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¿Qué es el calor? ¿Qué es dilatación?

miércoles, 28 de noviembre de 2012

Dilatación


Se denomina dilatación térmica al aumento de longitudvolumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por cualquier medio.


En un sólido las moléculas tienen una posición razonablemente fija dentro de él. Cada átomo de la red cristalina vibra sometido a una fuerza asociada a un pozo de potencial, la amplitud del movimiento dentro de dicho pozo dependerá de la energía total de átomo o molécula. Al absorber calor, la energía cinética promedio de las moléculas aumenta y con ella la amplitud media del movimiento vibracional (ya que la energía total será mayor tras la absorción de calor). El efecto combinado de este incremento es lo que da el aumento de volumen del cuerpo.

En los gases el fenómeno es diferente, ya que la absorción de calor aumenta la energía cinética media de las moléculas lo cual hace que la presión sobre las paredes del recipiente aumente. El volumen final por tanto dependerá en mucha mayor medida del comportamiento de las paredes.

martes, 27 de noviembre de 2012

Dilatación Volumétrica


La dilatación volumétrica se presenta en el estado liquido y su concepto y fórmula son los mismos, solo que en lugar de trabajar con longitudes se trabaja con volúmenes, los cuales deben ser dados en cm3, es muy común que cuando se habla de dichos volúmenes se expresen en unidades de capacidad, pero el   (coeficiente de dilatación volumétrica) nos señala que debe de haber transformación a cm3 con la siguiente equivalencia:



1LITRO= 1000CM3

Todas las leyes de física tienen una fórmula y consecuentemente una definición:
“LA DILATACIÓN VOLUMÉTRICA QUE SE PRESENTA EN UN LIQUIDO ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA DIFERENCIA DE VOLÚMENES E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL VOLUMEN INICIAL MULTIPLICADO POR LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS” En estos casos, las temperaturas podrán ser dadas en °f, °k, °r, los cuales deberán ser convertidos a °C.




El incremento de volumen de un cuerpo puede calcularse mediante la expresión matemática:

V-Vo = 3aVo(T2-T1)
Donde:

V-Vo  = incremento de volumen
3a      = coeficiente de expansión volumétrica
Vo      = volumen inicial (antes de la dilatación)
T2-T1 = incremento de temperatura


A continuación se muestra un video explicando el tema mediante un ejercicio:




Dilatación Superficial


Cuando un cuerpo recibe calor, sus partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más espacio para desplazarse y, por tanto, el volumen del cuerpo aumenta. A este aumento de volumen se le llama dilatación

Entonces, la dilatación superficial es la expansión de una superficie que experimenta un cuerpo al ser calentado. El fenómeno de dilatación superficial se presenta, por lo general en placas metálicas o en láminas muy delgadas, donde podemos apreciar su espesor. En estas placas metálicas, al aplicarles calor se produce su expansión de su superficie o área, es decir, crecen un poco.

La dilatación superficial es la expansión de un cuerpo en dos dimensiones, incrementando de esta manera su área.



Lo anterior se puede representar por la siguiente ecuación:

A-Ao = 2aAo(T2-T1)
Donde:
A-Ao  = incremento de área
Ao = área del objeto antes de su dilatación
T2-T1 = diferencia de temperaturas
2ª = Ɣ

Este último se conoce como el coeficiente medio de expansión de área o de dilatación superficial; se puede obtener multiplicando el coeficiente de dilatación térmica por 2.


Para explicar mejor el tema se presenta el siguiente ejercicio:

     1.    Si el coeficiente de dilatación lineal del oro es de 14.2x10-6 °C -1 ¿Cuál será el coeficiente de dilatación superficial?

DATOS
FORMULA
SOLUCION
a = 14.2x10-6 °C -1
2a = Ɣ
Ɣ = 2(14.2x10-6 °C -1)


Ɣ = 28.4x10-6 °C-1

A continuación se presenta un video sobre el tema en cuestión:





Dilatación Lineal


Dilatación Lineal

La dilatación lineal es el incremento en la longitud de un material debido a un aumento en su temperatura. En muchos casos, la variación en las dimensiones de un sólido es imperceptible a simple vista; en algunos otros, es posible observarlo. Cuando los materiales sufren un aumento de temperatura se incrementa su longitud, y la fuerza es el equivalente a la diferencia de temperatura que provoca un cambio en las dimensiones de los materiales.



La dilatación o expansión térmica desempeña un papel muy importante en la construcción de edificios, puentes y carreteras, entre otros. Para el caso de un sólido, que tiene una forma definida, la expansión térmica puede analizarse en términos de las dimensiones específicas del objeto. El cambio en cualquier dimensión de un sólido se denomina expansión térmica lineal.

L-Lo = aLo(T2-T1)

Donde:
L-Lo = cambio en la longitud
a = constante de proporcionalidad y se denomina coeficiente de expansión térmica lineal del material.
Lo = longitud inicial (antes de la dilatación)
T2-T1 = cambio de temperatura

A continuación se explicará con más detalle mediante un ejercicio:

      1.    Una de las ciudades más calurosas de la República Mexicana es Hermosillo, Sonora. Si un día de verano amanece a una temperatura de 25°C y alrededor de las 15:00 p.m. se eleva a 40°C, ¿Cuál será el incremento de longitud en cm de un cable de alta tensión de acero de 200 m?

       DATOS
             FORMULA
                             SOLUCIÓN
       T1 = 25°C
       L-Lo = aLo(T2-T1)
      L-Lo=(11.5x10-6)(200m)(40°C-25°C)
       T2 = 40°C

      = (11.5x10-6°C-1)(200m)(15°C)
       Lo = 200 m
   
      = 3.45 cm
       a = 11.5x10-6 °C-1

      = 1.03 cm
       L-Lo = ?




A continuación se muestra un video con un ejemplo experimental de dilatación lineal: