Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 25.Problemas - Ex. 67
67- O coeficiente de temperatura da resistência indicado na Equação é igual ao coeficiente de temperatura da resistividade indicado na Equação somente quando o coeficiente de dilatação térmica é pequeno. Um tubo vertical cilíndrico contém uma coluna de mercúrio. Para a temperatura de , o comprimento da coluna de mercúrio é igual a . O diâmetro da coluna de mercúrio é de e não varia com a temperatura porque o vidro possui um valor pequeno para o coeficiente de dilatação térmica. O coeficiente de dilatação térmica do mercúrio é indicado na Tabela , sua resistividade a temperatura de é indicada na Tabela e seu coeficiente de temperatura da resistividade é indicado na Tabela .
Para a temperatura de , qual é a resistência entre as extremidades da coluna de mercúrio?
A coluna de mercúrio é aquecida até . Qual é a variação de sua resistividade?
Qual é sua variação de comprimento? Explique por que a variação de comprimento é determinada pelo coeficiente de dilatação volumétrica em vez do coeficiente de dilatação linear?
Qual é a variação de sua resistência? (Sugestão: Como as variações relativas de e de são pequenas, pode ser útil deduzir a partir da Equação uma relação para em termos de e de .)
Qual é o coeficiente de temperatura da resistência indicado na Equação para a coluna de mercúrio? Como esse valor se compara ao coeficiente de temperatura da resistividade? O efeito da variação do comprimento é relevante?
Passo 1
Verificar as tabelas-
O coeficiente de resistividade a temperatura do mercúrio é igual a:
A resistividade do mercúrio é de:
E o coeficiente de dilatação térmica do mercúrio é:
Passo 2
Dessa forma para a temperatura a resistência elétrica do mercúrio será:
Passo 3
A resistividade na temperatura de será igual a:
Então a variação da resistividade será de:
Passo 4
Por termos uma área de seção transversal (que se mantém constante por conta do diâmetro do vidro) então teremos que fazer um cálculo considerando a variação do volume do mercúrio e que será igual a:
Como queremos a variação do comprimento então:
Precisamos utilizar o coeficiente volumétrico pois a área poderia muito bem variar, como não varia toda essa vontade de variar acaba se convertendo no comprimento saca? Por isso estaria errado em uitlizar o comprimento de dilatação linear aqui.
Passo 5
Assim como derivada de muitas variáveis nós podemos escrever a variação da resistência da seguinte forma:
Onde e serão os valores iniciais.
Então:
Passo 6
Pela fórmula temos:
Então:
Enquanto o coeficiente da temperatura da resistividade é de
Comparando as duas temos:
Valor maior que o coeficiente de resistividade da temperatura, e como a única variável que mudou foi o comprimento então sim a variação do comprimento influencia sim.