Por que o coeficiente de dilatação do vidro é diferente do coeficiente de dilatação do mercúrio?

1 Dilatação dos Líquidos Nível Básico 1. (G1 - cftmg 2016) Para verificar se uma pess...

Dilatação dos Líquidos Nível Básico 1. (G1 - cftmg 2016) Para verificar se uma pessoa está febril, pode-se usar um termômetro clínico de uso doméstico que consiste em um líquido como o mercúrio colocado dentro de um tubo de vidro graduado, fechado em uma das extremidades e com uma escala indicando os valores de temperatura. Em seguida, coloca-se o termômetro debaixo da axila e aguardam-se alguns minutos para fazer a leitura. As afirmativas a seguir referem-se ao funcionamento do termômetro. I. A temperatura marcada no termômetro coincidirá com a temperatura de ebulição do mercúrio do dispositivo. II. A temperatura marcada na escala do termômetro está relacionada com a dilatação térmica do mercúrio. III. O tempo de espera citado acima refere-se ao tempo necessário para que se atinja o equilíbrio térmico entre o paciente e o termômetro. IV. Se a substância do mesmo termômetro for trocada por álcool, a temperatura indicada será a mesma. As afirmativas corretas são a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) III e IV. 2. (G1 - ifsul 2016) Analise cada uma das afirmativas abaixo, indicando, nos parênteses, se é verdadeira ou falsa, de acordo com o estudo da Calorimetria. ( ( (

( (

) A temperatura de 104 F corresponde a 40 C. ) A dilatação real de um líquido, quando aquecido, representa a dilatação do frasco mais a dilatação aparente do líquido. ) A transmissão de calor por convecção promove o movimento das camadas de um líquido ou de ar, sendo que as camadas frias sobem e as camadas quentes descem, devido à diferença de densidade entre elas. ) A mudança de fase ocorre sempre que,sob pressão constante, uma substância pura receba ou ceda calor, sem que ocorra variação de temperatura. ) A dilatação de uma certa massa de gás perfeito, que sofre uma transformação isobárica, faz com que um aumento de temperatura sobre esse gás provoque um aumento em seu volume.

A sequência correta, de cima para baixo, é a) V - V - F - F - V. b) V - V - F - V - V. c) V - F - F - V - V. d) V - F - V - F - V.

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3. (Uepg 2011) 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 correto. 01) Em geral, as dimensões de um corpo aumentam quando a temperatura aumenta. 02) Um corpo oco se dilata como se fosse maciço. 04) A tensão térmica explica por que um recipiente de vidro grosso comum quebra quando é colocada água em ebulição em seu interior. 08) A dilatação térmica de um corpo é inversamente proporcional ao coeficiente de dilatação térmica do material que o constitui. 16) Dilatação aparente corresponde à dilatação observada em um líquido contido em um recipiente. 4. (Uepg 2011) Considere uma garrafa de vidro totalmente cheia com água, hermeticamente fechada, submetida a alterações de temperatura. Nesse contexto, assinale o que for correto. 01) Diminuindo a temperatura do sistema, desde que a água permaneça líquida, o volume da água diminui em relação ao volume da garrafa, criando um espaço vazio no seu interior. 02) Se a variação de temperatura for de 15 ºC para – 5 ºC a garrafa não se romperá. 04) Sendo o coeficiente de dilatação da água menor que o coeficiente de dilatação do vidro, a dilatação observada na água não é real. 08) Aquecido o sistema, o volume interno da garrafa aumenta, enquanto que o volume de água permanece o mesmo. 5. (Uel 1995) Um recipiente de vidro de capacidade 2,0.10 2 cm3 está completamente cheio de mercúrio, a 0°C. Os coeficientes de dilatação volumétrica do vidro e do mercúrio são, respectivamente, 4,0.10-5 C°-1 e 1,8.10-4 C°-1. Aquecendo o conjunto a 100°C, o volume de mercúrio que extravasa, em cm3, vale -4 a) 2,8 . 10 b) 2,8 . 10-3 c) 2,8 . 10-2 d) 2,8 . 10-1 e) 2,8

Nível Médio 6. (Epcar (Afa) 2015) Com relação à dilatação dos sólidos e líquidos isotrópicos, analise as proposições a seguir e dê como resposta a soma dos números associados às afirmações corretas. (01) Um recipiente com dilatação desprezível contém certa massa de água na temperatura de 1C, quando é, então, aquecido lentamente, sofrendo uma variação de temperatura de 6C. Nesse caso, o volume da água primeiro aumenta e depois diminui. (02) Quando se aquece uma placa metálica que apresenta um orifício, verifica-se que, com a dilatação da placa, a área do orifício aumenta. (03) Quando um frasco completamente cheio de líquido é aquecido, este transborda um pouco. O volume de líquido transbordado mede a dilatação absoluta do líquido. (04) O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum porque tem menor coeficiente de dilatação térmica do que o vidro comum. (05) Sob pressão normal, quando uma massa de água é aquecida de 0C até 100C sua densidade sempre aumenta. (06) Ao se elevar a temperatura de um sistema constituído por três barras retas e idênticas de ferro interligadas de modo a formarem um triângulo isósceles, os ângulos internos desse triângulo não se alteram. a) 07. b) 10. c) 11. d) 12. www.nsaulasparticulares.com.br

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7. (Unesp 2010) Nos últimos anos temos sido alertados sobre o aquecimento global. Estima-se que, mantendo-se as atuais taxas de aquecimento do planeta, haverá uma elevação do nível do mar causada, inclusive, pela expansão térmica, causando inundação em algumas regiões costeiras. Supondo, hipoteticamente, os oceanos como sistemas fechados e considerando que o coeficiente de dilatação volumétrica da água é aproximadamente 2 x 10 –4 ºC–1 e que a profundidade média dos oceanos é de 4 km, um aquecimento global de 1 ºC elevaria o nível do mar, devido à expansão térmica, em, aproximadamente, a) 0,3 m. b) 0,5 m. c) 0,8 m. d) 1,1 m. e) 1,7 m. 8. (Enem 1999) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques NÃO fossem subterrâneos: I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível. II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro. III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido. Destas considerações, somente a) I é correta. b) II é correta c) III é correta d) I e II são corretas. e) II e III são corretas. 9. (Fuvest 1992) Adote: calor específico da água: 1 cal/g.°C A 10 °C, 100 gotas idênticas de um líquido ocupam um volume de 1,0 cm3. A 60 °C, o volume 3 ocupado pelo líquido é de 1,01 cm . Calcule: a) A massa de 1 gota de líquido a 10 °C, sabendo-se que sua densidade, a esta temperatura, é de 0,90 g/cm3. b) o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido.

Sem Classificação Por Dificuldade 10. (Unesp 2007) É largamente difundida a ideia de que a possível elevação do nível dos oceanos ocorreria devido ao derretimento das grandes geleiras, como consequência do aquecimento global. No entanto, deveríamos considerar outra hipótese, que poderia também contribuir para a elevação do nível dos oceanos. Trata-se da expansão térmica da água devido ao aumento da temperatura. Para se obter uma estimativa desse efeito, considere que o coeficiente de expansão volumétrica da água salgada à temperatura de 20 °C seja 2,0 × 10-4 °C1 . Colocando água do mar em um tanque cilíndrico, com a parte superior aberta, e considerando que a variação de temperatura seja 4 °C, qual seria a elevação do nível da água se o nível inicial no tanque era de 20 m? Considere que o tanque não tenha sofrido qualquer tipo de expansão.

