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Exercícios sobre dilatação de lâminas bimetálicas

Exercícios de Física

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre a dilatação de lâminas bimetálicas, material utilizado na composição de circuitos elétricos. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
questão 1

(Unesp) A figura é o esquema simplificado de um disjuntor termomagnético utilizado para a proteção de instalações elétricas residenciais. O circuito é formado por um resistor de baixa resistência R; uma lâmina bimetálica L, composta pelos metais X e Y; um eletroímã E; e um par de contatos C. Esse par de contatos tende a abrir pela ação da mola M2, mas o braço atuador A impede, com ajuda da mola M1. O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A somente em caso de corrente muito alta (curto-circuito) e, nessa situação, A gira no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M2.

De forma similar, R e L são dimensionados para que esta última não toque a extremidade de A quando o circuito é percorrido por uma corrente até o valor nominal do disjuntor. Acima desta, o aquecimento leva o bimetal a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de forma idêntica à do eletroímã.

(www.mspc.eng.br. Adaptado.)

Na condição de uma corrente elevada percorrer o disjuntor no sentido indicado na figura, sendo αX e αY os coeficientes de dilatação linear dos metais X e Y, para que o contato C seja desfeito, deve valer a relação ________ e, nesse caso, o vetor que representa o campo magnético criado ao longo do eixo do eletroímã apontará para a ________.

Os termos que preenchem as lacunas estão indicados correta e respectivamente na alternativa:

a) αX > αY … esquerda.

b) αX < αY … esquerda.

c) αX > αY … direita.

d) αX = αY … direita.

e) αX < αY … direita.

questão 2

(UFAL) Um dispositivo é montado com o objetivo de indicar, por meio de um aviso luminoso, um limite para temperaturas altas e um limite para temperaturas baixas, conforme mostrado no esquema.

Um par bimetálico formado por duas ligas metálicas x e y, de coeficientes de dilatação linear diferentes, é instalado entre dois conectores ligados a um circuito elétrico de duas malhas que contém uma fonte de voltagem fixa e duas lâmpadas. Com a variação de temperatura, as ligas metálicas modificam seu comprimento, curvando o par bimetálico para um dos lados até tocar nos conectores, fechando um dos circuitos e ligando uma das lâmpadas. Em temperatura ambiente, as duas ligas metálicas se encontram com o mesmo tamanho, mantendo o par bimetálico erguido.

Sendo o coeficiente de dilatação linear da liga metálica x maior do que o coeficiente de dilatação linear da liga metálica y, o dispositivo se comportará de forma que

a) para uma temperatura alta, a liga metálica x dilata mais que a liga metálica y, curvando o par bimetálico para a direita, que fecha contato com o conector 2, acendendo a lâmpada B.

b) para uma temperatura alta, a liga metálica y dilata mais que a liga metálica x, curvando o par bimetálico para a direita, que fecha contato com o conector 2, acendendo a lâmpada B.

c) para baixas temperaturas, a liga metálica y contrai mais do que a liga metálica x, curvando o par bimetálico para a direita, que fecha contato com o conector 2, acendendo a lâmpada B.

d) para baixas temperaturas, a liga metálica y dilata mais do que a liga metálica x, curvando o par bimetálico para a esquerda, que fecha contato com o conector 1, ascendendo a lâmpada A.

e) para altas temperaturas, a liga metálica x contrai mais do que a liga metálica y, curvando o par bimetálico para a esquerda, que fecha contato com o conector 1, ascendendo a lâmpada A.

questão 3

As seguintes informações são feitas a respeito de duas barras X e Y que compõem uma lâmina bimetálica. Sabe-se que o coeficiente de dilatação de X é maior que o de Y.

I – Caso haja aquecimento do sistema, a lâmina bimetálica será dobrada para o lado em que estiver a barra X.

II – Caso haja resfriamento do sistema, a lâmina bimetálica será dobrada para o lado em que estiver a barra X.

III – Caso haja aquecimento do sistema, Y dilatar-se-á mais que X.

IV – Caso haja resfriamento do sistema, X contrair-se-á mais que Y.

V – Não há possibilidade da lâmina bimetálica ser dilatada de forma uniforme.

Está correto o que se afirma em:

a) I, II e III

b) II, III e IV

c) III, IV e V

d) I, II e V

e) II, IV e V

questão 4

A imagem a seguir mostra uma lâmina bimetálica composta pelos materiais A e B.

Marque a alternativa correta a respeito das possíveis variações de temperatura sofridas por essa lâmina.

Dados:

αA = Coeficiente de dilatação linear da barra A;
αB = Coeficiente de dilatação linear da barra B.

a) Se αA for maior que αB e o sistema for resfriado, a lâmina bimetálica dobrar-se-á para baixo.

b) Caso haja aquecimento do sistema e αA > αB, a lâmina dobrar-se-á para cima.

c) Mesmo com os coeficientes diferentes, as barras apresentaram o mesmo tamanho final, pois possuem o mesmo comprimento inicial.

d) Caso αB > αA, a lâmina será dobrada para baixo em caso de resfriamento.

e) Todas as alternativas anteriores estão incorretas.

respostas
Questão 1

Letra C

A lâmina bimetálica deve ser curvada para a direita com o aquecimento do sistema. Sendo assim, a barra composta do metal X deverá sofrer maior dilatação e, por isso, possuir o maior coeficiente de dilatação linear.

O sentido do campo magnético pode ser determinado por meio da regra da mão direita aplicada aos fios que circulam o material que compõe o eletroímã. Se os quatro dedos da mão direita acompanharem o sentido da corrente elétrica indicado na figura, o polegar esticado indicará o sentido do campo magnético, que, nesse caso, é para a direita.

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Questão 2

Letra A

A lâmina X dilata-se e contrai-se com mais facilidade que a lâmina y. Caso ocorra a dilatação, o sistema será dobrado para a direita, pois x se tornará maior que y, e a lâmpada B será acesa. Caso ocorra contração, o sistema será dobrado para a esquerda, pois x se tornará menor que y, e a lâmpada A será acesa.

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Questão 3

Letra A

I – Falsa. A barra X possui maior coeficiente de dilatação, por isso, dilatar-se-á mais e fará com que o sistema seja dobrado para o lado da barra Y.

II – Verdadeira.

III – Falsa. O material que sofrerá maior dilatação é aquele que possui o maior coeficiente de dilatação. No caso de um aquecimento, X dilatar-se-á mais que Y.

IV – Verdadeira.

V – Verdadeira.

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Questão 4

Letra D

Se αB > αA, a barra B sofrerá maior dilatação ou contração que a barra A. Em caso de resfriamento, a barra B contrai-se mais e puxa a barra A para baixo.

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