Los efectos mas comunes que ocacionan las variaciones de temperatura en los cuerpos o sustancias, son los cambios de sus dimenciones y los cambios de fase. Nos referiremos a los cambios de dimenciones de los cuerpos en que se produzcan los cambios de fase.
DEFINICION:
Llamamos dilatacion al cambio de dimenciones que experimantan los solidos, liquidos y gases cuando se varia la temperatura, permaneciendo la presion constante. La mayoria de los sistemas aumentan sus dimenciones cuando aumenta la temperatura.
CONCEPTOS Y TEORIAS
dilatación
- f. Alargamiento, aumento de tamaño:
dilatación de la pupila. - Variación del volumen de un cuerpo por la acción del calor, que separa las moléculas y disminuye la densidad:
intenté dilatar el tubo metálico poniéndolo al fuego.
TEORIA DE LA DILATACION
Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.
Mas abajo se muestra una tabla de dilatación de algunas sustancias. Conocido el coeficiente de dilatación es necesario multiplicarlo por el número de centímetros y por el número de grados, para saber cuál será la extensión total del sólido en las condiciones que deberá soportar. En otras palabras, si el sólido tiene 1,50 m. y la variación de temperatura es de 30° habrá que multiplicar ese coeficiente tan pequeño por 150 y por 30 a fin de conocer su dilatación total en centímetros.
Coeficientes de dilatación lineal (por coda grado de temperatura y centímetro de longitud)
Aluminio 0,000024
Bronce 0,000018
Hormigón 0,000018
Cobre 0,000017
Fundición de hierro 0,000012
Acero 0,000013
Platino 0,000009
Vidrio térmico 0,000003
Vidrio comercial 0 000011
Cuarzo fundido 0,0000005
Invar (aleación) 0,0000009
Roble, a lo largo de fibra 0,000005
Roble, a lo ancho de fibra 0,000054
Caucho duro 0,000080
Bronce 0,000018
Hormigón 0,000018
Cobre 0,000017
Fundición de hierro 0,000012
Acero 0,000013
Platino 0,000009
Vidrio térmico 0,000003
Vidrio comercial 0 000011
Cuarzo fundido 0,0000005
Invar (aleación) 0,0000009
Roble, a lo largo de fibra 0,000005
Roble, a lo ancho de fibra 0,000054
Caucho duro 0,000080
¿POR QUÉ SE DILATAN LAS SUSTANCIAS CON LA TEMPERATURA?
La temperatura no es más que la expresión del grado de agitación de las partículas o moléculas de una sustancia. Cuando se da calor a un sólido se está dando energía a sus moléculas; éstas, estimuladas, vibran más enérgicamente. Es cierto que no varían de volumen; pero se labran un espacio más grande para su mayor oscilación, de manera que al aumentar la distancia entre molécula y molécula el sólido concluye por dilatarse. La fuerza que se ejerce en estos casos es enorme.
ALGUNAS APLICACIONES
La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato, como muestra la ilustración.
La dilatación tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar.
Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico.
MEDIDA DE LA DILATACIÓN
En la figura se ilustra el aparato que se utiliza para determinar la dilatación lineal. En esencia consiste en calentar una barra de longitud conocida hasta una temperatura determinada y medir cuánto se ha dilatado. La dilatación superficial será el doble de la lineal y la dilatación en volumen el triple de ésta. La razón es muy sencilla: si el cuerpo tiene longitud uno, y llamamos a la dilatación “d", la longitud dilatada será l + d; la superficie una vez dilatada será 1 + 2d + d², pero d² es tan pequeño que no se tiene en cuenta; y lo mismo ocurrirá para el volumen, cuya fórmula es l+3d+3d²+d3, puesto que los dos últimos términos son tan pequeños que tampoco se los tiene. en cuenta. Conviene recordar esta eliminación de cantidades inapreciables para muchas otras aplicaciones, como el cálculo de errores.
