Dilatación térmica: lineal, superficial y volumétrica.

Dilatación en objetos, ya sea de manera lineal (generalmente en varillas es más notoria), sueprficial (objetos planos, como ventanas) y volumétrica. A continuación se muestran ejmeplos de estos fenómenos de la físican incluyendo los coeficientes necesarios para calcular el aumento tamaño de un objeto al recibir calor.

1. DILATACIÓN TÉRMICA. 1 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

2. Al recibir calor, las moléculas de un objeto comenzarán a vibrar enérgicamente, necesitarán más espacio entre ellas y se separarán. La expansión puede ser lineal , superficial o volumétrica . Al perder calor, el objeto se contraerá. 2 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

3. EJEMPLOS.   El   mercurio (Hg)  es muy sensible a la temperatura del ambiente. Las partículas del globo se alborotan y alejan demasiado que lo revientan. 3 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

4.   La expansión de un material expuesto al calor se expresa mediante el  coeficiente de dilatación térmica. Este varía según la dilatación, se expresa con. alfa ( α ) para la lineal. Beta para la superficial ( β = 2 α ) Gamma ( γ = 3 α ) o beta ( β = 3 α )para la volumétrica. COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA. 4 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

5. DILTACIÓN LINEAL O DE LONGITUD. En esta predomina la variación de una sola dimensión. Cualquier barra de metal que se caliente se expandirá en tres dimensiones, pero en objetos como varillas o alambres la dilatación más importante es la longitudinal. 5 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

6. EJEMPLOS . A los cables telefónicos se les deja colgando para evitar ruptura al contraerse. Contracción de un puente sin juntas de dilatación. Bucles para evitar la flexión de tuberías. 6 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

7. Incremento de longitud de una varilla con largo inicial de un metro, cuando su temperatura se eleva un grado centígrado. Varía según el material. Se representa con alfa ( α ) Coeficiente de dilatación lineal. Sustancia. α (1/˚C). Fierro. 1.2 x 10 ˉ 5 Aluminio. 22.4 x 10 ˉ ⁶ Cobre. 17.6 x 10 ˉ ⁶ Plata. 18.4 x 10 ˉ ⁶ Plomo. 27.3 x 10 ˉ ⁶ Níquel. 12.5 x 10 ˉ ⁶ Acero. 11.5 x 10 ˉ ⁶ 7 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

8. Para calcular el coeficiente de dilatación lineal: Donde… Alfa ( α ) : coeficiente de dilatación lineal en 1/ ˚C o ˚C ˉ¹ Lƒ : longitud final en m. Lo: longitud inicial en m. Tƒ : temperatura final en ˚C. To : temperatura inicial en ˚C. Fórmulas. α = Lƒ – Lo ÷ Lo ( Tƒ - To ) α = Lƒ – Lo ÷ Lo ( Tƒ - To ) 8 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

9. CALOR Lo y To Tƒ y Lƒ ∆T: incremento de temperatura. ∆L: incremento de longitud. Alfa ( α ): coeficiente de dilatación lineal en 1/˚C o ˚Cˉ¹ ∆T = Tƒ – To ∆L = Lƒ – Lo = α · Lo · ∆T Para calcular el incremento de calor y longitud. DELTA 9 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

10. Para saber la longitud final: Lƒ = Lo + ∆L ∆L = Lƒ – Lo = α · Lo · ∆T RECORDANDO QUE: Donde… Lƒ : longitud final en m. Lo: longitud inicial en m. ∆L: incremento de longitud. Alfa ( α ) : coeficiente de dilatación lineal en 1/ ˚C o ˚C ˉ¹ ∆T: incremento de temperatura. Y ∆T = Tƒ – To 10 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

11. Fórmula final. Donde… Alfa ( α ) : coeficiente de dilatación lineal en 1/ ˚C o ˚C ˉ¹ Lƒ : longitud final en m. Lo: longitud inicial en m. Tƒ : temperatura final en ˚C. To : temperatura inicial en ˚C. Lƒ : Lo [ 1 + α ( Tƒ - To ) 11 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

12. Un tubo de hierro tiene una longitud inicial de 300m a una temperatura ambiente de 20˚C. Si el tubo se emplea como conductor de vapor (100˚C). ¿Cuál será la tolerancia permitida en el cambio proporcional de longitud? ¿Cuál serpa la longitud final ? Problema. Datos. Lo= 300m To = 20˚C Tƒ = 100˚C ∆L= Lƒ = 12 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

13. Buscamos el incremento de longitud y la longitud final. FÓRMULAS NECESARIAS. ∆L = α · Lo · ∆T Lƒ : Lo [ 1 + α ( Tƒ - To ) ] O Lƒ : Lo + ∆L ∆T = Tƒ – To 13 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

14. Primero sacamos el incremento de temperatura. ∆T = Tƒ – To ∆T = 100˚C – 20˚C = 80 ˚C Ahora… SUSTITUCIÓN. ∆L = α · Lo · ∆T ∆L = α · Lo · ∆T = (1.2 x 10 -5 / ˚C ) (300m) (80 ˚C ) ∆L = .28m (variación de longitud) 14 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

15. Lƒ = Lo + ∆L = 300m + .28m = 300.28 m. Y por último, la longitud final. Datos del problema resuelto. Variación de longitud= .28m Longitud final= 300.28 m 15 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

16. DILATACIÓN SUPERFICIAL. Cuando la dilatación en los objetos predomina en dos dimensiones, incrementando su área. 16 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

17. EJEMPLOS. Vidrios se dilatan con el calor. 17 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

18. Su coeficiente de dilatación se representa con beta ( β = 2 α ) y hace referencia a las dos dimensiones expandiéndose. Varía según el material. Coeficiente de dilatación superficial. Sustancia. α (1/˚C). Fierro. 1.2 x 10 ˉ 5 x2 Aluminio. 22.4 x 10 ˉ ⁶ x2 Cobre. 17.6 x 10 ˉ ⁶ x2 Plata. 18.4 x 10 ˉ ⁶ x2 Plomo. 27.3 x 10 ˉ ⁶ x2 Níquel. 12.5 x 10 ˉ ⁶ x2 Acero. 1.2 x 10 ˉ 5 x2 18 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

19. Para calcular el coeficiente de dilatación. Donde… β (2 α ) : coeficiente de dilatación en ˚C ˉ¹ ∆A: diferencia de áreas en m². Ao : área inicial en m². ∆T: diferencia de temperaturas en ˚C ˉ¹ FÓRMULAS β (2 α ) = ∆A ÷ Ao ∆T 19 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

20. Diferencia de áreas: Donde… β (2 α ) : coeficiente de dilatación en ˚C ˉ¹ ∆A: diferencia de áreas en m². Ao : área inicial en m². ∆T: diferencia de temperaturas en ˚C ˉ¹ ∆A = β · Ao · ∆T 20 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

21. Área final: Donde… Aƒ : área final. Ao : área inicial en m². ∆A: diferencia de áreas en m². Aƒ = Ao · ∆A 21 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI

22. 22 ROSAS CEDILLO LIDIA NOHEMI