Experimentos sobre dilatación térmica (Lineal, Superficial, Volumétrica)

Summary

El video ofrece una explicación detallada sobre el fenómeno de dilatación térmica, es decir, cómo el aumento de la temperatura puede hacer que los cuerpos aumenten su volumen. Se describe que, debido a que las partículas se mueven más rápido, se requiere más espacio, provocando que el cuerpo se dilate. Este concepto es crucial para la construcción de estructuras como vías de tren y carreteras, donde se debe tener en cuenta la expansión y contracción debido a cambios de temperatura. El video también aborda diferentes tipos de dilatación, como la dilatación lineal, superficial y volumétrica, proporcionando ecuaciones para cada uno. Se presentan experimentos para ilustrar estos conceptos, como el uso de un huevo y un frasco de vidrio para demostrar la dilatación lineal, y un globo y una botella para mostrar la dilatación volumétrica. Finalmente, se menciona la importancia de estos fenómenos en la ingeniería y la fabricación.

Takeaways

• 🌡️ Los cuerpos se dilatan cuando la temperatura aumenta porque las partículas se mueven más rápido y necesitan más espacio para desplazarse.
• 📏 La dilatación térmica es importante en la fabricación de estructuras como las vías del tren, donde se debe tener en cuenta para evitar deformaciones.
• 🔨 Se deja una separación de unos 5 mm en las uniones de las vías del tren, llamada junta de dilatación, para permitir la expansión debido a la temperatura.
• 🚂 Otros ejemplos de dilatación térmica incluyen las vías de tren, las ruedas de un auto, las puertas de una casa y el asfalto de las carreteras.
• 📏 La dilatación lineal se produce cuando una dimensión crece más que las demás, como en varillas, alambres y barras.
• 🧮 La ecuación de dilatación lineal es lf = aLi * (1 + α * Δt), donde lf es la longitud final, Li la longitud inicial, α es el coeficiente de dilatación lineal y Δt la diferencia de temperatura.
• 🥚 Un experimento para demostrar la dilatación lineal involucra usar un huevo y dos recipientes, uno con agua caliente y otro con agua fría, observando cómo el huevo se ajusta al frasco.
• 📐 La dilatación superficial ocurre cuando dos dimensiones crecen más que la tercera, como en láminas y planchas.
• 🧘 La ecuación de dilatación superficial es AF = AR * (1 + 2α * Δt), donde AF es el área final, AR el área inicial, α el coeficiente de dilatación superficial y Δt la diferencia de temperatura.
• 🔥 Un experimento para demostrar la dilatación superficial utiliza un trozo de aluminio y plastilina, dejando que el aluminio se caliente y observando el cambio en el área.
• ⏯️ La dilatación volumétrica o cúbica ocurre cuando todas las dimensiones de un cuerpo crecen de manera igual, como en los fluidos o en cuerpos sólidos como estatuas.
• 🧮 La ecuación de dilatación volumétrica es Vf = Vi * (1 + 3α * Δt), donde Vf es el volumen final, Vi el volumen inicial, α el coeficiente de dilatación volumétrica y Δt la diferencia de temperatura.

Q & A

¿Por qué se dilatan los cuerpos cuando aumentan su temperatura?

Los cuerpos se dilatan cuando aumentan su temperatura porque las partículas se mueven más deprisa y necesitan más espacio para desplazarse.

¿Cómo afecta la dilatación térmica a la construcción de estructuras como las vías del tren?

La dilatación térmica es importante en la construcción de estructuras porque puede provocar deformaciones en las uniones. Por ello, se deja una separación de unos 5 mm, denominada junta de dilatación, para permitir el aumento de volumen debido a la temperatura.

¿Cuál es la relación entre la presión de un gas y su volumen a temperatura constante?

La presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa, siempre y cuando la temperatura se mantenga constante.

¿Qué es la dilatación lineal y cómo se calcula?

La dilatación lineal se produce cuando predomina una dimensión frente a las otras dos. Se calcula mediante la ecuación lf = a * Li * (1 + coeficiente de dilatación lineal * (t - Ti)), donde lf es la longitud final, Li la longitud inicial, 'a' es el coeficiente de dilatación lineal y 't - Ti' es la diferencia de temperatura.

¿Cómo se puede observar la dilatación lineal en un experimento con un huevo y un frasco de vidrio?

Se llena un frasco de vidrio con agua fría y se coloca la mitad del huevo dentro. Luego, se coloca el frasco en agua con hielo y se observa cómo el huevo 'se dilata' entrando al frasco. Al invertir el experimento y poner el frasco con el huevo en agua caliente, el huevo 'se contrae' saliendo del frasco.

¿Qué es la dilatación superficial y cómo se calcula?

La dilatación superficial ocurre cuando predominan dos dimensiones frente a una tercera. Se calcula con la ecuación AF = AR * (1 + 2 * coeficiente de dilatación superficial * (t - Ti)), donde AF es el área final, AR el área inicial y 't - Ti' es la diferencia de temperatura.

¿Cómo se puede demostrar la dilatación superficial con un trozo de aluminio y plastilina?

Se modela la plastilina para que tenga el área del recipiente y se coloca un trozo de aluminio sobre ella. Luego, se somete a calor y, tras un corto tiempo, se observa que la superficie del aluminio ha aumentado más allá del área del recipiente.

¿Qué es la dilatación volumétrica o cúbica y cómo se calcula?

La dilatación volumétrica o cúbica es la que ocurre cuando las tres dimensiones de un cuerpo son igualmente relevantes. Se calcula con la ecuación Vf = Vi * (1 + 3 * coeficiente de dilatación volumétrica * (t - Ti)), donde Vf es el volumen final, Vi el volumen inicial y 't - Ti' es la diferencia de temperatura.

¿Cómo se puede observar la dilatación volumétrica en un experimento con un globo y una botella?

Se coloca un globo en el pico de una botella y se inmersa en agua caliente. Se observa cómo el globo 'se infla' debido a la dilatación del aire dentro del globo por el aumento de temperatura.

¿Cómo afecta el aumento de temperatura al tamaño de un fluido?

El aumento de temperatura hace que el tamaño de un fluido aumente, ya que el aire y el agua en el líquido se expanden a causa del calor. Esto se puede observar claramente en la botella de baño María, donde el globo 'desciende' y 'desinfla' al disminuir la temperatura.

¿Cuáles son algunos ejemplos de dilatación térmica en la vida cotidiana?

Algunos ejemplos incluyen la dilatación de las vías de tren en verano, el aumento de presión en las ruedas de un automóvil debido a la temperatura, la dilatación de las puertas de una casa debido a la madera y el dilatación del asfalto de las carreteras.

¿Cómo se relaciona el coeficiente de dilatación con la dilatación de un cuerpo?

El coeficiente de dilatación es un número que indica cómo se expande un material por unidad de temperatura. Es utilizado en las ecuaciones de dilatación para calcular el cambio en longitud, área o volumen debido a un cambio de temperatura.