Fisica.- Expansion Termica.

1. Exposición de Física. 1º Quimestre-2º Parcial. Expansión Térmica. Grupo #2.- Guillermo Enrique Bernal Moreira. Néstor Andrés Toro Hinostroza . Víctor Andrés Cevallos Resabala. Gisella Nicole Miño Montero . Sandy Nicolle Suárez Torres. Ericka Stephania Burgos Rodríguez .

2. Objetivos del grupo. Aprender qué es la expansión térmica. Reconocer los diferentes tipos de expansión térmica. Comprender el funcionamiento de cada tipo de expansión térmica. Identificar las herramientas con la que podemos medir la expansión térmica. Ubicar en el diario vivir la presencia del fenómeno de la expansión térmica.

3. Conceptos Previos.

4. ¿Qué es la expansión térmica? Expansión o Dilatación Térmica (α ) . Es el aumento longitudinal, volumétrico, espacial, de área o de otra dimensión métrica que sufre un medio físico a causa del aumento de la temperatura. El proceso contrario lleva el nombre de contracción térmica. La expansión/contracción térmica es medida por el dilatómetro.

5. Tipos de expansión térmica.

6. ¿Qué es el coeficiente de dilatación? Se denomina  coeficiente de dilatación ( α )  al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura que lleva consigo una dilatación térmica.

7. Coeficiente de dilatación en los estados de la materia. NOTA: Cualquier lámina de un sólido es con el coeficiente de dilatación de área ( γ ). NOTA 2: El coeficiente de dilatación volumétrica es tres veces el coeficiente de dilatación lineal.

8. Explicación de la dilatación de los gases. La dilatación térmica de los gases es muy grande en comparación con la de sólidos y líquidos, y sigue la llamada ley de Charles y Gay-Lussac. Esta ley afirma que, a presión constante, el volumen de un gas ideal (un ente teórico que se aproxima al comportamiento de los gases reales) es proporcional a su temperatura absoluta. Otra forma de expresarla es que por cada aumento de temperatura de 1 ºC , el volumen de un gas aumenta en una cantidad aproximadamente igual a 1/273 de su volumen a 0 ºC . Por tanto, si se calienta de 0 ºC a 273 ºC , duplicaría su volumen.

9. El coeficiente de dilatación en la cotidianidad. El conocimiento del  coeficiente de dilatación  adquiere una gran importancia técnica en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril; estos van soldados unos con otros, por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.

10. Coeficientes más usados. Concreto 0.7 – 1.2 x 10 -5 Plata 2.0  x 10 -5 Oro 1.5 x 10 -5 Invar 0.04  x 10 -5 Plomo 3.0 x 10 -5 Zinc 2.6 x 10 -5 Hielo 5.1 x 10 -5 Aluminio 2.4 x 10 -5 Latón 1.8 x 10 -5 Cobre 1.7 x 10 -5 Vidrio 0.4 – 0.9 x 10 -5 Hierro 1.2 x 10 -5 Cuarzo 0.04 x 10 -5 Acero 1.2 x 10 -5 Glicerina   5.1 x 10 -5 Alcohol etílico   7.5 x 10 -5 Mercurio   1.8 x 10 -5 Bisulfuro de carbono 11.5 x 10 -5 Agua (20 ° C )   2.0 x 10 -5

11. Dilatación Lineal. En un sólido las dimensiones son tres, pero si predomina sólo el largo sobre el ancho y el espesor o altura, como ser una varilla o un alambre, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento en la longitud y no así en el ancho y espesor llamada dilatación lineal. Fórmula de la Dilatación Lineal. α = ΔL / Lo . ΔT ΔL: Incremento o variación longitudinal. Lo: Longitud inicial. Δ T: Variación de temperatura. (se mide en 1/ ºC )

12. Explicación de la fórmula. α = ΔL /  Lo  . ΔT Para poder sacar ΔL, deberemos restar la Lf con la Lo, expresadas en la misma unidad de medida. ΔL= Lf -Lo Luego, despejamos ΔL, quedando: ΔL= α.Lo. ΔT y como la ΔL= Lf -Lo, entonces…   Reemplazamos ΔL, por: Lf -Lo = α.Lo. ΔT, despejamos la Lf y, nos queda: Lf = α.Lo. ΔT-Lo Sacamos factor común en la fórmula, quedándonos: Lf =Lo (1+α. ΔT) y, con esa fórmula podremos saber la longitud final del medio físico que se ha expandido.  