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11. (Pucmg 2007) Um recipiente de vidro está completamente cheio de um determinado líquido. O conjunto é aquecido fazendo com que transborde um pouco desse líquido. A quantidade de líquido transbordado representa a dilatação: a) do líquido, apenas. b) do líquido menos a dilatação do recipiente. c) do recipiente, apenas. d) do recipiente mais a dilatação do líquido. 12. (Ufpr 2006) Uma taça de alumínio de 120 cm3 contém 119 cm3 de glicerina a 21°C. Considere o coeficiente de dilatação linear do alumínio como sendo de 2,3 × 10 -5 K-1 e o coeficiente de dilatação volumétrico da glicerina de 5,1 × 10 -4 K-1. Se a temperatura do sistema taça-glicerina for aumentada para 39°C, a glicerina transbordará ou não? Em caso afirmativo, determine o volume transbordado; em caso negativo, determine o volume de glicerina que ainda caberia no interior da taça. 13. (Ufpel 2005) Os postos de gasolina, são normalmente abastecidos por um caminhãotanque. Nessa ação cotidiana, muitas situações interessantes podem ser observadas. Um caminhão-tanque, cuja capacidade é de 40.000 litros de gasolina, foi carregado completamente, num dia em que a temperatura ambiente era de 30 °C. No instante em que chegou para abastecer o posto de gasolina, a temperatura ambiente era de 10 °C, devido a uma frente fria, e o motorista observou que o tanque não estava completamente cheio. Sabendo que o coeficiente de dilatação da gasolina é 1,1×10-3 °C-1 e considerando desprezível a dilatação do tanque, é correto afirmar que o volume do ar, em litros, que o motorista encontrou no tanque do caminhão foi de a) 40.880. b) 8.800. c) 31.200. d) 4.088. e) 880. 14. (Ufu 2005) Um frasco de capacidade para 10 litros está completamente cheio de glicerina e encontra-se à temperatura de 10°C. Aquecendo-se o frasco com a glicerina até atingir 90 °C, observa-se que 352 ml de glicerina transborda do frasco. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina é 5,0 × 10 -4°C-1, o coeficiente de dilatação linear do frasco é, em °C-1. -5 a) 6,0 × 10 . b) 2,0 × 10-5. c) 4,4 × 10-4. d) 1,5 × 10-4. 15. (Fgv 2001) O dono de um posto de gasolina recebeu 4000ℓ de combustível por volta das 12 horas, quando a temperatura era de 35 °C. Ao cair da tarde, uma massa polar vinda do Sul baixou a temperatura para 15°C e permaneceu até que toda a gasolina fosse totalmente vendida. Qual foi o prejuízo, em litros de combustível, que o dono do posto sofreu? -3 ° -1 (Dados: coeficiente de dilatação do combustível é de 1,0. 10 C ) a) 4ℓ b) 80ℓ c) 40ℓ d) 140ℓ e) 60ℓ 16. (Pucmg 1997) O tanque de gasolina de um automóvel, de capacidade 60 litros, possui um reservatório auxiliar de retorno com volume de 0,48 litros, que permanece vazio quando o tanque está completamente cheio. Um motorista enche o tanque quando a temperatura era de 20°C e deixa o automóvel exposto ao sol. A temperatura máxima que o combustível pode alcançar, desprezando-se a dilatação do tanque, é igual a:  gasolina = 2,0 x 10-4 °C-1 ° ° ° ° ° a) 60 C b) 70 C c) 80 C d) 90 C e) 100 C

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Gabarito: Resposta da questão 1: [C] [I] Incorreta. A temperatura indicada é a da axila do paciente. [II] Correta. Ao ser aquecido, o mercúrio dilata aumentando o comprimento da coluna. [III] Correta. [IV] Incorreta. O álcool e o mercúrio têm diferentes coeficientes de dilatação térmica, acarretando diferentes comprimentos para a coluna. Resposta da questão 2: [B] [V]

θC θF  32 θ θ 104  32 72   C   C   θC  40 C. 5 9 5 9 5 9

[V] Quando o líquido aquece o frasco também aquece. Então, a dilatação real é maior do que a aparente. [F] A transmissão de calor por convecção promove o movimento das camadas de um líquido ou de ar, sendo que as camadas frias descem e as camadas quentes sobem, devido à diferença de densidade entre elas. [V] De acordo com as leis específicas, a temperatura de mudança de fase de uma substância é constante para cada pressão. Todo calor recebido ou cedido nessa transformação é usado para mudança de fase. [V] O aumento de temperatura provoca aumento na energia cinética média as moléculas. Para que não haja aumento de pressão, o gás expande aumentando o volume. Resposta da questão 3: 01 + 02 + 04 + 16 = 23 Justificando a incorreta: 08) A expressão da dilatação é: V = V0  T. A dilatação é diretamente proporcional ao coeficiente de dilatação térmica do material que o constitui. Resposta da questão 4: 01. Gabarito Oficial: 01 + 04 = 05. Gabarito SuperPro®: 01. [01] Correta. A água tem maior coeficiente de dilatação que o vidro, quando ocorre aumento de temperatura do sistema, logo tem maior coeficiente de contração quando a temperatura diminui. [02] Incorreta. À temperatura de –5 °C, a água será congelada, aumentará de volume, estourando a garrafa. [04] Incorreta. A segunda parte dessa afirmativa é verdadeira: essa dilatação observada é chamada de dilatação aparente. Porém, banca examinadora cometeu um deslize na primeira parte da afirmativa, pois o coeficiente de dilatação da água é maior que o do vidro. Caso fosse menor, como afirmado, haveria uma contração aparente da água no aquecimento e uma dilatação aparente no resfriamento, tornando incorreta a afirmativa 01. [08] Incorreta. Tanto a água como a garrafa aumentam de volume.

