¿Alguna vez ha notado ese pequeño hueco en las vías del tren? ¿Por qué crees que están ahí? O, ¿alguna vez has notado que tu madre intenta abrir una botella atascada, calentándose cerca de su cuello? ¿De qué se trata esta magia? Averigüemos más sobre el proceso de expansión térmica aquí.
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Thermal Expansion
If the temperature increases, then the volume of the material also increases. Generalmente, esto se conoce como expansión térmica. Podemos expresarlo de esta manera que es el cambio fraccional de longitud o volumen por unidad de cambio de temperatura. En caso de expansión de un sólido, normalmente se emplea un coeficiente de expansión lineal.
En caso de expansión térmica del sólido, se describe en términos de cambio en longitud, altura y grosor. Para líquidos y gases, el coeficiente de expansión de volumen es más útil. Generalmente, si el material es un fluido, podemos describirlo en términos de cambio de volumen.
Entre los átomos y las moléculas, las fuerzas de unión varían de un material a material. Las características de los elementos y compuestos se conocen como coeficiente de expansión. Si un sólido cristalino tiene la misma configuración estructural (isométrica), entonces en todas las dimensiones del cristal la expansión será uniforme.
Si el cristal no es isométrico, el coeficiente de expansión también es diferente para diferentes direcciones cristalográficas y, a medida que la temperatura cambie, el cristal también cambiará la forma. Los materiales más blandos tienen un coeficiente de expansión (CTE) más alto, pero los materiales más duros como el tungsteno tienen un CTE más bajo.
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- Expansión lineal: La expansión lineal se define como el aumento en la longitud del sólido. Ejemplo: Si vamos a considerar una varilla donde la longitud de la varilla es l, y vamos a aumentar la temperatura de una varilla en una pequeña cantidad. Por lo tanto, la expansión lineal está dada por:
- El coeficiente de expansión lineal del sólido dado se denota como a. luego, para una unidad es por grado Celsius) en el CGS y en el sistema SI es por kelvin K-1.Expansión de volumen: La expansión de volumen se define como el aumento en el volumen del sólido al calentarse. Con un cambio en la temperatura ∆t, el cambio en el volumen de un sólido viene dado por ∆v=Vy t t, donde el coeficiente de expansión de volumen es y.
- Área o expansión superficial: La expansión superficial se define como el aumento en el área de superficie del sólido al calentarse. Si considera que en 00C el área de un sólido es A0, entonces su área en t0c está dada por: A0 (l+ßt). La unidad de β es 0C – 1 o K-1. Donde β se conoce como el coeficiente de expansión superficial.
6α = 3β = 2γ
Esta ecuación muestra la relación entre α es la expansión lineal, β es la expansión superficial, es la expansión de volumen. Estos tres coeficientes de expansión para un sólido dado no son constantes porque estos valores dependen totalmente de la temperatura. Ejemplos de dilatación térmica en nuestra vida diaria son termómetros, remachado, sobre ruedas de madera, fijación de neumáticos metálicos, etc.
Ejemplo resuelto Para Usted
Q. En una pieza continua de un rollo de una hoja de aluminio se construyen las escuchas modernas. Para una longitud de 30 metros, ¿cuál es el cambio de longitud? Donde α=23×10-6C – 1 para el rango de temperatura=100F.
Ans: ∆L = L0 α T T