Dilatación
La dilatación se define como el cambio de
dimensiones que experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se varía la
temperatura.
La principal reacción que se observa en la
mayoría de los cuerpos es, al aumentar la temperatura también lo hace su
tamaño.
Podemos explicar el cómo influye la temperatura
en este proceso, pues el calor le otorga energía a las moléculas del material,
lo que las hace vibrar de forma muy intensa, necesitando entre ellas un espacio
mayor, por lo que terminan expandiéndose y por tanto presentando un incremento
de tamaño.
Dilatación
lineal
La dilatación lineal es aquella en la cual
predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el ancho, largo o
altura del cuerpo.
La fórmula para determinar la variación de la
longitud es:
ΔL =
α . Li . ΔT
Donde:
ΔL = Variación de la longitud
α =
Coeficiente de dilatación lineal
Li = Longitud inicial
ΔT = Variación de la temperatura
La cual posteriormente podemos despejar para
obtener los valores que necesitemos. Tomando en cuenta que α es el cociente
entre la variación de longitud de una varilla y el producto de su longitud
inicial por la variación de la temperatura.
α = ΔL / Li . ΔT
En conclusión, podemos decir que la
dilatación es directamente proporcional a la variación de temperatura, pues si
el cambio de temperatura al que se vea sometido es mayor, lo será también la
dilatación.
También es proporcional al largo inicial del objeto en
cuestión, ya que si un cuerpo tiene un largo mayor que otro, su dilatación
también lo va a ser.
Dilatación superficial
La definimos como aquella en que
predomina la variación en dos dimensiones, o en otras palabras, la variación
del área del cuerpo.
La fórmula para determinar la variación de área/superficie:
ΔA = β Ai ΔT
Donde:
ΔA = Dilatación superficial
Ai = Área inicial
ΔT = Variación en la
temperatura
β = Coeficiente de dilatación
superficial
β suele
obtenerse multiplicando la dilatación lineal por dos. Por lo que:
β = 2α
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| Influencia del aumento de temperatura |
Dilatación
volumétrica
Es aquella en que predomina la
variación en tres dimensiones, es decir, la variación del volumen del cuerpo. Cuando
aumenta tanto el alto, ancho y largo del mismo.
Ésta es una dilatación que tiene la
característica de presentarse mayormente en los líquidos.
La fórmula para determinar la
variación del volumen:
ΔV= γ Vi ΔT
Donde:
ΔV = Variación volumétrica
γ = Coeficiente de dilatación volumétrica
Vi = Es el volumen inicial
ΔT = es el cambio de
temperatura
El coeficiente de dilatación volumétrica
equivale a tres veces el coeficiente de dilatación lineal, por lo que:
γ = 3 α
Comportamiento
del agua al congelarse
La
mayoría de los líquidos suelen aumentar su tamaño al verse alterados por una
temperatura más alta y se contraen al disminuir la misma. Sin embargo no sucede
así con el agua, ésta tiene un comportamiento irregular o anómalo.
A
temperatura ambiente, el agua se dilata cuando la temperatura sube y se contrae
cuando baja. Con esto nos referimos a una temperatura mayor a los 4 °C. Hasta
ese momento se considera como normal. No obstante, cuando se encuentra en el
intervalo de temperaturas de 0 a 4 °C el agua se contrae al aumentar la
temperatura.
Podemos
decir que el agua tiene su mayor densidad a 4 °C.
Cuando el agua se congela no ocupa
menos espacio. Ocurre exactamente lo contrario, es decir, aumenta el volumen,
lo que la hace ocupar un espacio mayor.
Este comportamiento del agua tiene un
efecto importante sobre la vida vegetal y animal en los lagos. Un lago se
enfría de la superficie hacia abajo; por arriba de los 4°C, el agua en la
superficie se hunde por su mayor densidad; pero, cuando la temperatura
superficial baja de 4° C, el agua en el fondo sigue a 4°C hasta que casi todo
el lago se congela. Si el agua se comportara como la mayoría de las sustancias,
contrayéndose continuamente al enfriarse y congelarse, los lagos
se helarían de abajo hacia arriba.
La circulación por diferencias de densidad
haría subir continuamente el agua más caliente para un enfriamiento más
eficiente, y los lagos se congelarían por completo con mucha mayor facilidad.
Esto destruiría todas las plantas y animales que no resisten el congelamiento.
Si el agua no tuviera esa propiedad especial la evolución de la vida habría
seguido un curso muy diferente.
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| Gráfica de la densidad máxima del agua |
A continuación un video en donde se da una explicación de las fórmulas de dilatación con un ejemplo para mayor entendimiento:
Algunos links con información extra:
