DILATACIÓN SUPERFICIAL

La dilatación superficial es la expansión que ocurre cuando un objeto experimenta variaciones de su superficie a causa de una variación de temperatura. Se debe a características propias del material o a su forma geométrica. La dilatación predomina en dos dimensiones en la misma proporción.

Cuando en los cuerpos sólidos con un área inicial se aumenta su temperatura en un grado Celsius, (1°C) los lados sufren dilatación superficial (γ), por ejemplo, en los rieles de los ferrocarriles como se muestra en la figura de abajo, cuando se calientan aumentan sus dimensiones y se tiene dilatación. Si se conoce el coeficiente de dilatación lineal podemos expresar el coeficiente de dilatación superficial:  

Para calcular el coeficiente de dilatación superficial se debe multiplicar el coeficiente de dilatación lineal de la tabla del tema anterior por 2 como lo indica la formula

Donde:

ΔA = A_f − A_i → Variación de la superficie (aumento o contracción del área)

A_f → Área final

A_i → Área inicial

α → Coeficiente de dilatación lineal

ΔT = T_f − T_i → Variación de la temperatura

T_f → Temperatura final

T_i → Temperatura inicial

VÍDEOS DE APOYO

ACTIVIDAD 6 DILATACIÓN LINEAL

Después de ver los videos en el tema de dilatación lineal, analiza los siguientes ejercicios para resolver los que se encuentran en la parte inferior.

 

ACTIVIDAD 6

Resuelve correctamente los siguientes ejercicios propuestos.

1. Unos rieles de acero de 23 m de longitud son colocados un día en que la temperatura es de 5 °C. ¿Cuál será el espacio mínimo que habrá que dejar entre ellos, para que lleguen justo a tocarse un día en que la temperatura sea de 45 °C?

2. Una barra de cobre mide 15 m a 18 °C. Hallar la variación que experimenta su longitud al calentarla hasta 50 °C.

 

3.- A una temperatura de 18°C una varilla de hierro tiene una longitud de 8 m. ¿Cuál será la longitud al aumentar su temperatura a 55 °C ?

 

4.- Los rieles de una vía de tren de acero, tienen 1500 m de longitud . ¿Qué longitud tendrá cuando la temperatura aumente de 24°C a 45°C?

NOTA: La fecha de entrega será el día VIERNES 15 de MAYO del 2020 hasta las 23:59, enviando una fotografía de la actividad concluida con nombre del alumno y firma del tutor, al correo arcos105@hotmail.com actividad mandada después de la hora establecida se considerara como entregada fuera de tiempo y bajara su valor. En físico se revisara el primer día de clases después de la contingencia.

DILATACIÓN LINEAL

Se ha comprobado experimentalmente que al aumentar la temperatura de una barra, aumenta su longitud y este aumento es proporcional a su longitud inicial y al aumento de su temperatura. A dicho proceso se le conoce como dilatación lineal y se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

Donde:

ΔL → Variación de longitud o dilatación lineal.

α → El coeficiente de dilatación lineal es específico para cada material o sustancia como se muestra en la siguiente tabla.

Li → Longitud inicial.

ΔT → Variación de la temperatura.

La variación de la longitud es la diferencia entre la longitud final, L_f y la longitud inicial, L_i :

ΔL = L_f − Li

La variación de la temperatura ΔT es la diferencia entre la temperatura final, T_f y la temperatura inicial, T_i :

ΔT = T_f − T_i

Material	α (°C−1)
Concreto	0.7 - 1.2 × 10−5
Plata	2.0 × 10−5
Oro	1.5 × 10−5
Invar	0.04 × 10−5
Plomo	3.0 × 10−5
Zinc	2.6 × 10−5
Hielo	5.1 × 10−5
Aluminio	2.4 × 10−5
Latón	1.8 × 10−5
Cobre	1.7 × 10−5
Vidrio	0.4 - 0.9 × 10−5
Hierro	1.2 × 10−5
Cuarzo	0.04 × 10−5
Acero	1.2 × 10−5

ACTIVIDAD 5 CALOR

Explica con tus propias palabras los siguientes conceptos definidos en el tema ¿Qué es calor?

1.- CALOR:

2.- EQUILIBRIO TÉRMICO:

3.- CONDUCCIÓN:

4.- RADIACIÓN:

5.- CONVECCIÓN:

6.-  DILATACIÓN TÉRMICA:

¿QUE ES CALOR?

¿Qué es el calor?

En muchas ocasiones sentimos que está haciendo demasiado calor y pensamos que deberíamos ir a nadar o a comprar un helado, pero ¿sabemos qué es el calor?

Cuando dos cuerpos que están a diferentes temperaturas se ponen en contacto entre sí, hay una transferencia de energía del objeto más caliente al más frío, y no a la inversa, hasta alcanzar el equilibrio que se produce cuando ambos cuerpos tienen la misma temperatura. Se transfiere de tal forma que después de cierto tiempo alcanzan una misma temperatura, a este fenómeno se le llama equilibrio térmico.

El calor es la transferencia de energía de un cuerpo a otro debido a que hay una diferencia de temperatura entre ambos.

El calor involucra una transferencia de energía interna de un lugar a otro. La energía interna (U) es la energía asociada con los átomos y moléculas del cuerpo. La energía interna incluye a la energía cinética y potencial, asociadas con los movimientos de translación, rotación y vibratorios que se presentan de manera aleatoria por las partículas que forman al cuerpo y cualquier energía potencial que genere enlaces manteniendo a las partículas unidas.

Sin embargo, las unidades que se suelen utilizar son calorías (cal), kilocalorías (kcal).

Algunos equivalentes del calor en las unidades anteriores son:

1 cal = 4.18 Joules

1 kcal = 41800 Joules

1 kcal = 1000 calorías

La transferencia de calor entre los cuerpos, se realiza de tres formas diferentes:

Conducción

Es el proceso mediante el cual el calor se transfiere directamente a través de un material, sin ningún movimiento neto del material. Por ejemplo, si acercas una varilla de metal a una flama, el calor que la flama emite se conduce al metal y éste a tu mano.

Radiación

Es el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse por el vacío. La energía radiante se transporta mediante ondas electromagnéticas.

Por ejemplo, por la radiación nos llega el calor del sol, así como también por la radiación podemos sentir el calor que se desprende de un foco encendido si acercamos la mano.

Convección

Es el proceso por el cual el calor se transfiere a través de un fluido por el movimiento del mismo. Por ejemplo, cuando se pone a calentar un recipiente con agua, ésta al calentarse en la parte inferior se dilata y disminuye su densidad, por lo que el agua caliente asciende y transporta así el calor de la parte inferior a la parte superior, generando un movimiento interno de las partículas.

DILATACIÓN DE LOS CUERPOS

La mayoría de los materiales se expanden cuando su temperatura aumenta, y se contraen cuando la temperatura disminuye. Esto ocurre porque al calentarse las moléculas se mueven más rápido y ocupan mayor espacio y esto hace que el cuerpo se expanda, y cuando se enfría, las moléculas se mueven más lento y los materiales se contraen, este fenómeno se conoce como dilatación, está estrechamente relacionado con los cambios de temperatura de los cuerpos.

Los arquitectos y los ingenieros civiles toman en cuenta los efectos de la dilatación térmica, por ejemplo, cuando se diseñan los rieles de un tren, se deja cierto espacio entre las uniones con el propósito de permitir la dilatación y evitar que la estructura del riel se deforme.

Dilatación térmica es el aumento que experimenta en sus dimensiones un cuerpo cuando aumenta la temperatura, permaneciendo la presión constante.

Los sólidos se dilatan aumentando su longitud principalmente, aunque también pueden dilatarse en su superficie o volumen. Al igual que los sólidos, los líquidos y los gases también aumentan o disminuyen su volumen, sin embargo, los gases se dilatan más que los líquidos.

Dilatación lineal

Se ha comprobado experimentalmente que al aumentar la temperatura de una barra, aumenta su longitud y este aumento es proporcional a su longitud inicial y al aumento de su temperatura. A dicho proceso se le conoce como dilatación lineal y se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

Donde:

ΔL → Variación de longitud o dilatación lineal.

α → El coeficiente de dilatación lineal es específico para cada material o sustancia como se muestra en la siguiente tabla.

Li → Longitud inicial.

ΔT → Variación de la temperatura.

La variación de la longitud es la diferencia entre la longitud final, L_f y la longitud inicial, L_i :

ΔL = L_f − Li

La variación de la temperatura ΔT es la diferencia entre la temperatura final, T_f y la temperatura inicial, T_i :

ΔT = T_f − T_i

Material	α (°C−1)
Concreto	0.7 - 1.2 × 10−5
Plata	2.0 × 10−5
Oro	1.5 × 10−5
Invar	0.04 × 10−5
Plomo	3.0 × 10−5
Zinc	2.6 × 10−5
Hielo	5.1 × 10−5
Aluminio	2.4 × 10−5
Latón	1.8 × 10−5
Cobre	1.7 × 10−5
Vidrio	0.4 - 0.9 × 10−5
Hierro	1.2 × 10−5
Cuarzo	0.04 × 10−5
Acero	1.2 × 10−5