VIDEOS DE DILIATACION RELACIONADOS CON CONCEPTOS Y TEORIAS
http://www.youtube.com/watch?v=ioGo9TJ0cXY
http://www.youtube.com/watch?v=wRWbVsakqes
http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=JlAlH1ENqRE
FORMULARIO
DILATACIÓN LINEAL
Calcular el coeficiente se emplea la siguiente ecuación:
µ = coeficiente de dilatación lineal
Lf= longitud final
Lo= longitud inicial
Tf= temperatura final (ºC)
To= temperatura inicial
µ = Lf- Lo/Lo(Tf- To)
Calcular longitud final
Lf= Lo{1+gamma(Tf-To)
DILATACIÓN SUPERFICIAL
Coeficiente A es dos veces mayor y (gamma)
Y=2 gamma
Af= area final (m2)
Ao= area inicial (m2)
Y= coeficiente de dilatación superficial en 1/ºC o ºC-1
Tf= temperatura final
To= temperatura inicial
Af= Ao{1+y(Tf-To)}
DILATACIÓN VOLUMÉTRICA
b Sera tres veces mayor (beta)
b = 3 (gamma)
Calcular volumen final: Vf= Vo{1+beta(Tf-To)}
Vf=volumen final
Vo= volumen inicial
b = coeficiente de dilatación volumétrica en 1/ºC
Tf= temperatura final (ºC)
To= temperatura inicial (ºC)
EJERCICIOS PROPUESTOS
DILATACION LINEAL
DILATACION LINEAL
Un puente de acero de 100 m de largo a 8ºC, aumenta su temperatura a 24ºC, ¿ cuanto medira su longitud?
DATOS: FORMULA:
Lo= 100 m Lf= Lo{1+gamma ( dif. de temp.)}
To= 8ºC
Tf= 24ºC
(gamma) acero = 11.5X10-6
SUSTITUCION
Lf= 100m(1+11.5X10-6 X16ºC )
Lf= 100m (1.000184)
Lf= 100.0184m
DILATACION SUPERFICIAL
A una temperatura de 33.5ºC un porton de hierro tiene un area de 10m2 ¿Cuál es su área final al disminuir su temperatura a 9ºC?
DATOS FORMULA:
Y hierro= 23.4X10-6 Af=Ao{1+y( dif. De temp.t)}
DILATACION VOLUMETRICA
Una barra de aluminio tiene un volumen de 500 m2 a 90ºC ¿Cuál es su volumen a 20ºC?
¿Cuánto disminuyo su volumen?
DATOS:
b = 67.2X10-6 FORMULA
Vo= 500m2 Vf= Vo {1+beta(Tf-To)}
To=90ºC Dif. De volumen= Vf-Vo
Vf=Vo{1+beta(Tf-To)}
= (500cm2) (1+67.2X10-6) (70ºC)
=497.648cm2
=497.648cm2 – 500cm2
= 2.352cm2
CUESTIONARIO
¿Que es la dilatacion?
es la variacion del tamaño de los objetos debido a los cambios de temperatura, la mayoria de ellos incrementa su tamaño al calentarse y lo disminuye al enfriarse.
¿Cuantos y cuales son los tipos de dilatacion?
hay cuatro tipos y son: la irregular, lineal, superficial y volumetrica.
¿ Los cambios de la temperatura afecta el tamaño de los objetos?
pues la mayoria de ellos se dilatan al calentarse y se contraen si se enfrian.
¿En los gases y liquidos las particulas chocan unas contra otras en forma continua?
si se calientan chocaran violentamente rebotando a mayores distancias y probocaran la dilatacion.
¿En los solidos las particulas vibran al rededor de posiciones fijas?
al calentarse aumenta su movimiento y se alejan de sus centros de vibracion dando como resultado la dilatacion.
¿Para evitar que la dilatacion levante las vias ferreas de un tren siempre se deja un espacio libre entre ellos?
si, en general cualquier estructura rigida, se debe dejar espacios libres que permitan a los materiales dilatarse librementa para evitar rompimientos o deformaciones.
¿La dilatacion volumetrica implica el aumento en las dimenciones de un objeto largo, ancho y alto?
si, lo que significa un incremento de volumen.
INTEGRANTES:
Oscar Morgado Garrido
Fatima Ramirez Lazcano
Itzel Irais Escamilla Vite
Karla Fernanda Marquez Justo
Daniela Garrido Cruz
Israel Espinosa Vazquez
Edgar Fonseca Vazquez
Lizbeth Morales Roldan
Mariela Calva Reyes
