Question

Considere um recipiente ideal, no interior do qual são colocados 2,4 litros de água e uma fina haste metálica de espessura e massa desprezíveis, comprimento inicial igual a 10cm e coeficiente de dilatação volumétrico igual a 3,610–5 ºC–1, que estão em equilíbrio térmico a uma temperatura de 20ºC. O conjunto é colocado no interior de um forno de potência constante e igual a 4000W, que é ligado durante 3 minutos. Considerando que toda energia térmica liberada pelo forno foi integralmente absorvida pelo conjunto (água+haste), determine a dilatação linear sofrida pela haste metálica após o tempo de aquecimento.

Adote:
calor específico da água = 1,0cal/gºC
densidade da água = 1g/cm3
1cal = 4J

Answer 1

Potência = 4000w = Q/ΔT
4000W=Q/3(60s)
4000W=Q/180
Q=720000 W.s (W.s=Joule)
Q=720000 J (1Cal=4J)
Q=180000 Cal
A água recebera essa quantidade Q de calor e irá aumentar sua temperatura
Para descobrir essa variação ... Q=m.c.ΔT 
180000= 2400.1.ΔT  
(2400g equivale a 2,4 litros, segundo a densidade dada)
Isolando temos que ΔT=75
Como o haste está dentro dessa água e irá receber a mesma variação de temperatura: (OBS: 3α=γ, dividiremos por 3 o coeficiente de dilatação volumétrica)
ΔL=L(inicial).α.ΔT
ΔL=10.1,2.10^–5.75
ΔL=900.10^–5cm
= 9.10^–3 cm