La DILATACIÓN es el aumento de volumen de un cuerpo por

apartamiento de sus moléculas y disminución de su densidad

Otra definición de DILATACIÓN es la siguiente: Incremento del volumen de un cuerpo por aumentar la distancia entre sus moléculas, con lo que su densidad disminuye.

Si observas con cuidado lo que sucede a tu alrededor, te darás cuenta que muchas

sustancias aumentan su tamaño cuando se eleva su temperatura. El concepto de

temperatura a partir del movimiento de las moléculas de un cuerpo, nos explica este

fenómeno.

Algunos objetos llegan a romperse, por ejemplo al enfriar bruscamente un vaso de vidrio o cuando se encuentra frío y se calienta rápidamente. Debido a que los cambios de temperatura tienen lugar a distintas velocidades en las

paredes de vaso, el vidrio se dilata o se contrae de manera desigual y se rompe con facilidad.

Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los

cuerpos, pues la mayoría de ellos se dilatan al

calentarse y se contraen si se enfrían.

Los gases se dilatan mucho mas que los

líquidos y estos mas que los sólidos.

La dilatación tiene multitud de aplicaciones

una de ellas es en la fabricación de

termómetros que son instrumentos que utilizan

la dilatación que experimenta un sólido,

un líquido o un gas hasta lograr su equilibrio

térmico con el cuerpo con que se encuentra un

contacto.

TERMOMETROS BIMETALICOS

TIPOS DE TERMOMETROS

TERMOMETROS A BASE DE LIQUIDOS

TERMOMETROS ESPECIALES

DE MERCURIO

DE ALCOHOL

Se utiliza para medir la

temperatura de sólidos, constan de una varilla de dos metales diferentes

cuando ambos tienen cambios de

longitud, al calentarse uno se

dilata mas que otro y la barra se dobla.

Aprovechan la diferencia de dilatación entre los líquidos. Para que la dilatación se observe con mayor claridad existe un bulbo o deposito voluminoso del liquido y un tubo capilar muy delgado que permite ver cualquier variación de volumen. Por ejemplo tenemos:

Cosiste en un cubo con un

conducto muy delgado (tubo

capilar),unido a un bulbo mas grande que

contiene mercurio.

Cuando el termómetro esta en contacto con un cuerpo a mayor temperatura, se transmite calor

hacia el y la temperatura del mercurio aumenta; se dilata mas

que el vidrio, ocupa mayor volumen y asciende por el tubo

capilar

Se rige por el mismo principio de los

termómetros de mercurio; se utiliza alcohol

coloreado. Es indispensable en algunos lugares fríos ya que en

ellos el mercurio se solidificaría

Otra de las aplicaciones de la

dilatación es en los termostatos,

aparatos destinados a

mantener constante, en lo

posible, la temperatura de un

cuerpo o de un lugar determinado

                                                  

En algunos casos los termostatos hace la

regulación automáticamente, y en otros casos solo avisa cuando la temperatura

no es la deseada, haciendo una lámpara, etc. Hay termostatos en refrigeradores, hornos, cafeteras, sistemas de

calefacción y aire acondicionado

DILATACIÓN

De los sólidos

Lineal

Coeficiente de dilatación

De los líquidos

Anómala del agua

Superficial

Volumétrica

De los gases

Los átomos que forman la sustancia sólida se encuentran colocados ordenadamente, lo que

da origen a una estructura llamada red cristalina del cuerpo

sólido

Al elevarse la temperatura de un sólido se provoca un aumento en la agitación de los

átomos que, al vibrar, se alejan de su posición de equilibrio aumentando la

distancia entre ellos, lo que trae como consecuencia la dilatación de los sólidos

La expansión térmica del metal de un edificio o puente

tiene una gran importancia practica.

Si no se tomaran medidas respecto a

la expansión térmica, las vías de

los ferrocarriles y las carreteras de concreto se

panderían bajo la acción del sol en el

verano.

Si calentamos una varilla metálica se observa que su volumen aumenta y notamos que la varilla se alarga. A este alargamiento se le denomina dilatación lineal. Se ha encontrado experimentalmente que:

El alargamiento que se produce es directamente proporcional a la elevación de la temperatura.

El alargamiento es directamente proporcional al largo de la varilla. Con estas dos conclusiones se puede enunciar la Ley General de la Dilatación Lineal:

El alargamiento de una varilla al calentarse es directamente

proporcional a la elevación de la temperatura y al largo inicial de

la varilla.

Se llama coeficiente de dilatación lineal de una sustancia sólida al incremento que experimenta

la unidad de longitud al aumentar su temperatura en un grado centígrado.

