¿Qué es dilatación térmica?
Es
el aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un
cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en el por
cualquier medio. Cuando en lugar de aumentar, la temperatura disminuye, el volumen
del cuerpo también lo hace, hablándose en estos casos de contracción térmica.
¿Qué es dilatación lineal?
La
mayoría de las sustancias aumentan su tamaño cuando aumenta su temperatura. En
un sólido a medida que aumenta la temperatura, aumenta amplitud de la vibración
atómica, se incrementa modificando así todas las dimensiones del sólido =
dilatación lineal.
Dilatación lineal:
Fórmula que se utiliza para la
dilatación lineal
El cambio proporcional en longitud está dado por:
ΔL= Variación de la longitud
α = Coeficiente de dilatación lineal
LO = Longitud inicial
ΔT=Variación de la temperatura (Temperatura final menos la Temperatura inicial)
- El α = coeficiente de proporcionalidad = coeficiente de dilatación lineal.
- El α produce el mismo incremento de longitud para todos los materiales
- El α da por entendido que es la longitud que aumenta el material al elevar su temperatura.
Entonces se puede decir que una vez sacado la variación de la longitud ya podemos calcular la longitud final del cuerpo:
LF = Longitud final
LO = Longitud inicial
ΔL= Variación de la longitud
Ejercicio de dilatación lineal
1) Un riel de aluminio de
30 metros a 20° C, aumentara su temperatura a 60°C, sabiendo que el coeficiente
de dilatación lineal del aluminio es de 2.4x10-5
°C-1 ¿Cuánto medirá su longitud?
Datos:
α= 2.4x10-5 °C-1
LO = 30 m
Tº = 20º C
TF = 60º C
LO = 30 m
Tº = 20º C
TF = 60º C
Solución:
ΔL = α.Lo.ΔT ΔT= TF - Tº
= (2.4x10-5/ºC)(30m)(60ºC-20ºC)
= 0.0288 m
LF = Lo + ΔL
= 30 m + 0.0288 m
= 30.0288 m es la Longitud que tendrá la riel a aumentar su temperatura a 60ºC
¿Qué es dilatación superficial?
Cuando
un área o superficie se dilata lo hace incrementando sus dimensiones en la
misma proporción tanto en su largo como su ancho lo que significa un incremento
en su área, la dilatación del área se diferencia de la lineal, por que implica
un incremento en su área. Cuando
a los sólidos con un área inicial de un metro cuadrado se les aumenta 1ºC su
temperatura, varían en su área de manera constante, a esta cantidad se le
conoce como coeficiente de dilatación superficial. Este coeficiente de dilatación
superficial es específico para cada sustancia y se representa con la letra
griega ɣ(gamma).
Dilatación superficial:
Fórmula que se utiliza para la
dilatación superficial
Para calcular la variación del área de un cuerpo se utiliza la siguiente expresión:
ΔS= Variación del área de la superficie
ɣ = 2α = Coeficiente de dilatación superficial
SO = área de la superficie inicial
ΔT= Variación de la temperatura (Temperatura final menos la Temperatura inicial)
Para calcular la superficie final del cuerpo se utiliza la siguiente expresión:
SF= área de
la superficie final
SO = área de la superficie inicial
ΔS= Variación del área de la superficie
Ejercicio de
dilatación Superficial
A una temperatura de 19ºC una ventana de vidrio tiene un área de 1.9m2 con un coeficiente de dilatación superficial de 14.6x10-6
ºC-1 ¿Cuál será su área final al aumentar su temperatura a 35ºC?
Datos:
Tº= 19ºC
TF = 35ºC
So = 1.9 m2
ɣ = 14.6x10-6 ºC-1
Solución:
ΔS= ɣ.So. ΔT ΔT= TF - Tº
= (14.6x10-6/ºC)(1.9 m2)( 35ºC- 19ºC)
= 0.000443 m2
SF = So + ΔS
= 1.9 m2 + 0.000443 m2
=1.900443 m2será el área final al aumentar su temperatura a 35ºC
¿Qué es dilatación volumétrica?
Es
el incremento de volumen que experimenta un cuerpo al aumentar su temperatura. Cuando
a las sustancias con un volumen inicial de un metro cubico se les aumenta 1ºC
su temperatura, varían su volumen de manera constante, a esta cantidad se le conoce
como coeficiente de dilatación volumétrica. Este coeficiente de dilatación volumétrica
es específico para cada sustancia y se representa con la letra griega ß(Beta).
Dilatación volumétrica:
Fórmula que se utiliza para la
dilatación volumétrica
Para calcular la variación
del volumen de una sustancia se utiliza la ecuación:
ΔV= Variación del volumen
VO = volumen inicial del cuerpo
ß = 3α = Coeficiente de
dilatación volumétrica
ΔT= Variación de la temperatura (Temperatura final menos la Temperatura inicial)
VF= volumen final al del cuerpo
VO = volumen inicial del cuerpo
ΔV= Variación del volumen
Ejercicio de dilatación volumétrica
Adrián tiene un tanque de 10,000 cm3 de
gasolina. Está almacenado a 23ºC, si la temperatura del ambiente está a 36 ºC,
¿Cuánto aumenta su volumen?
Datos:
ß = 1100x10-6 ºC-1
VO= 10,000 cm3
VO= 10,000 cm3
Ti= 23ºC
TF = 36ºC
Solución:
ΔV= ßVOΔT ΔT= TF –
Ti
=(1100x10-6/
ºC)(10,000 cm3)( 36ºC-23ºC)
= 143 cm3
VF=
Vo
+ ΔV
= 10,000 cm3 + 143 cm3
= 10, 143 cm3
Dilatación irregular del agua
La
dilatación irregular se debe a que cuando la temperatura decrece de 4ºC a 0ºC
el agua aumenta su volumen. De manera natural todos los demás líquidos se
contraen cuando disminuye la temperatura, pero el agua no lo hace. A 4ºC el
agua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima. Esto provoca que el agua a
esa temperatura tienda a irse al fondo y solo una parte se congela. En el medio ambiente favorece ala supervivencia de las especies acuáticas, ya que al tener menor densidad el hielo, flota congelado solo la superficie de los lagos o mares y, en el fondo, se mantiene el agua a 4ºC.
