Cuando un cuerpo tiene un aumento de temperatura, las moléculas que lo componen reciben energía y se agitan, provocando un aumento de las dimensiones del objeto. Este fenómeno se conoce como expansión térmica. De manera similar, cuando un cuerpo se enfría, su energía disminuye y también lo hace la agitación molecular, provocando una reducción de sus dimensiones, lo que se conoce como contracción térmico.
LA expansión térmica se puede clasificar de tres formas: lineal, poco profundo y volumétrico.
dilatación térmica lineal
Cuando a variación de temperatura de un cuerpo para cambiar la distancia entre dos puntos, el expansión térmica lineal, que puede ser una variación en la longitud de una barra, el radio de una esfera, la diagonal de un cubo o un cuadrado, entre otros.
Como ejemplo, considere una barra de hierro de longitud L0 con temperatura inicial TI. Al elevar su temperatura a TF , la longitud se incrementará a L. Mira la foto:
Diagrama que muestra la expansión térmica lineal causada por el aumento de temperatura
La variación de temperatura (ΔT) es la diferencia entre la temperatura final e inicial:
ΔT = TF - TI
La expansión térmica lineal (ΔL) producida por esta variación de temperatura es la diferencia entre la longitud final L y la longitud inicial L0:
Δ L = L - L0
Esta dilatación que sufre la barra es proporcional a la variación de temperatura y a la longitud inicial de la barra, por lo que también se puede calcular con el Ley de dilatación térmica lineal por la fórmula:
Δ L = α. L0. Δ T
La constante de proporcionalidad α se llama coeficiente de expansión térmica lineal del material que compone la barra. Su unidad de medida es el grado Celsius recíproco, representado por ºC -1. Esta cantidad asume un valor diferente para cada tipo de material, representando la expansión térmica lineal para cada unidad de longitud y para cada unidad de variación de temperatura.
Consulte la siguiente tabla para conocer los valores del coeficiente de expansión térmica lineal de algunas sustancias:
Sustancia |
Coeficiente (10-6 ° C -1) |
Plomo |
27 |
Aluminio |
25 |
Plata |
20 |
Silicio |
2,6 |
Acero |
14 |
Oro |
15 |
Representación gráfica de la expansión térmica lineal.
Podemos obtener la expansión térmica lineal a partir de una gráfica de longitud frente a temperatura:
Gráfico de longitud frente a temperatura de expansión térmica lineal
Podemos relacionar el ángulo φ con la Ley de expansión térmica lineal, ya que:
Δ L = α. L0. Δ T
y
ΔL = α. L0
Δ T
siendo el coeficiente angular de línea recta que representa la variación de longitud con la temperatura, viene dada por:
tg φ = ΔL
Δ T
pronto:
tg φ = α. L0
La línea no puede pasar por el punto 0, ya que la longitud inicial no puede ser igual a cero.
Una de las consecuencias de la dilatación térmica lineal se puede ver en obras de ingeniería, por ejemplo, las juntas de dilatación (figura del título) que existen en vías de tren o aceras. Son simplemente un pequeño espacio vacío dejado en partes de la construcción por la expansión causada por el Las variaciones de temperatura, como en el caso de un incendio o incluso las variaciones naturales, no dañan la estructura del Edificios. Si estas juntas de expansión no existieran, cualquier aumento de temperatura podría hacer que el concreto o los herrajes se doblen o rompan.
Por Mariane Mendes
Licenciada en Física
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm