Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Dilatación térmica Docente responsable: Fernando Aso DILATACIÓN TÉRMICA La estructura de los materiales puede modificarse cuando cambia la temperatura. Este cambio microscópico a veces es visible, las chapas de los techos y las vías del ferrocarril se dilatan cuando se calientan al sol. Algunos metales, como el bronce y el aluminio se dilatan más que otros, como el hierro y el platino. Aprovechando estas diferencias, se construyen cintas bimetálicas. Consisten en dos cintas delgadas de diferentes metales, soldados a lo largo, una junto a la otra. Cuando se calientan, un metal se dilata más que otro y hace que la cinta se curve. Cuanto mas se calienta mayor es su flexión. Cuando se enfría hasta su temperatura original, la cinta vuelve a quedar recta y si se enfría más, se flexiona en la dirección opuesta. Este efecto tiene muchas aplicaciones prácticas, se utiliza en la construcción de módulos intermitentes para balizas, termostatos para refrigeradores y radiadores de automóviles, etc. Coeficiente de dilatación lineal: Cuando un objeto se calienta, ya sea sólido, líquido o gaseoso, por lo general se dilata. Hay muy pocas excepciones a esta regla. Ejemplo: Si tomamos una varilla de hierro de 1m de longitud y se la calienta paulatinamente desde 0° C hasta 500° C, se observa que cada 100° C que aumenta la temperatura, la longitud aumenta 1,4mm. Esto indica que existe una relación directamente proporcional entre la variación de la temperatura ( Δt ) y la variación de la longitud ( Δl ). Por otra parte si la varilla tuviera 2m se dilataría el doble, ya que equivale a dos varillas de 1m, una a continuación de la otra. Por lo tanto, se puede concluir que la variación en la longitud de la varilla también será proporcional a la longitud inicial ( li ). Resulta que si hacemos la prueba con varillas de otros materiales se observa que si bien la dilatación sigue siendo proporcional a la longitud inicial y a la diferencia de temperatura, la proporción es otra. Es decir que la cantidad que se dilata depende del tipo de material. Por lo tanto es necesario definir lo que llamaremos coeficiente lineal de dilatación térmica (usamos la letra griega lambda, λ , para representarlo). El coeficiente de dilatación lineal de un sólido indica cuál es la variación un su longitud por 1 , esto unidad de longitud y por unidad de temperatura. Es decir que si el coeficiente es 0,00005 °C significa que cada metro de ese material se dilata 0,00005m cuando la temperatura varíe 1° C. Teniendo en cuanta todo esto podríamos escribir una ecuación que me permita calcular la longitud final ( l f ) que tendrá una varilla de un determinado material ( λ ) conociendo su longitud inicial

( li ) y la variación de temperatura ( Δt ) con la siguiente ecuación.

l f = li (1 + λ ⋅ Δt ) Dilatación de superficie:

Cuando de eleva la temperatura de un alambre, no solo aumenta su longitud sino también aumenta su diámetro y su sección transversal. Cuando se calienta un disco, aumenta su radio y su área. Cuando el material tiene forma de alambre o varilla fina su longitud es mucho mayor que su radio o sección transversal, por lo tanto el efecto de dilatación es más notorio en su longitud que en las otras dimensiones y podemos despreciar estos efectos por ser muy pequeños, pero cuando el objeto tiene forma por ejemplo de una chapa no podremos despreciar el efecto de dilatación a lo largo y ancho pero si en el espesor.

Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Dilatación térmica Docente responsable: Fernando Aso Siguiendo razonamientos similares a los aplicados al analizar la dilatación longitudinal podemos concluir que los efectos de dilatación superficial pueden calcularse aproximadamente con la siguiente expresión. S f = S i (1 + 2 ⋅ λ ⋅ Δt ) Donde S f representa la superficie final y S i la superficie inicial. Dilatación de volumen:

Si el objeto tiene una forma tal que ninguna de las dimensiones un mucho mayor que las otras deberemos considerar el efecto de la dilatación en todas ellas, es decir consideraremos el efecto de dilatación en el volumen. Para calcular la dilatación volumétrica de un sólido empleamos la siguiente expresión.

V f = Vi (1 + 3 ⋅ λ ⋅ Δt ) Donde V f es el volumen final y Vi es el volumen inicial.