Dilatacion termica, Apuntes de Física

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DILATACIÓN

TÉRMICA

1. DILATACIÓN TÉRMICA lineal,

superficial y volumétrica

2. DILATACIÓN ANÓMALA DEL

AGUA

3. APLICACIONES

¿QUÉ ES LA DILATACIÓN

FISICAMENTE?

• (^) CUALQUIER CUERPO VIVO EN LA NATURALEZA RESISTE UN INTERVALO DE

TEMPERATURAS NECESARIO PARA PODER VIVIR

• (^) LA ESTRUCTURA DE LOS CUERPOS SE BASA EN LA ESTRUCTURA

MOLECULAR CORRESPONDIENTE.

• (^) EN EL INTERIOR DE UN CUERPO A UNA Tª DADA HAY UN EQUILIBRIO DE

FUERZAS ENTRE LAS MOLÉCULAS (LAS FUERZAS INTERMOLECULARES)

• (^) LA DILATACIÓN TÉRMICA SE DEBE A QUE AL AUMENTAR LA TEMPERATURA

DE UN CUERPO SE INCREMENTA LA AMPLITUD DE LA OSCILACIÓN DE LOS

ÁTOMOS ALREDEDOR DE SUS POSICIONES DE EQUILIBRIO, Y LOS ATÓMOS

EN PROMEDIO OCUPAN MÁS ESPACIO.

• (^) SI LA TEMPERATURA AUMENTA HABRÁ UN CAMBIO EN LAS FUERZAS

INTERMOLECULARES, HABRÁ UNA VARIACIÓN DE LA ENERGÍA DE LOS

ATÓMOS, Y LAS DISTANCIAS ENTRE LAS MOLÉCULAS AUMENTARÁN

• (^) EL CUERPO AUMENTARÁ DE TAMAÑO
• (^) EL CUERPO SE HA DILATADO

DILATACIÓN LINEAL

Inicialmente tenemos que el cuerpo tiene una longitud l 0

a la temperatura T

0

Si la temperatura aumenta en ∆ T, la longitud también aumenta en ∆ l 0

a T

0

a T

0

+ ∆ T

El aumento de longitud es proporcional al aumento de temperatura pero

también es proporcional a la longitud inicial

∆ l  ∆T

∆ l  l 0 y en consecuencia:

∆ l =  l

0

∆T

Constante de proporcionalidad es:  llamado “ Coeficiente de dilatación lineal”

que es diferente para cada sustancia que se dilata

l

0

+∆ l

l

0

DILATACIÓN LINEAL, SUPERFICIAL Y VOLUMÉTRICA

∆ l =  l 0

∆T l f

= l 0

(1 +  ∆T) 

 Coeficiente de dilatación lineal

∆S =  S 0

∆T S f

= S 0

( 1 +  ∆T)  = 2 

 Coeficiente de dilatación superficial

∆V =  V 0

∆T V f

= V 0

( 1 +  ∆T) 

 Coeficiente de dilatación volumétrico

donde ∆T=T f

• T i

PROBLEMA: (DEPOSITO GASOLINA)

Un coche tiene un depósito de gasolina de acero y 60 litros de capacidad lleno hasta su totalidad cuando la

temperatura es de 10º C. El coeficiente de dilatación de volumen de la gasolina es  = 0,900 x 10

• K - . Teniendo en

cuenta la dilatación del depósito de acero a) ¿Cuánta gasolina se derramará si se aparca el coche al sol y su

temperatura se eleva hasta 25º C?

b) halla el volumen final de la gasolina y del acero, y evalúa de nuevo

el volumen de gasolina derramado? ¿ coincide con el resultado del

apartado a). Datos:  acero=11x

• C -

V 60. 81 L 60. 0297 L 0. 7803

V ( 1 ) 60 L 1 (0.9x

) V ( 1 ) ( 1 3 ) 60 L 1 (3x11x

derramado: ladiferencia Vderramado 0. 810 0. 0297 0. 7803

60 L(0,9 10 )( 25 10 )º 0. 810

¿aumentodevolumendelagasolina líquido?

