S.A. N°05 "DILATACIÓN"

DILATACIÓN

¿Qué sucede cuando calentamos un cuerpo?

¿Porqué, los albañiles dejan líneas de separación en las veredas de la calle?

¿Porqué es importante las juntas de vía en los rieles del tren?

A continuación, formularemos posibles respuestas al problema planteado.

La mayoría de los cuerpos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían.

Al calentar un cuerpo, las moléculas se mueven más rápido, chocan fuertemente y se separan entre ellas.

Para explicar este comportamiento, podríamos imaginar una pista de baile, en ella pueden caber muchas personas si se encuentran muy juntas y no se mueven, pero si ahora bailan despacio, entonces, ocupan más campo y chocan entre ellas; si bailan más rápidamente ocuparán aún mayor espacio y los choques serán más frecuentes.

Con las moléculas ocurre algo parecido, entre más rápido se muevan más espacio ocuparán y más choques habrá. La semejanza entre el baile y el movimiento molecular puede utilizarse para describir lo que se denomina la dilatación térmica de los cuerpos, pues, la transmisión de energía térmica da lugar a que la materia se expanda.

A) Dilatación Lineal:

Si calentamos una varilla o alambre como el de la figura, comprobaremos que sufre una dilatación (∆L), cuyo valor dependerá de la longitud inicial (L_i) y del cambio de temperatura (∆T) por el coeficiente de dilatación lineal (a).

B) Dilatación Superficial:

Cuando calentamos una lámina o placa como la mostrada en la figura, comprobamos que su superficie experimenta una dilatación (DS), cuyo valor viene dado por:

c) Dilatación Volumétrica:

Es indudable que al calentar o enfriar un cuerpo, todas sus dimensiones: largo, ancho y altura, experimentan cambios. Por ello se afirma que en todo fenómeno de dilatación realmente se produce una variación en el volumen. (DV), cuyo valor estará dado por:

Algunos coeficientes de dilatación:

ORGANIZADOR VISUAL - CALOR Y TEMPERATURA

Luego de haber estudiado el tema de dilatación, responde a las siguientes interrogantes y registra tus resultados en la plataforma www.schoology.com (discusión)


a) Un bloque de madera y uno de metal están a la misma temperatura. Cuando los bloques se sienten "fríos", el metal se siente más "frío" que la madera; cuando los bloques se sienten calientes, el metal se siente más caliente que la madera. Dar una explicación del porqué. ¿A qué temperatura se sentirán los bloques igualmente fríos o calientes?

b) ¿Se puede agregar calor a una sustancia sin hacer que se eleve la temperatura de ésta? De ser así, ¿es esto contrario al concepto de calor como energía en el proceso de transmisión debido a una diferencia de temperatura?

c) ¿Puede considerarse el calor como una forma de energía almacenada (o sea potencial)?

d) En un día de invierno la temperatura de la cara interior de un muro es muy inferior a la temperatura ambiente interior y la de la superficie exterior es muy superior a la temperatura del ambiente exterior. Dar una explicación del porqué.

EJERCICIOS DE RELAJACIÓN

1. Se tiene un cable de aluminio de 200 m. Si la temperatura del cable pasa de 12°C a 32°C. ¿En cuántos centímetros se habrá dilatado?. Considerar a = 23.10^-6 °C^-1
2. Una barra que mide 100 m y esta a 4ºC. ¿Cuánto medirá si la calentamos hasta la temperatura de 140ºC?  Considere : a = 1,8.10^-5 °C^-1
3. Un regla metálica de 100m. de longitud y hecha de aluminio, es calentada y eleva su temperatura en 50ºC.  Hallar la variación en su longitud. (a_Al =2.10^-3).
4. Un alambre de cobre media 10cm pero luego de ser calentado, su longitud aumenta a  10,5cm. ¿En cuántos grados Celsius se habrá calentado?  (a_Cu =5.10^-3 °C^-1).
5. Se tiene un alambre de cobre de 100m de longitud a 0ºC. ¿Qué longitud poseerá a 100ºC?  (a_Cu =16.10^-3 °C^-1). 
6. Una lámina posee un agujero de 50mm de diámetro, y se desea hacer pasar una esfera de 52mm de diámetro por este agujero. ¿Cuánto debe incrementarse la temperatura de la lámina para que se logre el objetivo deseado?. (a_Lámina=2.10^-4 °C^-1)
7. Una wincha metálica de 5m de longitud es exacta a 15°C. Un día en que la temperatura del ambiente es 35°C  se mide un terreno, obteniéndose 100m de longitud. ¿Cuál es la verdadera longitud del terreno, sabiendo que  (a_metal=4.10^-4 °C^-1) 
8. Con una cinta métrica de aluminio se mide una varilla de bronce a 20°C, obteniéndose un valor de 80cm. ¿Cuál sería la lectura de la medida obtenida a 40°C, si la cinta es exacta a 20°C?                            (a_aluminio=2,3.10^-5 °C^-1) (a_bronce=1,8.10^-5 °C^-1)
9. Las varillas mostradas en la figura presentan las longitudes  L_{1 y} L₂  a la temperatura de 0°C. Se debe calcular el incremento de temperatura que debe experimentar el sistema para que los extremos libres lleguen a tocarse.                                                                                                                                                
   
                                                     
10. Sobre una cubeta con agua flota un trozo de hielo de 100 cm³  de volumen. La temperatura del sistema es 0°C, y se desea saber qué sucede con el nivel del agua cuando se haya derretido el hielo: Sube, baja o se mantiene igual.  

SITIOS WEB SUGERIDOS:

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Calor_y_Temperatura.htm
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema3/
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0265-04/ed99-0265-04.html

PRÁCTICA CALIFICADA DE DILATACIÓN.