Dilataciónpoco profundo es el nombre que se le da al fenómeno en el que existe una aumento en el área de uncuerpo causado por un aumento de temperatura. Este tipo de expansión se da en cuerpos con simetría superficial, como platos, tableros de mesa, tableros, tejas, etc.
veaademás: Calorimetría
La dilatación de la superficie depende de la coeficiente de expansión de la superficie. Este coeficiente, cuya unidad es la ° C-1, es una característica de cada tipo de material, pero mantener una relación proporcional con el coeficiente de expansión lineal:
β - coeficiente de expansión de la superficie (° C-1)
α - coeficiente de expansión lineal (° C-1)
Podemos entender esta relación si vemos que en la dilatación superficial hay dos dilatacioneslineal: uno para el largo y otro para el altura del cuerpo. Es importante enfatizar que la relación mostrada arriba es válida solo para cuerpos formados por sustancias puras y homogéneo.
Fórmula
Compruebe la fórmula que se utiliza para calcular el módulo de dilatación superficial - la variación en la zona que sufre algún cuerpo cuando se calienta.
S - dilatación del área (m²)
s0- superficie inicial (m²)
β - coeficiente de expansión de la superficie (° C-1)
ΔT —Variación de temperatura (° C)
Además de esta forma, podemos calcular la dilatación superficial de otra forma, para que podamos encontrar directamente el área final del cuerpo, verifique:
s - superficie final (m²)
Expansión térmica
Cuando se calienta, el moléculas de los cuerpos tienden a vibrar a velocidades más altas, esto hace que el dimensiones macroscópicas de los cuerpos puede ser cambió, aunque mínimamente. El fenómeno en el que un cuerpo cambia de tamaño cuando se calienta se llama dilatacióntérmico.
A pesar de ser intuitivo, no es cierto que todos los materiales se expandan cuando aumenta su temperatura, hay materiales que presentan coeficientes de expansión negativos (como a caucho vulcanizado), es decir, cuando estos materiales se calientan, sus dimensiones se reducen.
La expansión térmica se divide en tres subtipos de expansión: lineal, poco profundo y volumétrico. Estos tipos de dilataciones ocurren juntas, sin embargo, una de ellas será más significativa que las otras, según la forma del cuerpo.
Por ejemplo: debido a su forma, la aguja sufre más dilataciónlineal en relación con otras formas de dilatación; una placa de metal, a su vez, sufre más dilataciónsuperficial, por su formato; Los líquidos y gases, que ocupan el espacio de sus recipientes, tienden a expandirse en todas direcciones y, por tanto, presentan dilataciónvolumétrico.
veaademás:¿Qué es la entropía?
Dilatación de líquidos
Los líquidos pueden experimentar expansión volumétrica cuando se calientan. Sin embargo, a la hora de estudiar este tipo de dilataciones, es importante que consideremos la expansión volumétrica de contenedores donde se almacenan los líquidos.
En este sentido, se habla de dilatación aparente, la diferencia entre la dilatación que sufre el líquido y su recipiente. Accede a nuestro artículo y aprende todo sobre dilatación líquida.
Experimentar
Existen experimentos que se pueden realizar de forma rápida y sencilla, con el fin de visualizar el fenómeno de la dilatación superficial. Mira algunos casos:
Materiales necesarios:
1 bandeja de poliestireno
1 moneda
1 vela
partidos
1 alicates
1 bolígrafo
1 tijeras
Metodología:
Coloque la moneda en la bandeja de espuma de poliestireno y delinee con el bolígrafo. Después de eso, córtalo. Enciende la vela y sujeta la moneda con los alicates, colocándola justo encima de la llama de la vela. (estar en presencia de un adulto para realizar este tipo de experimento).
Después de unos minutos, coloque la moneda en la bandeja de espuma de poliestireno y notará que se habrá reducido de tamaño después de derretir la espuma de poliestireno. Para comparar los tamaños de las monedas calentadas y frías, coloque el agujero producido por la moneda calentada y el trozo de espuma de poliestireno que se cortó uno al lado del otro.
Otro experimento interesante es tener un borde y una esfera metálica con un radio un poco más grande que el borde. A temperatura ambiente, la esfera no podrá pasar por el borde, sin embargo, cuando calentamos el borde, su área interna aumenta debido a la expansión térmica y la esfera podrá atravesarlo:
Otra posibilidad es intentar abrir una olla que tiene la tapa colocada calentándola, haciendo que su área se expanda:
ejercicios resueltos
Pregunta 1) Una chapa rectangular de 0,05 m² tiene una temperatura de 25º C cuando es calentada por la luz solar, hasta que alcanza los 75º C. El coeficiente de expansión superficial del material que compone la hoja es igual a 2.0.10-4 ºC-1, ¿cuál será la variación en el área de esta placa?
a) 0,0575 m²
b) 0,0505 m²
c) 1.500 m²
d) 0,750 m²
e) 0.550 m²
Plantilla: Letra B
Resolución:
Para encontrar el área final de la chapa, usaremos la siguiente fórmula de expansión de superficie:
Insertaremos, en la fórmula, los datos que se proporcionaron en el ejercicio:
Según los datos aportados por el ejercicio, la superficie final de esta chapa será de 0,505 m², por lo que la alternativa correcta es la letra B.
Pregunta 2) Un material dado tiene un coeficiente de expansión lineal de 1.5.10-5 ° C-1, el coeficiente de expansión superficial de este mismo material es:
a) 0.50.10-5 ° C-1
b) 0,75,10-5 ° C-1
c) 3.0.10-5 ° C-1
d) 4.50.10-5 ° C-1
e) 0.40.10-5 ° C-1
Plantilla: Letra C
Resolución:
Para resolver este ejercicio, recuerde que dos cuerpos con diferentes simetrías, pero hechos de la misma sustancia pura, mantienen la siguiente relación entre sus coeficientes de dilatación térmica:
Por tanto, la alternativa correcta es la letra C.
Pregunta 3) Un tablero de 0,4 m² y un coeficiente de expansión de la superficie igual a 2,0,10-5 ° C-1 se calienta de 20º C a 200º C. Determine el porcentaje de aumento en el área de esa placa.
a) 0,36%
b) 35%
c) 25%
d) 0,25%
e) 5%
Plantilla: Letra LA
Resolución:
Primero calculemos el módulo de expansión sufrido por la placa usando la fórmula de expansión superficial:
Utilizando los datos que nos proporciona el ejercicio, tendremos que hacer el siguiente cálculo:
En esta resolución, primero calculamos cuál fue la dilatación que sufrió la placa. A continuación, hicimos la relación entre el área final de la placa, que es la suma del área inicial con la expansión de la placa, por el área inicial de la placa. Después de multiplicar el valor obtenido por 100, encontramos el porcentaje de la nueva área con relación a la anterior: 100.036, es decir: el área de la placa aumentó en un 0.36%.
Por mí. Rafael Helerbrock
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm
