Questões sobre dilatação térmica

As propriedades de dilatação térmica de alguns materiais têm diversas aplicações práticas, como por exemplo as lâminas bimetálicas dos disjuntores elétricos, que são dispositivos de segurança presentes em residências e edificações em geral. Estes disjuntores “desarmam” o circuito elétrico quando passa uma corrente elétrica maior do que a sua capacidade, o que pode evitar incêndios nos casos de curto-circuito e/ou superaquecimento dos fios. Outro exemplo é a dilatação volumétrica responsável pelo funcionamento dos termômetros clínicos e meteorológicos de mercúrio e álcool. No caso da dilatação térmica dos líquidos é importante avaliar tanto a dilatação do líquido quanto à do recipiente que o contém, pois cada material tem o seu coeficiente de dilatação térmica. Considere, por exemplo, que um copo de vidro comum se encontra completamente cheio e em equilíbrio térmico com 200 ml de água, ao nível do mar, inicialmente à temperatura de 15 °C. Considere que a densidade da água é de 1 g/cm³, o coeficiente de dilatação volumétrico da água é de 1,00.10^-4/°C e que o coeficiente de dilatação superficial do vidro é de 2,00.10^-5/°C. O copo de vidro possui capacidade térmica igual a 200 cal/°C e o calor específico da água é de 1 cal/g.°C.

Leia o texto a seguir para responder à questão.

Em física, podemos dizer que dilatação térmica é o aumento das dimensões do corpo a partir do aumento da temperatura. Ocorre com quase todos os materiais, no estado sólido, líquido ou gasoso. Dizemos que a dilatação do corpo está relacionada à agitação térmica das moléculas que compõem o corpo, pois sabemos que, quanto mais quente estiver o corpo, maior será a agitação térmica de suas moléculas.

Estamos rodeados de alumínio em nosso dia a dia: em construções, barcos, aviões e automóveis, aparelhos domésticos, embalagens, computadores, telefones celulares e recipientes para alimentos e para bebidas.

O alumínio continuará a ser um metal importante para o futuro, devido à sua resistência, a leveza e ao potencial de reciclagem.

Você sabia...Os telhados de alumínio refletem 45 % dos raios solares? Dessa forma, a temperatura de um sótão pode ser mantida baixa e menos energia é consumida para manter a casa refrigerada no verão.

No distrito industrial de São Luis, o telhado de um galpão foi construído com chapas de alumínio/lisas com as seguintes dimensões: comprimento de 2000 mm x largura de 1000 mm x espessura 4 mm. Sabe-se que o coeficiente de dilatação térmica linear do alumínio é de a_Al, = 2,2 x 10^-5 ºC^-1. Desconsidere a espessura desta chapa.

Com relação aos fenômenos da Dilatação Térmica, analise as afirmativas abaixo.

I. Uma barra metálica com coeficiente de dilatação térmica linear igual a 3,0 x 10^-5 °C ^-1, inicialmente a 10 °C e com comprimento de 4 metros, ao ser aquecida até uma temperatura de 160 °C, aumenta o seu comprimento em 1,8 cm.

II. Quando aquecemos um recipiente metálico totalmente preenchido com um líquido, verificamos o transbordamento do líquido correspondente à dilatação real sofrida por ele.

III. No caso de aquecimento de recipiente metálico totalmente preenchido com um líquido, ocorre transbordamento desse líquido, pois a expansão provocada por ele é maior que o ocorrido com o recipiente metálico.

IV.O aquecimento do conjunto chapa + parafuso é um dos procedimentos para se conseguir inserir, com facilidade, um parafuso de alumínio com coeficiente de dilatação térmica linear igual a 2,3 x 10^-5 °C ^-1 em um furo circular de mesma área que a haste do parafuso, em temperatura ambiente, sobre uma chapa de aço com coeficiente de dilatação térmica linear igual a 1,1 x 10-5 °^{C -1} .

V. A água possui um comportamento anômalo e, caso seja aquecida de 1 °C a 3 °C, apresenta uma diminuição de seu volume.