La mayoría de los cuerpos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se contraen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m de largo que pase de 0°C a 50ºC podrá aumentar unos 12 cm de longitud; si sus extremos son fijos se generarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.
Más abajo se muestra una tabla de dilatación de algunas sustancias. Conocido el coeficiente de dilatación es necesario multiplicarlo por el número de centímetros y por el número de grados, para saber cuál será la extensión total del sólido en las condiciones que deberá soportar. En otras palabras, si el sólido tiene 1,50 m y la variación de temperatura es de 30°C habrá que multiplicar ese coeficiente tan pequeño por 150 y por 30 a fin de conocer su dilatación total en centímetros.
| Bronce | 0,000018 |
| Caucho duro | 0,000080 |
| Roble, a lo ancho de fibra | 0,000054 |
| Roble, a lo largo de fibra | 0,000005 |
| Invar (aleación) | 0,0000009 |
| Cuarzo fundido | 0,0000005 |
| Vidrio comercial | 0 000011 |
| Vidrio térmico | 0,000003 |
| Hormigón | 0,000018 |
| Platino | 0,000009 |
| Fundición de hierro | 0,000012 |
| Cobre | 0,000017 |
| Acero | 0,000013 |
| Aluminio | 0,000024 |
¿POR QUÉ SE DILATAN LAS SUSTANCIAS CON LA TEMPERATURA?
La temperatura no es más que la expresión del grado de agitación de las partículas o moléculas de una sustancia. Cuando se da calor a un sólido se está dando energía a sus moléculas; éstas, estimuladas, vibran más enérgicamente. Es cierto que no varían de volumen; pero se logra un espacio más grande para su mayor oscilación, de manera que al aumentar la distancia entre molécula y molécula el sólido concluye por dilatarse. La fuerza que se ejerce en estos casos es enorme.
ALGUNAS APLICACIONES
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.
La dilatación tiene aplicaciones industriales. Si un cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa, para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar.
Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico.
• En las carreteras de hormigón o en los embaldosados de gran tamaño se ven, a intervalos regulares líneas de material asfáltico 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 cucharita 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 temperatura, simplemente porque su coeficiente (le dilatación es muy bajo y se libra así del peligro de ruptura.
• Los líquidos se dilatan más 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.
• Hay una serie llamada ni-span que contiene níquel y titanio. Una de ellas se dilata muy poco, como el invar; otra variedad se dilata muchísimo; y la tercera mantiene su módulo de elasticidad (es sabido que el calor afecta mucho la resistencia de los metales) y se la usa, por lo tanto, en resortes para instrumentos de precisión. • Los proyectiles teledirigidos, que emplean materiales de cerámicas, usan también la aleación kovar.
Extraído de www.portalplanetaedna.com.ar
Actividades
Análisis del texto y aplicación:
- ¿Qué es la dilatación térmica?
- ¿Por qué ocurre la dilatación?
- ¿Qué significa que el coeficiente de dilatación del aluminio sea de 0,000024?
- Nombre tres ejemplos en donde ocurra el fenómeno de la dilatación.
- Relaciona lo leído con la actividad realizada en clase.
- Sofía no puede abrir la tapa de un frasco de vidrio que contiene mermelada y se le ocurre a partir de una clase de ciencias físicas colocarlo en un baño de agua caliente ¿logrará abrirlo? ¿podría explicar por qué?
No hay comentarios:
Publicar un comentario