3 60 L 10 )( 25 10 )º 0. 0297

) ¿aumentodevolumendelrecipientedeacero sólido?

derramado

Fgasolina 0

Facero 0 0

• 3 1

0

6 1

0 0

(3x 11 x

V V L

V T C C L

b V T V T C C L

volumen V V L

V V T C C L

V V T V T C C L

a

Fgasolina F acero

gasolina

acero acero

gasolina acero

gasolina gasolina

acero acero



 

V

0 Son iguales

V

F acero

V

F gasolina

Pon agua en un vaso hasta un

cierto nivel, mételo en el

congelador y observa el nuevo

volumen que ocupa el hielo,

(observa que incluso sobresale del

borde del vaso).

¿el V

hielo

> V

agua

? Sí , y además es

bastante mayor

DILATACIÓN ANÓMALA DEL AGUA

lo habitual para el resto de las sustancia es que el volumen disminuya

cuando la temperatura baja. A 4ºC el agua alcanza el volumen

mínimo y la densidad máxima, luego el volumen empieza a aumentar

y hay un salto brusco de volumen en el punto de congelación a 0º C.

Ejemplos Solidificación del agua:

Botellas llenas de agua estallan

Rotura de tuberías con heladas

Agrietamiento y rotura de las rocas

por las noches

Preservación de la vida acuática

en invierno

V

(cm

3

T (ºC)

Si la Tª baja

Cintas bimetálicas

Una Cinta bi-metálica consta de

dos metales soldados entre sí,

pero cuando se calienta o se

enfría, los dos metales se dilatan

o contraen en cuantías diferentes

porque tienen coeficientes de

dilatación diferentes. Uno se

alarga más que el otro pero al

estar soldados no le queda más

remedio a la cinta bimetálica que

curvarse.



1



2

¿ 

1

> 

2

en este ejemplo?

¿cuál es el metal que estará en la parte

más interna de la curva? ¿ el que menos

se dilata, o el que más?

( b )

( a )

(a) TERMÓMETRO QUE UTILIZA UNA

CINTA BI-METÁLICA en forma de

arrollamiento en espiral. Cuando el

arrollamiento se calienta o enfría, los dos

metales distintos se dilatan o contraen en

proporciones diferentes. (b) TERMOSTATO

CASERO. Cuando la habitación se calienta

en exceso, la espiral se expansiona y el

tubo montado sobre ella se inclina, de

modo que el mercurio que contiene se

desliza y cierra un interruptor eléctrico

poniendo en marcha un acondicionador de

aire. En la parte derecha puede verse una

palanquita montada sobre la espiral para

ajustar la temperatura deseada. El circuito

se abre cuando el aire más frío contrae

suficientemente la espiral.

APLICACIÓN: termostatos con

biláminas en los circuitos eléctricos

Si por ejemplo en un circuito

eléctrico cerrado (a) , por el que

circula una intensidad de corriente,

hay algún problema y se produce un

sobrecalentamiento, la cinta

bimetálica se calentará y se curvará y

puede abrir el circuito (b) , evitando

que se queme el circuito.

(a)

(b)

El MICROTOMO Y

ULTRAMICROTOMO: cortan rodajas

micrométricas de una muestra de tejido de un hígado,

músculo, etc.

APLICACIÓN: DISEÑO DE LA LONGITUD DE LAS

CATENARIAS ENTRE POSTES

Las instalamos:

¿en verano?

¿en invierno?

lo mejor es

instalarlas en

invierno porque se

pone la menor

longitud de cable.

¿que pasaría en

los inviernos si las

catenarias se

instalaran en

verano?

PUENTE ROTO EN MEXICO, por problemas de

dilatación

LAS JUNTAS DE DILACIÓN PERMITEN QUE EL PUENTE SE DILATE O SE

CONTRAIDA SIN GENERAR TENSIONES CUANDO LA TEMPERATURA

AMBIENTE VARÍA. Ejemplo: Un puente de acero como el Golden Gate de

1280 m, puede sufrir un cambio en su longitud de 80 cm, cuando la

temperatura pasa de los -12ºC en invierno a 38 ºC en verano.

m C   m cm

l l T l T T

o o acero

1280 ( 1. 27 10 ) 38 ( 12 ) 0. 80 80

( )

5 1

2 1

      

     

 