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Termodinâmica e calorimetria · GCSE Physics Topic 3

Simulador de dilatação térmica e lâmina bimetálica

Simulador de dilatação térmica linear e termostato bimetálico: deflexão diferencial

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Cálculo local · Privado
Laboratório interativo de ciências Cálculos matemáticos e físicos puramente locais no navegador sem coleta de dados pessoais.
Janela de simulação 3D● 60 FPS
Predefinições e armadilhas comuns:

Variáveis de controle do experimento

°C
×10⁻⁶/K
×10⁻⁶/K
mm

Deduções e métricas em tempo real

Deflexão da ponta δ
--
Estado do contato
--
Raio de curvatura R
--
Sentido da curvatura
--
Dedução de fórmulas em tempo real
Fórmula fundamental: --
Substituição de valores: --
Estado físico: --

Exemplos clássicos e armadilhas de exame

Worked Problem

Problema: A 100m steel rail laid at -10°C faces 40°C in summer (α = 1.2*10^-5 /°C). Find thermal expansion stretch and joint gap.
Derivação passo a passo:
  1. Δt = 50°C. Stretch ΔL = α * L * Δt = 1.2*10^-5 * 100 * 50 = 0.06m = 6cm. Joint gap must exceed 6cm.

Worked Problem

Problema: A bimetallic strip is made of copper and iron (copper expands more). Which way does it bend when heated? When cooled?
Derivação passo a passo:
  1. Heated: bends toward the iron side (iron on concave inside). Cooled: bends toward the copper side (copper contracts more).

Folha de investigação em aula e exercícios

Q1. Variant 1: What principle governs liquid thermometers? Why can't water be used as thermometric fluid?
Q2. Variant 2: Why do long steam pipelines feature periodic Ω-shaped (horseshoe) expansion loops?
Q3. Variant 3: Why do power lines sag in summer and tighten in winter? What caution must linemen exercise when stringing in summer?

Perguntas frequentes e erros comuns

Why is water's maximum density at 4°C vital for freshwater fish winter survival?
4°C dense water sinks to the lake bottom while 0°C ice floats on top as an insulating blanket, keeping the lake bottom stably at 4°C.
Why are asphalt expansion relief joints cut into concrete highways every dozen meters?
Prevents road buckling! Without expansion slits, intense summer solar heat expands concrete until slabs buckle violently and shatter.
How do fire alarms and MEMS devices implement bimetallic strips?
Ambient fire heat curls the bimetallic beam across a contact gap, triggering alarm sirens; in MEMS, differential expansion tilts micro-mirrors.
If a steel ruler calibrated at 0°C is used in a 40°C heatwave, does the reading err high or low?
Reads LOW! The steel ruler thermally expands, spacing millimeter marks further apart, so fewer units span the measured object.