Física del estado sólido

Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por cualquier medio. La contracción térmica es la disminución de propiedades métricas por disminución de la misma.- ...................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=61e7868a3c153850df8ad5db6023d440d3c0d75e&writer=rdf2latex&return_to=Dilataci%C3%B3n+t%C3%A9rmica

De una forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o líquido), aumentamos la agitación de las partículas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partículas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatación térmica). Por otra parte, una disminución en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones  (construcción térmica)

En la construcción civil, por ejemplo, para prevenir posibles  trincas y rupturas por causa de dilatación térmica de los materiales, se utilizan “folgas” llamadas como juntas de dilatación.

Tipos de Dilatación

1. Dilatación Lineal
2. Dilatación Superficial
3. Dilatación Volumétrica

Dilatación Linear

Más allá que la dilatación de un sólido suceda en todas las dimensiones, puede predominar la dilatación de apenas una de sus dimensiones sobre las demás. O aún, podemos estar interesados en una única dimensión del sólido. En este caso, tenemos la dilatación lineal (DL)

Dilatación Superficial

La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una placa, cuando sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación, representan una placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.

Dilatación Volumétrica

En este tipo de dilatación, vamos a considerar la variación del volumen, esto es, la dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud ancho y altura). Veamos el ejemplo del cuadro debajo:

Relación entre Coeficientes

Dilatación de los Líquidos

Los sólidos tienen forma propia y volumen definido, pero los líquidos tienen solamente volumen definido. Así, el estudio de la dilatación térmica de los líquidos es realizado solamente en relación a la dilatación volumétrica. Esta obedece a una ley idéntica a la dilatación volumétrica de un sólido o sea, la dilatación volumétrica de un líquido podrá ser calculada por las mismas fórmulas de la dilatación volumétrica de los sólidos.

Veamos en esta tabla, el coeficiente de dilatación de algunos líquidos, medidos en

Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos, medido em oC -1

Agua 1,3 . 10-4

Mercurio 1,8 . 10-4

Glicerina 4,9 . 10-4

Benceno 10,6 . 10-4

Alcohol 11,2 . 10-4

Acetona 14,9 . 10-4

Petróleo 10 . 10-4

Dilatación del Agua

En países donde los inviernos son rigurosos, muchas personas dejan sus grifos goteando para no permitir que el agua contenida en el sistema de cañerías se congele, debido al pequeño flujo de agua que gotea y evitar que explote la instalación sanitaria.

De la misma forma, en las laderas rocosas de estos países, con la llegada del invierno, las aguas que se infiltran en las rajaduras  de la roca se congelan y aumentan su volumen, provocando los desmoronamientos.

En regla general, al elevar la temperatura de una sustancia, se verifica una dilatación térmica.

En tanto, el agua al ser calentada desde 0 ºC a 4 ºC, se contrae constituyéndose una excepción al caso general. Este fenómeno puede ser aplicado de la siguiente forma:

En estado sólido, los átomos de oxígeno, que son muy electronegativos, se unen a los átomos de hidrógeno a través de un enlace que se llama puente de hidrógeno. En consecuencia de esto, entre las moléculas, se forman grandes vacíos, aumentando el volumen externo (aspecto macroscópico)

Cuando el agua es calentada de 0 ºC a 4 ºC, los puentes de hidrógeno se rompen y las moléculas pasan a ocupar los vacíos existentes, provocando así una contracción. Por tanto, en el intervalo 0 ºC a 4 ºC,, ocurre excepcionalmente una disminución de volumen. Pero de 4 ºC a 100 ºC, el agua se dilata normalmente.

Los diagramas a continuación ilustran el comportamiento del volumen y de la densidad en función de la temperatura.

Entonces, a 4 ºC, se tiene el menor volumen para el agua y consecuentemente, la mayor densidad del agua en el estado líquido.

Observación:

La densidad del agua en el estado sólido (hielo) es menor que la densidad del agua en el estado líquido.

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