Enunciado

Uma barra de aço tem 3,000 c m de diâmetro a 25 ° C . Um anel de latão tem um diâmetro interno de 2,992 c m a 25 ° C . Se os dois objetos são mantidos em equilíbrio térmico, a que temperatura a barra se ajusta perfeitamento ao furo.

Passo 1

Falaaa galerinha do RespondeAí, tudo belezinha?

Se liga só, nesse exercício aqui o enunciado nos deu que uma barra de aço tem 3,000   cm de diâmetro a 25 ° C , equanto que um anel de latão tem um diâmetro interno de 2,992   cm   a 25 ° C . E sabendo que os dois objetos são mantidos em equilíbrio térmico, ele quer que a gente determine a que temperatura a barra se ajusta perfeitamente ao furo.

Belezoca, então se os dois objetos estão em equilíbrio termodinâmico, isso significa que eles possuem a mesma temperatura final. No enunciado diz que os dois também estão a mesma temperatura inicial, logo o valor de Δ T = T f - T i é igual para os dois, afinal tanto a temperatura final T f quanto a inicial T i , são as mesmas para os dois objetos.

Outra coisa importate é que a barra se ajustará perfeitamente ao furo quando os dois tiverem o mesmo diâmetro D a ç o = D l a t ã o e no capítulo 18 é possível encontrar uma tabela com os valores dos coeficientes de expansão do aço α a ç o e do latão α l a t ã o . E temos que a fórmula de expansão é:

∆ D = D 0 α Δ T

Juntando isso com a fórmula da expansão, temos:

D = D 0 ( 1 + α Δ T )

Então, para o aço:

D a ç o = D 0 a ç o 1 + α a ç o Δ T

E para o latão:

D l a t ã o = D 0 l a t ã o ( 1 + α l a t ã o Δ T )

Como os diâmetros finais serão iguais, podemos igualar as duas equações:

D a ç o = D l a t ã o

D 0 a ç o 1 + α a ç o Δ T = D 0 l a t ã o 1 + α l a t ã o Δ T

Vamos arrumar um pouquinho isso:

D 0 a ç o + D 0 a ç o α a ç o Δ T = D 0 l a t ã o + D 0 l a t ã o α l a t ã o Δ T

D 0 a ç o α a ç o Δ T - D 0 l a t ã o α l a t ã o Δ T = D 0 l a t ã o - D 0 a ç o

Colocando o ∆ T em evidência:

Δ T ( D 0 a ç o α a ç o - D 0 l a t ã o α l a t ã o ) = D 0 l a t ã o - D 0 a ç o

Isolando Δ T     temos:

Δ T = D 0 l a t ã o - D 0 a ç o D 0 a ç o α a ç o - D 0 l a t ã o α l a t ã o

Iradoso, então substituindo os valores vamos descobrir que:

Δ T = 2,992 - 3,00 11 × 10 - 6 3,00 - 19 × 10 - 6 2,992

Δ T = 335 ° C

Passo 2

Show de bolinhas, agora para determinar a temperatura desejada, lembramos que Δ T = T f - T i , sendo assim:

335 ° = T f - T i

Isolando T f :

T f = T i + 335 °

Como o enunciado nos diz que a temperatura inicial é 25 ° C , vamos obter que:

T f = 25 + 335

T f = 360 °

Resposta

T = 360 ° C

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