La Dilatacion Termica Resumen Los Efectos Termicos del Calor



Resumen Sobre La Dilatación Térmica 
Los Efectos Térmicos del Calor

Los efectos comunes de cambios de temperatura son cambios de tamaño y cambios de estado de los materiales. Consideremos los cambios de tamaño que ocurren sin cambios de estado. Tomaremos como ejemplo un modelo simple de un sólido cristalino. Los átomos están sostenidos entre sí, en un ordenamiento regular, mediante fuerzas de origen eléctrico. Las fuerzas entre los átomos son similares a las que ejercería un conjunto de resortes que unieran los átomos, de manera que podemos imaginar al cuerpo sólido como un colchón de muelles.

Estos «resortes” son muy rígidos , y hay aproximadamente 1022 resortes por cada centímetro cúbico. A una temperatura cualquiera, los átomos de los sólidos están vibrando. La amplitud de vibración es del orden de 10-9cm y la frecuencia aproximadamente de 1013/seg.

Cuando aumenta la temperatura se incrementa la distancia media entre los átomos. Esto conduce a una dilatación de todo el cuerpo sólido conforme se eleva la temperatura. El cambio de cualquiera de las dimensiones lineales del sólido, tales como su longitud, ancho espesor, se llama dilatación lineal.

Si la longitud de esta dime lineal es L, el cambio de longitud, producido por un cambio de temperatura DT, es Al. Experimentalmente encontramos que, si DT suficientemente pequeña, este cambio de longitud Al es proporcional al cambio de temperatura DT y a la longitud original L. Por con siguiente, podemos escribir:(D=delta, letra griega)

La Dilatacion Termica Por Temperatura Efectos Termicos del Calor

Un sólido se comporta de muchos aspectos como si fuera un «colchón de muelles» microscópico, en el las moléculas están sostenidas entre si mediante fuerzas elásticas

AD [email protected]  (se lee alfa L por delta T)

en la ecuación anterior, «, que se llama coeficiente de dilatación U tiene diferentes valores para diversos materiales. Escribiendo otra manera esta fórmula obtenemos:

@= 1.DT/L.DT

o sea, que podemos interpretar a como la fracción de cambio de  longitud por cada grado que varia la temperatura.



Estrictamente hablando, el valor de @ depende de la temperatura a que esté el cuerpo y de la temperatura de referencia que se para determinar a L. Sin embargo, su van ordinariamente es insignificante comparada con la exactitud con es necesario hacer las mediciones en ingeniería. Con toda confianza podemos tomarla como constante para un material dado, independientemente de la temperatura.

En la Tabla  se muestra una lista de los valores experimentales del coeficiente medio de dilatación lineal de algunos sólidos comunes. Para todas las sustancias se encuentran en la lista, el cambio de tamaño consiste en una dilatación al elevarse la temperatura, porque a es positivo. El orden de magnitud de la dilatación es aproximadamente de 1 milímetro por metro de longitud por 100 modulos Celsius.

EJjemplo: Se va a elaborar el rayado de una escala métrica de acero de manera que los intervalos de milímetro sean exactos dentro de un margen de precisión de 5×10-5mm. a una cierta temperatura. ¿Cuál es la máxima variación de temperatura permisible durante el rayado?

[email protected]

Tenemos: 5 x 10-5 mm = (11 X 10-6/C)(1.0 mm) DT

en la expresión anterior hemos usado @ para el acero, tomada de la Tabla. De esta expresión se obtiene DT=5 C°. La misma temperatura a la cual se haga el proceso de rayado será la temperatura a la cual deba conservarse la escala cuando se use y deberá mantenerse siempre dentro de un margen de aproximadamente 5 C°.

Nótese (tabla)  que si se usara la aleación invar en lugar del acero, entonces, para la misma tolerancia requerida, se podría permitir una variación de temperatura de aproximadamente 75 C° o para la misma variación de temperatura (DT = 5°), la tolerancia que se obtendría sería más de un orden de magnitud mejor.

TABLA ALGUNOS VALORES DE @

Aluminio 23 X 10-6     Goma dura 80 X 10-6

Latón 19 X 10-6       Hielo 51X10-6



Cobre 17 X 10-6         Invar 0.7 X 10-6

VIDRIO (ordinario) 9 x 10-6  Plomo 29 X 10-6

Vidrio (pyrex) 3.2 x 10-6    Acero 11 X 10-6

Al nivel microscópico la dilatación térmica de un sólido sugiere un aumento en la separación media entre los átomos en el sólido. La curva de energía Potencial para dos átomos adyacentes en un sólido cristalino en función de su separación internuclear es una curva asimétrica como la de figura.

 Al acercarse los átomos, disminuyendo su separación del valor de equilibrio  entran en juego intensas fuerzas de repulsión y la curva de potencial se eleva con gran pendiente (F — dU/dr); conforme los átomos se separan aumentando su separación con respecto al valor de equilibrio.

Ver: Concepto de Cantidad de Calor

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