Ciências e Química

Dilatação

Diferenças na expansão térmica dos materiais podem levar a efeitos interessantes no posto de gasolina. Um exemplo é o gotejamento de gasolina de um tanque recém-cheio em um dia quente. A gasolina começa na temperatura do solo sob o posto de gasolina, que é mais frio que a temperatura do ar acima. A gasolina esfria o tanque de aço quando ele está cheio. Tanto a gasolina quanto o tanque de aço se expandem à medida que aquecem à temperatura do ar, mas a gasolina se expande muito mais do que o aço e, portanto, pode transbordar.
 
Essa diferença na expansão também pode causar problemas ao interpretar o medidor de gasolina. A quantidade real (massa) de gasolina deixada no tanque quando o medidor atinge “vazio” é muito menor no verão do que no inverno. A gasolina tem o mesmo volume que no inverno quando a luz "adicionar combustível" se acende, mas como a gasolina se expandiu, há menos massa. Se você está acostumado a ter mais 40 milhas em “vazio” no inverno, cuidado - você provavelmente ficará muito mais rápido no verão.
Porque o gás se expande mais do que o tanque de gasolina com o aumento da temperatura, você não pode dirigir tantas milhas em "vazio" no verão como você pode no inverno.
 
Calculando a Expansão Térmica: Gasolina versus Tanque de Gasolina
Suponha que um tanque de gasolina de 60 litros feito de aço esteja cheio e que tanto o tanque quanto a gasolina estão numa temperatura de 15 ºC . Qual o volume dessa gasolina se for aquecida a 35 ºC?

Estratégia

O tanque e a gasolina aumentam de volume, mas a gasolina aumenta mais, então a quantidade derramada é a diferença em suas variações de volume. (O tanque de gasolina pode ser tratado como aço sólido.) Podemos usar a equação para expansão de volume para calcular a mudança no volume da gasolina e do tanque.

Solução

1. Use a equação para expansão de volume para calcular o aumento no volume do tanque de aço:
ΔVaço= βaço.Vo.ΔT

2. O aumento no volume da gasolina é dado por esta equação:
ΔVgas= βgas.Vogas.ΔT

3. Para encontrar a diferença no volume, fazemos:
Vdif = Vgas - Vaço

Alternativamente, podemos combinar essas três equações em uma única equação. (Observe que os volumes originais são iguais.)
Vdif = gas.-βaço)Vo.ΔT
Vdif = [(950 - 35).10-6/ºC].(60 L).(20 ºC)
Vdif = 1,10 litros !
 
Discussão
Esta quantidade é significativa, particularmente para um tanque de 60 litros. O efeito é tão impressionante porque a gasolina e o aço se expandem rapidamente. A taxa de mudança nas propriedades térmicas é discutida nos métodos de transferência de calor e calor.

Se você tentar tampar o tanque com força para evitar transbordamento, descobrirá que vaza de qualquer maneira, seja em volta da tampa ou rebentando o tanque. A compressão apertada do gás de expansão é equivalente à compressão, e tanto os líquidos quanto os sólidos resistem a ser comprimidos com forças extremamente grandes. Para evitar a ruptura de contêineres rígidos, esses contêineres apresentam espaços aéreos, que permitem que eles se expandam e contraiam sem estressá-los.
Note também que uma diferença de 1,10 litros pode enganar um motorista no verão, pois o volume da gasolina aumenta, mas o que faz o carro andar é a massa de gasolina disponível. Assim, com o carro na reserva, o motorista corre o riscoa de andar uns 10 km a menos no verão.
 
Referências

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