 33 . 10^-4 m              c) 99 . 10^-4 m            d) 132 . 10^-4 m                 e) 165 . 10^-4 m 

Resolução:

 ΔL = L_o . α . Δθ  ---  ΔL = 30 . (11 . 10^-6) . (40 – 10) = 99 . 10^-4 m   Letra C

49) (UEPG-PR)

Dilatação térmica é o fenômeno pelo qual variam as dimensões geométricas de um corpo quando este experimenta uma variação de temperatura. Sobre esse fenômeno físico, assinale o que for errado.

I. Em geral, as dimensões de um corpo aumentam quando a temperatura aumenta. 

II. Um corpo oco se dilata como se fosse maciço. 

III. A tensão térmica explica por que um recipiente de vidro grosso comum quebra quando é colocada água em ebulição em seu interior. 

IV A dilatação térmica de um corpo é inversamente proporcional ao coeficiente de dilatação térmica do material que o constitui. 

V. Dilatação aparente corresponde à dilatação observada em um líquido contido em um recipiente. 

a) I, II e III                  b) I, III e V                    c) II, IV e V                    d) todas             e) apenas a IV 

Resolução:

   Todas estão corretas, com exceção da IV que está errada pois, pela expressão  ∆V=Vo.λ.∆θ você observa que o coeficiente de dilatação térmica (λ) é diretamente proporcional à dilatação (∆V)  --- R- E.

50) (UDESC-SC) A tabela abaixo apresenta uma relação de substâncias e os seus respectivos valores de coeficiente de dilatação linear e condutividade térmica, ambos medidos à temperatura de 20 °C.

Assinale a alternativa correta, tomando como base as informações acima.

a) Barras do mesmo comprimento dos metais listados na tabela sofrerão dilatações iguais, quando submetidas a uma variação de temperatura de 20 °C.

b) A condutividade térmica das substâncias permanece constante, independentemente da temperatura em que estas se encontram.

c) Substâncias que possuem maior condutividade térmica também apresentam maiores coeficientes de dilatação.

d) Dentre as substâncias listadas na tabela, o cobre é a melhor opção para fazer isolamentos térmicos.

e) Duas chapas de dimensões iguais, uma de alumínio e outra de concreto, são submetidas à mesma variação de temperatura. Constata-se então que a variação de dilatação superficial da chapa de alumínio é duas vezes maior que a da chapa de concreto.  

Resolução:

  Observe que o valor do coeficiente de dilatação do alumínio é o dobro do coeficiente de dilatação do concreto e, como elas tem as mesmas dimensões iniciais e sofrem a mesma variação de temperatura, a chapa de alumínio se dilata duas vezes mais do que a de concreto  ---  Letra E  

51)   Quantos cubos de gelo de 20 g, cuja temperatura inicial é - 10 °C, precisam ser colocados em 1 litro de chá quente, com temperatura inicial de 90 °C, para que a mistura final tenha uma temperatura de 10 °C? suponha que todo o gelo estará derretido na mistura final e que o calor especifico do chá seja o mesmo da água. (Dados: LF= 79,5 cal/g = 333 kJ/Kg, o calor especifico da água é 1 cal/g.°C = 4190 J/Kg.K e do gelo (-10 °C) é 0,530 cal/g.°C = 2220 J/Kg.K).

Supondo que todo o gelo estará derretido na mistura final e que o calor especifico do chá seja o mesmo da água. Se considerarmos os valores para os calores específicos da água e do gelo. Sabendo que o calor especifica molar a volume constante e dado pela Eq: , e para transição de fase temos 

Sabendo que para fundir o gelo será necessário que a transição de fase seja 333000

Para aquecer o gelo derretido de 0°C a 10°C temos

Calculando o calor removido da água 

Combinando todos os valores encontrados temos que o somatório do todos os Q=0                                                                                     

Como cada cubo de gelo tem  acrescentando cubos de gelo.

52) Dois blocos metálicos são isolados de seu ambiente. O primeiro bloco, que tem massa m1 = 3,16 kg e temperatura inicial T1 = 17 °C tem um calor específico quatro vezes maior do que o segundo bloco. Este está a uma temperatura inicial T2 = 47 °C e seu coeficiente de dilatação linear é 15 x 10-6/ °C. Quando os dois blocos são colocados juntos e alcançam seu equilíbrio térmico, a área de uma face do segundo bloco diminui em 0, 0300 %. Encontre a massa deste bloco.

O problema fala de dois blocos metálicos que são isolados de seus ambientes se pensamos nos dois blocos unidos onde sua A2f e T equivalente, desconsiderando as perdas de energia, o calor cedido pelo bloco 2(Q2) somado ao calor recebido pelo bloco 1 (Q1) deve ser nulo. 

 

A temperatura de equilíbrio pode ser calculada sabendo a variação da área de face do bloco 2 sabendo que a área do bloco 2 diminui 0,03% temos assim:

 Substituindo as áreas (A) por (), onde quadrado e lado vez lado.

 Assim podemos analisar a equação térmica do bloco 2:

Combinado as equações (2) em (1 ) nos da que:

Agora pratique

53) (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

54)  (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 

55)   (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

56) (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.

57)  (PUC-RIO 2007) Uma chapa quadrada, feita de um material encontrado no planeta 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

Gabarito:

53) A     54) C   55) C    56) C   57) B

Em geral, elevando-se a temperatura de uma substância ocorre um aumento do volume. 

A água, por sua vez, não se comporta termicamente como a maioria das substâncias, e isso causa consequências muito importantes na natureza, em virtude da sua abundância em nosso planeta. 

Imaginemos que certa quantidade de água a 0 ºC é colocada em um recipiente não dilatável. Aumentando sua temperatura, o nível do líquido desce até a temperatura atingir 4º C. A partir daí, se o aquecimento continuar, o nível do líquido passa a se elevar. 

A conclusão que se pode tirar desse experimento é a de que, no aquecimento de 0 ºC até 4 ºC, a água sofre uma contração, ou seja, uma diminuição do volume. No aquecimento acima de 4 ºC a água sofre uma dilatação, isto é, um aumento do volume. 

Esse comportamento é explicado pela existência de um tipo especial de ligação entre suas moléculas: as chamadas pontes de hidrogênio. 

Essa ligação é de natureza elétrica e ocorre entre átomos de hidrogênio de moléculas diferentes. As pontes de hidrogênio estabelecem-se porque as moléculas de água são polares, isto é, apresentam certa polaridade elétrica. 

Portanto, quando a temperatura de certa quantidade de água aumenta a partir de 0 ºC, ocorrem dois efeitos que se opõem quanto à sua manifestação macroscópica. 

• a maior agitação térmica molecular produz um aumento na distância média entre as moléculas, o que se traduz por um aumento de volume. 

• as pontes de hidrogênio se rompem, e em razão desse rompimento, na nova situação de equilíbrio, as moléculas se aproximam umas das outras, o que se traduz por uma diminuição do volume. 

Ambos os efeitos estão sempre ocorrendo. A predominância de um ou outro efeito é que vai acarretar na dilatação ou contração da água. Daí podemos concluir que, de 0º C a 4º C, predomina o segundo efeito (rompimento das pontes de hidrogênio), acarretando a contração da água. No aquecimento acima de 4 ºC, o efeito predominante passa a ser o primeiro (aumento da distância entre as moléculas) e, por isso, ocorre a dilatação. 

Esse comportamento anômalo da água permite a existência de vida marinha nas regiões onde o inverno é extremamente rigoroso. 

Tal fenômeno permite que os lagos tenham suas superfícies congeladas, porém, a água no fundo permanece no estado líquido, com temperaturas entre 0 ºC e 4 ºC