DILATACION EN SOLIDOS: CONCEPTO, TIPOS Y EJEMPLOS

Soy el Profe Sosa

3 Nov 202024:30

Summary

TLDREste video explica cómo los sólidos, líquidos y gases se expanden al cambiar la temperatura, manteniendo la presión constante. Se aborda la dilatación lineal, superficial y volumétrica de los sólidos, detallando cómo los materiales como el hierro, el concreto y el aluminio reaccionan a los cambios térmicos. Se muestran ejemplos prácticos de dilatación en materiales como barras de hierro, losas de concreto y placas de aluminio, y se utilizan fórmulas para calcular las variaciones en longitud, superficie y volumen. Además, se ilustra cómo la temperatura afecta estas expansiones, con ejemplos del mundo real como las juntas de expansión en carreteras.

Takeaways

😀 La expansión térmica es el cambio en las dimensiones que experimenta un material (sólido, líquido o gas) cuando varía la temperatura, manteniéndose la presión constante.
😀 Los sólidos son los que experimentan la menor expansión térmica, mientras que los gases tienen la expansión más significativa.
😀 Existen tres tipos de expansión en los sólidos: lineal, superficial y volumétrica.
😀 La expansión lineal ocurre cuando un material aumenta su longitud en una sola dirección, como un hilo o barra.
😀 La expansión superficial se da cuando un material aumenta su área en dos direcciones, como una losa de concreto.
😀 La expansión volumétrica sucede cuando un material aumenta su volumen en tres direcciones, como un cubo.
😀 La fórmula para calcular la expansión lineal es: ΔL = α * L₀ * ΔT, donde α es el coeficiente de expansión lineal, L₀ es la longitud inicial y ΔT es la variación de temperatura.
😀 En el caso de la expansión superficial, la fórmula es: ΔA = 2α * A₀ * ΔT, donde A₀ es el área inicial.
😀 Para la expansión volumétrica, la fórmula es: ΔV = 3α * V₀ * ΔT, donde V₀ es el volumen inicial.
😀 Ejemplo de expansión lineal: Un hilo de hierro de 3 metros de longitud, con una variación de temperatura de 280°C, se expande 10.08 mm, lo que representa un aumento muy pequeño en su longitud.
😀 En concreto reforzado, debido a la expansión térmica, es necesario colocar juntas de expansión, especialmente en calles de concreto, para evitar que las losas se rompan por el calor.
😀 Un ejemplo de expansión superficial muestra cómo el concreto se dilata 2 mm entre los extremos de temperatura extrema, lo que es suficiente para que las juntas de expansión funcionen correctamente.

Q & A

¿Qué es la expansión de los sólidos?
-La expansión de los sólidos es el cambio en sus dimensiones cuando se varía la temperatura, mientras que la presión se mantiene constante. Esto provoca que el material se alargue, se expanda en superficie o en volumen, dependiendo de las condiciones del material.
¿Qué factores afectan la expansión de un material sólido?
-La expansión de un material sólido depende de tres factores: el material en sí (su coeficiente de expansión lineal), la temperatura inicial y la temperatura final. Estos factores determinan cuánto se expandirá el material.
¿Cómo se calcula la variación de longitud en un objeto sólido?
-La variación de longitud se calcula utilizando la fórmula ΔL = λ * L0 * ΔT, donde ΔL es la variación de longitud, λ es el coeficiente de expansión lineal del material, L0 es la longitud inicial, y ΔT es la variación de temperatura (temperatura final menos la temperatura inicial).
¿Qué unidades se utilizan para medir la expansión de los sólidos?
-Para medir la expansión de los sólidos se utilizan unidades como metros, centímetros o milímetros para la longitud, y grados Celsius para la temperatura. El coeficiente de expansión lineal se mide en unidades de 1/°C.
¿Por qué la expansión de los sólidos es más pequeña que la de los líquidos y gases?
-La expansión de los sólidos es más pequeña porque las partículas en un sólido están más fuertemente unidas que en los líquidos o gases, lo que limita su capacidad de movimiento y, por lo tanto, su expansión térmica.
¿Cuál es la diferencia entre dilatación lineal, superficial y volumétrica?
-La dilatación lineal ocurre en una sola dirección, como en una barra. La dilatación superficial afecta a dos dimensiones, como en un plano. La dilatación volumétrica, por su parte, afecta a tres dimensiones, como en un objeto tridimensional como un cubo.
¿Qué sucede en una junta de expansión en un pavimento de concreto?
-Una junta de expansión en un pavimento de concreto permite que el material se expanda debido al aumento de temperatura sin que se rompa. Estas juntas son necesarias para permitir el movimiento de las losas de concreto debido a la dilatación térmica.
¿Cómo se calcula la expansión superficial de un material?
-La expansión superficial se calcula con la fórmula ΔS = 2 * λ * A * ΔT, donde ΔS es la variación en la superficie, λ es el coeficiente de expansión lineal, A es la superficie inicial y ΔT es la variación de temperatura.
En el ejemplo del concreto reforzado, ¿cuál es la variación de longitud de una losa de 3 metros de largo con una variación de temperatura de 55°C?
-La variación de longitud es de 1.65 mm, calculada usando el coeficiente de expansión lineal del concreto (10 * 10^-6 1/°C), la longitud inicial de 3 metros y la variación de temperatura de 55°C.
¿Qué se debe hacer para que una barra de cobre de 3 cm entre en un agujero de 2.99 cm?
-Para que la barra de cobre de 3 cm entre en el agujero de 2.99 cm, es necesario reducir la temperatura de la barra, lo que hará que se contraiga debido a la expansión térmica negativa. El cálculo de la temperatura necesaria para esto da como resultado una disminución de 196.08°C, lo que equivale a -176.08°C.