Diferencia entre revisiones de «Física/Estructura de la materia/Dilatación»

Rv.
(Rv.)
La dilatación térmica tiene un fundamento fisico diferente en líquidos, gases y sólidos. En los gases las moléculas están deslocalizadas, por lo que a lo largo del tiempo una molécula puede llegar a ocupar cualquier posición en el seno de la masa gaseosa, el calentamiento produce un aumento de la energía cinética de cada molécula lo cual aumenta la presión del mismo, que a su vez es el fundamento de la dilatación térmica. En los sólidos antes de la fusión o aparición de deformaciones por calor, cada molécula está constreñida a moverse alrededor de una pequeña región alrededor de la posición de equilibrio de la misma. Al aumentar la temperatura la molécula realiza oscilaciones alrededor de su posición de equilibrio lo cual tiene el efecto de expandir el sólido. En los líquidos el proceso es más complejo y presenta características intermedias entre gases y líquidos.
 
==Coeficientes de dilatación==
==
Se denomina '''coeficiente de dilatación''' al cociente que mide el cambio relativo de longitud, superficie o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido experimenta un cambio de temperatura.
 
Para sólidos el tipo de coeficiente de dilatación más comúnmente usado es el coeficiente de dilatación lineal α''<sub>L</sub>''. Para una dimensión lineal cualquiera se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y después de cierto cambio de temperatura como:
 
<math>\alpha_L \approx \frac{1}{L}\frac{\Delta L}{\Delta T} =
\frac{d\ln L}{dT}</math>
 
En gases y líquidos es más común usar el coeficiente de dilatación volumétrico α''<sub>V</sub>'', que viene dado por la expresión:
 
<math>\alpha_V \approx \frac{1}{V}\frac{\Delta V}{\Delta T} =
\frac{d\ln V}{dT}</math>
 
Para sólidos también puede medirse la dilatación térmica, aunque resulta menos importante en la mayoría de aplicaciones técnicas.
 
==Dilatación lineal==
 
<math>\Delta V = V_f - V_0 = ((1+\alpha_L\Delta T)L_x\cdot (1+\alpha_L\Delta T)L_y\cdot (1+\alpha_L\Delta T)L_z)- L_xL_yL_z \approx 3\alpha_L L_xL_yL_z = 3\alpha_L V_0</math>
 
==Aplicaciones==
El conocimiento del '''coeficiente de dilatación''' (lineal) adquiere una gran técnica importancia en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril, estos van soldados unos con otros por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.
 
Para ellos cogeremos la temperatura media en la zona le restaremos la que tengamos en ese momento en el carril el resultado lo multiplicaremos por el '''coeficiente de dilatación''' del acero y por la longitud de la vía a neutralizar.
 
==Valores del coeficiente de dilatación lineal==
{| border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" style="float:center"; width="300px";
|+<font size="+1">'''Algunos coeficientes de dilatación'''</font>
|-
| style="background:#efefef;" align="center" colspan=2 |
{| border="0" cellpadding="2" cellspacing="0"
| Material
| α ( ° C<sup>-1 )
|-
| Hormigón ~
| 1.0 x 10<sup>-5
|-
| Hierro, acero
| 1.2 x 10<sup>-5
|-
| Plata
| 2.0 x 10<sup>-5
|-
| Oro
| 1.5 x 10<sup>-5
|-
| Invar
| 0.04 x 10<sup>-5
|-
| Plomo
| 3.0 x 10<sup>-5
|-
| Zinc
| 2.6 x 10<sup>-5
|-
| Aluminio
| 2.4 x 10<sup>-5
|-
| Latón
| 1.8 x 10<sup>-5
|-
| Cobre
| 1.7 x 10<sup>-5
|-
| Vidrio ~
| 0.7 x 10<sup>-5
|-
| Cuarzo
| 0.04 x 10<sup>-5
|-
| Hielo
| 5.1 x 10<sup>-5
|}
 
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