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Resposta da questão 5: [E] O volume que extravasa (V’) é a diferença entre a dilatação do mercúrio e a dilatação do recipiente de vidro. Dados: V0 = 2,0 102 cm3; γHg  1,8  104 C1; γvidro  γHg  4,0  105 C1  0,4  104 C1;

θ  100 C.



V '  ΔVHg  ΔVvidro  V0 γHg Δθ  V0 γ vidro Δθ  V0 Δθ γHg  γ vidro









V '  2  102  100 1,8  104  0,4  104  2  104  1,4  104  V '  2,8 cm3 .

Resposta da questão 6: [D] Análise de cada afirmativa: [01] (Falsa) A água sofre uma dilatação anômala, pois de 0C até 4C o seu volume diminui (temperatura de maior densidade da água). Além dos 4C, o volume começa a aumentar de acordo como a maioria das substâncias se comporta com o aumento da temperatura. [02] (Verdadeira) O orifício da placa se comporta como se fosse feito com o mesmo material da placa, portanto também se dilata, aumentando sua área. [03] (Falsa) O volume de líquido transbordado mede a dilatação aparente do líquido, já que a dilatação absoluta é dada pela dilatação do frasco mais o volume do líquido transbordado. [04] (Verdadeira) Quanto menor coeficiente de dilatação térmica, menor é a dilatação térmica e maior a resistência ao choque térmico. [05] (Falsa) De 0C até 4C a densidade da água aumenta. [06] (Verdadeira) A dilatação depende do material, do comprimento inicial e da diferença de temperatura. Como, neste caso, temos o mesmo material e mesma variação de temperatura, as dimensões dilatadas serão proporcionais e os ângulos internos do triângulo isósceles serão iguais. Soma das alternativas verdadeiras é: 02 + 04 + 06 = 12. Resposta da questão 7: [C] Como a água dilata-se em todas as direções, não podemos levar em conta apenas a dilatação na vertical, como se fosse dilatação linear. O enunciado manda considerar os oceanos como sistemas fechados, então a área ocupada pela água (área da base do “recipiente”) se mantém constante. Dados: h0 = 4 km = 4  103 m;  = 2  10–4 °C-1;  = 1 °C. Da expressão da dilatação dos líquidos:

V  V0  



A h  A 0  

h  4  103  2  104  1 



h  0,8 m.

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Resposta da questão 8: [E] Considere que em uma determinada temperatura 1L de gasolina contenha 1kg. Com a temperatura aumentada o mesmo 1kg ocupará um volume maior aumentando o custo. Com a temperatura reduzida o mesmo 1kg ocupará um volume menor diminuindo o custo. Resposta da questão 9: a) 9,0 . 10–3 g. b) 2,0 . 10-4 °C–1. a) Dados: ρ = 0,9 g/cm3; V = 1 cm3; M = 100 m.

ρ

M V

 M  ρ V  100 m  ρ V  m 

ρ V 0,9  1 9   100 100 1000



m  9  103 g. b) Dados: V0 = 1 cm3; V = 1,01 cm3; θ0 = 10 °C; θ = 60 °C. ΔV  V0 γ Δθ  γ 

V  V0 1,01  1 0,01 1 1      V0  θ  θ0  1  60  10  50 5000 5  103

γ  2  104 C1.

Resposta da questão 10: ∆V = γ .V0.∆T ∆V = 2.104.(S.20).4 S.∆h = 160.S.104 ∆h = 16.103 = 1,6.102 m = 1,6 cm Resposta da questão 11: [B] Resposta da questão 12: A glicerina não transbordará pois a taça passará a ter um volume de 120,149 centímetros cúbicos, enquanto que o volume total da glicerina passará a ser de 120,092 centímetros cúbicos. Esta diferença 120,149 - 120,092 = 0,057 centímetros cúbicos é quanto ainda se poderia preencher de glicerina, na temperatura final. Resposta da questão 13: [E] Resposta da questão 14: [B] Resposta da questão 15: [B] Resposta da questão 16: [A]

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Porque o coeficiente de dilatação do vidro é diferente do coeficiente de dilatação do mercúrio?

Qual material tem maior coeficiente de dilatação o vidro ou o metal?

Qual o coeficiente de dilatação do mercúrio?

Qual será o comportamento de um termômetro que utiliza o mercúrio se o vidro de que ele é feito tiver o mesmo coeficiente de dilatação cúbica do mercúrio?