Este coeficiente se presenta con la letra griega alfa, y para su calculo se utiliza la siguiente

ecuación:

=Lf-Li

Li(Tf-Ti)

DONDE:

= coeficiente de dilatación lineal, en °C-1

Li = longitud inicial, expresada en metros

Lf = longitud final; expresada en metros

Ti = temperatura inicial, medida en grados centígrados

Tf = temperatura final, medida en grados centígrados

Si se conoce el coeficiente de dilatación lineal de una sustancia y se quiere calcular la

longitud final que tendrá al variar su temperatura, se despeja la longitud final de

la ecuación anterior y se obtiene:

Lf= Li 1+ (Tf-Ti)

Los coeficientes de dilatación lineal para algunos materiales comunes

aparecen en la siguiente tabla:

Sustancia (°C-1)

Aluminio latón cobre bronce hierro plata plomo vidrio

24.0 18.0 16.6 18.0 11.7 18.3 27.3 7.3

(10-6) (10-6) (10-6) (10-6) (10-6) (10-6) (10-6) (10-6)

Los alambres de alumbrado eléctrico son de cobre. Supongamos que los postes están separados 25 m y que los alambres están tensos en un día de invierno, cuando la temperatura es 0°C, ¿cuál será la longitud de cada alambre en un día de verano, con la temperatura de 30°C?

DATOS:

Li=25m Ti=0°C Lf=? Tf=30°C

=16.6(10-6°C-1)

FORMULA Y DESARROLLO:

Lf=Li 1+ (Tf-Ti) Lf=25 m 1+(16.6)(10-6°C-1)(30°C-0°C) Lf=25 m 1+(16.6)(10-6)(30) Lf=25 m 1+498(10-6) Lf=25 m (1.000498) Lf= 25.01245 m

La dilatación superficial, es decir, el aumento en el área de un objeto producido por una variación de temperatura, se observan las mismas leyes de la dilatación lineal. El coeficiente de dilatación superficial se llama beta ( ). Su valor también depende del material del que esté hecho, y equivale al doble que el coeficiente de dilatación lineal, es decir:

 

= 2

 

Conociendo el coeficiente de dilatación superficial ( ) de una sustancia, se puede calcular la superficie (Sf) que tendría al variar su temperatura y su expresión sería:

Sf = Si 1+ (Tf-Ti) 

 

Donde:

Si = superficie inicial, en m2

Sf = superficie final, en m2

Ti = temperatura inicial, en °C

Tf = temperatura final, en °C

= coeficiente de dilatación superficial, en °C-1

El fondo de un recipiente cilíndrico de latón es de 314 cm2 , con una temperatura de 0 °C. Calcular su superficie cuando esta a 150 °C.

DATOSSi = 314 cm2Sf = ?Ti = 0 °CTf = 150 °C = 18 (10-6 °C-1) = 36 (10-6 °C-1)

FORMULA Y DESARROLLO

Sf = Si 1+ (Tf-Ti) -6 -1

Sf= 314 cm2 1+36(10 °C ) (150 °C- 0°C) 2

Sf= 315.6956 cm

La variación del volumen de un cuerpo con la temperatura sigue las mismas reglas que las

dilataciones anteriores.

El coeficiente de dilatación volumétrica gamma ( ) el triple de la dilatación lineal: = 3α

Conociendo el coeficiente de dilatación volumétrica de una sustancia, se puede calcular el volumen que tendría al variar su temperatura con la siguiente expresión:

Vf= Vi 1+ (Tf-Ti)

Donde:

Vi= volumen inicial, en m3

Vf= volumen final, en m3

Ti= temperatura inicial, en °C

Tf= temperatura final, en °C

= coeficiente de dilatación volumétrica, en °C-1

Un cubo de aluminio cuya arista mide 2 m (V = 8 m3) esta a 150 °C. Calcular su volumen a 65 °C.

DATOS:

Vi= 8 m3

Ti= 15 °C

Vf= ?

Tf= 65 °C

= 24 (10-6 °C-1)

=72 (10-6 °C-1)

FORMULA Y DESARROLLO

Vf= Vi 1+ (Tf-Ti)

Vf = 8 m3 1+72 (10-6 °C-1) (65 °C-15°C)

Vf= 8.0288 m3

Los gases son los que tienen menor cohesión entre sus moléculas, por lo que al incrementar su temperatura se dilatan al máximo. El gaseoso es el estado de la materia que se caracteriza por que el coeficiente de dilatación es igual para todos los gases.

Cuando una sustancia gaseosa se calienta aumenta enormemente el espacio de separación entre sus moléculas y toda la energía calorífica recibida se transforma en energía cinética.

Los visto anteriormente nos señala que la temperatura, la presión y el volumen de un gas se relacionan estrechamente, lo cual se demuestra en las leyes de los gases.