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Dilatación y contracción de los cuerpo por cambios de temperatura

Todos sabemos que al calentar o enfriar un cuerpo este se dilata o contrae, porqué ocurre esto? Ejemplos y aplicaciones.
by

Barbara Andrea Soto Pezoa

on 4 January 2013

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Transcript of Dilatación y contracción de los cuerpo por cambios de temperatura

Tipos de dilatación... A nivel molecular... Dilatación Térmica De forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o líquido), aumentamos la agitación de las partículas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partículas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatación térmica). Por otra parte, una disminución en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones (contracción térmica). Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Algunas aplicaciones... Aplicaciones industriales En toda clase de construcción, uno de los factores importantes de necesaria consideración es la dilatación de los materiales usados.
Así, ingenieros, arquitectos, constructores, etc. deben poner especial interés en evitar los desastrosos efectos de la dilatación en construcciones de edificios, puentes, vías férreas, maquinarias, en el tendido de cables en telecomunicaciones, en el transporte de energía eléctrica, etc.
Por ello es que los rieles de la vía férrea deben quedar siempre ligeramente separados y no ser de excesiva longitud; el pavimento de las calles se hace por pequeñas áreas separadas en cuyas junturas se pone alquitrán para permitir con facilidad su dilatación en el verano; los cables de telecomunicaciones como los de transporte de energía no deben quedar excesivamente tensos para evitar que se corten con las contracciones en el invierno; los puentes deben estar rígidamente fijos sólo por un extremo o bien, construidos de tal modo que permitan la expansión de los materiales po sectores, como en el pavimento, etc. Para concluir...algunos ejemplos: Bárbara Soto
Universidad de Chile Dilatación y Contracción de cuerpos por cambios de temperatura Un incremento de temperatura implica un aumento de la energía interna de las partículas, es decir sube su "grado de agitación". En un sólido tenemos que la agitación de estas partículas son vibraciones en torno a su centro, alrededor de las posiciones de equilibrio de cada una. Notemos que al aumentar entonces estas agitaciones, la amplitud de oscilación de las partículas crece, de manera que al aumentar la distancia entre molécula y molécula el sólido concluye por dilatarse. Más allá que la dilatación de un sólido ocurra, en general, en todas direcciones, podemos hacer la distinción según que dimensión es la que más varía o la que más nos importe estudiar. Sea cual sea el caso, siempre tendremos que el cociente entre la variación de Largo, Área o Volumen sobre el Largo, Área o Volumen inicial será proporcional a la variación de temperatura. 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. Coeficiente de dilatación térmica... Esta proporcionalidad queda expresada por el coeficiente de dilatación térmica de cada material, el cuál se puede medir experimentalmente y para dilataciones lineales se rige según la ecuación: Esta expresión es análoga para los coeficientes superficial y volumétrico. Además estos se pueden relacionar entre sí de la siguiente forma: Algunos valores... Termómetro bimetálico Para uso industrial como indicador de temperatura, la cinta bimetálica se dobla de forma helicoidal, un extremo del cual es fijo, de modo que al calentarse, se produce un movimiento de rotación, el que se utiliza para mover una aguja de medición sobre una escala. Los rangos óptimos de medición van desde los -50°C hasta los 425°C. • En las carreteras de hormigón o en los embaldosados de gran tamaño se ven, a intervalos regulares líneas de material asfáltíco destinadas a absorber las dilataciones producidas por el calor; de otro modo la construcción saltaría en pedazos en los días de mucho sol. • El vidrio común es un mal conductor del calor y se dilata apreciablemente; si echamos agua hirviendo en un vaso grueso, la parte interior se calienta y expande, mientras la parte exterior queda fría y encogida, de modo que el recipiente se rompe. Si previamente, colocamos una cucharilla capaz de absorber el calor, neutralizaremos en parte la brusquedad del ataque y, posiblemente, salvaremos el vaso.
• El vidrio pirex se usa para cambios bruscos de tempetatura, simplemente porque su coeficiente (le dilatación es muy bajo y se libra así del peligro de ruptura. • Los líquidos se dilatan mas que los sólidos: el mercurio sube en el termómetro porque se dilata más que el recipiente de vidrio que lo contiene.
• Los gases, cuyas moléculas son más libres, tienden a dilatarse más que los líquidos. • Cuando se necesita unir vidrio con metal, como en los tubos de vacío, se usa el kovar que, además de hierro, contiene 29 % de níquel y 17 % de cobalto y su dilatación es idéntica a la del vidrio. • La aleación invar, que además del hierro contiene 36 % de níquel y 0,15 % de carbono, es prácticamente insensible a los cambios de temperatura; se la emplea en trabajos de geodesia, en ‘péndulos de compensación, en relojes de gran precisión, en patrones de longitud y en muchos instrumentos de medida. El período de oscilación de un péndulo varía con su longitud; entonces se procura que ésta sea invariable utilizando materiales cuyas respectivas dilataciones se contrapesan. En la ilustración el equilibrio se obtiene así: el Zinc, que proporcionalmente se expande más, es más corto que la barra de madera, menos variable. En definitivo, las dos dilataciones opuestas se anulan y la oscilación del péndulo es uniforme, a pesar de los cambios de temperatura a los que pueda estar expuesto.
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