13. La dilatación lineal en la cotidianidad. Hoy en día, la ingeniería así como las demás profesiones y ciencias han avanzado y, esta que es la encargada de la construcción de puentes han decidido que ahora deben ser de acero, y en cada extremo se han dejado espacios para que a la acción del calor y el aumento de la temperatura, la estructura del acero tenga hacia donde dilatarse (expandirse).

14. ¿Qué es la Dilatación de Área? Cuando un área o superficie se dilata, lo hace incrementando sus dimensiones en la misma proporción.

15. Ejemplo visual. Por ejemplo, una lámina metálica aumenta su largo y ancho, lo que significa un incremento de área. La dilatación de área se diferencia de la dilatación lineal porque implica un incremento de área.

16. Representación. γA ≈ 2 α Este coeficiente se representa con la letra griega gamma (γ). El coeficiente de dilatación de área se usa para los sólidos. Si se conoce el coeficiente de dilatación lineal de un sólido, su coeficiente de dilatación de área será dos veces mayor. 2. Al conocer el coeficiente de dilatación de área de un cuerpo sólido se puede calcular el área final que tendrá al variar su temperatura con la siguiente expresión. Af = Ao [1+ γA( Tf-To )]

17. ¿ Qué es la Dilatación volumétrica o cúbica?

18. La Dilatación volumétrica en los sólidos. Es el aumento de volumen   que  experimentan los sólidos cuando aumenta su temperatura . Los factores que  influyen en la dilatación cúbica de un sólido se determinan en igual forma que en la dilatación lineal y son los siguientes: Vo = Volumen Inicial del sólido Δ T = Aumento de temperatura γ = Coeficiente de dilatación γ = 3 α

19. Fórmula.

20. La Dilatación volumétrica en líquidos. En el caso de los líquidos, salvo casos excepcionales,  hablaremos exclusivamente de dilatación volumétrica, por cuanto, aún en los tubos capilares de los termómetros, es necesario considerar que la dilatación en el sentido transversal influye en la dilatación lineal observada .

21. La Dilatación de un líquido. Es prácticamente imposible  independizar por completo  la dilatación del líquido de la experimentada por el recipiente que lo contiene, de tal modo que se hace necesario distinguir entre  dilatación aparente y dilatación .

22. Fórmula.

23. L a dilatación volumétrica del agua. Hablaremos del agua como un caso de dilatación volumétrica aparte porque se ha podido comprobar, haciendo mediciones experimentales, que el agua, al aumentar su temperatura entre 0ºC y 4ºC se contrae en lugar de dilatarse . Cuando la temperatura sube gradualmente, desde los 4ºC, el agua empieza a dilatarse con mayor regularidad.

24. Fórmula.

25. Fórmula de coeficiente volumétrico. Β = 1/V( Δ V/ Δ t )

26. ¿Qué es el dilatómetro? Es un instrumento o herramienta utilizado en el campo científico de la física, química y física/química para medir el cambio de longitud, volumen, área o espacio de unidad métrica a causa del aumento o disminución de la temperatura, es decir, la expansión/contracción térmica.

27. Aplicaciones del dilatómetro. Nombre del Dilatómetro. Aplicación. Imagen. Óptico. Analiza dilatométricamente el medio físico hasta una temperatura de 1750 ºC . Químico-Farmacéutico. Analiza dilatométricamente el medio físico para saber su alcance de maleabilidad y ductilidad. Industrial. Analiza dilatométricamente el medio físico para cumplir con los estándares de calidad.