Dilatación de sólidos y líquidosSe denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio. Según su naturaleza cada cuerpo posee lo que se llama coeficiente de dilatación térmica, cuyo símbolo es a. La dilatación en los solidos es el calentamiento de las moléculas que vibran con mayor intensidad. Los líquidos se caracterizan por dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos. Sin embargo, el agua siendo el líquido más común, no se comporta como los otros líquidos.¿Por qué crees que algunos elementos sólidos a mayor temperatura aumentan su longitud? ¿Qué sucede con el agua? ¿Qué diferencia tiene con los otros líquidos?

Desarrollo:

La dilatación es aquel fenómeno físico que consiste en la variación de las dimensiones de un cuerpo debido al calor.Cuando se entrega calor a un cuerpo, aumenta su temperatura (se calienta) y a su vez aumentan sus dimensiones, es decir, se dilata. Si se quita calor del cuerpo, su temperatura disminuye (se enfría) y sus dimensiones también disminuyen, se   dice que en cuerpo se contrae.Todos los cuerpos, independientemente de que sean sólidos, líquidos o gaseosos, se dilatan cuando aumenta su temperatura.En el caso de los sólidos, la dilatación se produce en la estructura interna del cuerpo, los átomos que constituyen la sustancia sólida se encuentran distribuidos ordenadamente, lo cual origina una estructura denominada red cristalina del sólido. Esos átomos están en constante vibración respecto de una posición media de equilibrio.Cuando aumenta la temperatura del sólido se produce un incremento en la agitación de sus átomos haciéndolos que vibren y se alejen de su posición de equilibrio, la distancia media entre los átomos se vuelve mayor lo que ocasiona la dilatación del sólido.

La dilatación de un cuerpo puede ser:

Dilatación LinealEl efecto más frecuente producido por cambios de temperatura es un cambio en el tamaño. Con pocas excepciones, todas las sustancias incrementan su tamaño cuando se eleva la temperatura. Los átomos en un sólido se mantienen juntos en un arreglo regular debido a la acción de fuerzas eléctricas.A cualquier temperatura los átomos vibran con cierta frecuencia y amplitud. A medida que la temperatura aumenta, se incrementa la amplitud (desplazamiento máximo) de las vibraciones atómicas. Esto da por resultado a un cambio total en las dimensiones del sólido. Un cambio de un sólido en una dimensión de llama dilatación lineal. Experimentalmente se ha encontrado que un incremento original y del cambio de temperatura.

Dilatación de ÁreaLa dilatación de área no se restringe a la dilatación de un sólido. Cualquier línea recta trazada atreves del solido aumenta su longitud por unidad de longitud con una velocidad dada por su coeficiente de dilatación α. Por ejemplo, en un cilindro solido, la longitud, el diámetro y la diagonal trazada atreves del solido aumentaran sus dimensiones en la misma proporción.

Dilatación de VolumenLa dilatación del material calentado es la misma en todas direcciones. Por lo tanto, el volumen de un liquido, gas o solido tendrá un incremento en volumen predecible al aumentar la temperatura.

Frecuentemente tenemos ocasión de darnos cuenta, directa o indirectamente, del efecto que el calor produce sobre los cuerpos, aumentando sus dimensiones,

fenómeno conocido como dilatación térmica. Este efecto debe tenerse muy en cuenta en ciertos casos, para evitar los efectos destructivos de las fuerzas de dilatación que se crean.Como por ejemplo los carriles del ferrocarril que son colocados sobre las traviesas, dejan entre ellos un espacio de unos milímetros, con el fin de que al producirse por efecto del calor solar un fuerte calentamiento, favorecido por el hecho de que siendo las traviesas en muchos casos de madera, aíslan al carril del suelo, puedan alargarse libremente.

Como el líquido carece de forma propia, solo puede tener sentido hablar de dilatación cúbica, pues sus dimensiones dependen del recipiente que lo contiene. Los líquidos se caracterizan por dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos. Sin embargo, el líquido más común, el agua, no se comporta como los otros líquidos. En la figura 1, se muestra la curva de dilatación del agua. Se puede notar que, entre 0 y 4ºC el agua líquida se contrae al ser calentada, y se dilata por encima de los 4ºC, aunque no linealmente. Sin embargo, si la temperatura decrece de 4 a 0ºC, el agua se dilata en lugar de contraerse. Dicha dilatación al decrecer la temperatura no se observa en ningún otro líquido común; se ha observado en ciertas sustancias del tipo de la goma y en ciertos sólidos cristalinos en intervalos de temperatura muy limitados, un fenómeno similar. La densidad del agua tiene un máximo a 4ºC, donde su valor* es de 1 000 kg/m3. A cualquier otra temperatura su densidad es menor. Este comportamiento del agua es la razón por la que en los lagos se congela primero la superficie, y es en definitiva lo que hace posible la vida subacuática.

Figura 1

Conclusiones:

Como conclusión a este trabajo, nos dimos cuenta que alrededor de nosotros, los objetos, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos se dilatan. El caso más especifico, es el del agua, pero también el de las vías de ferrocarril, el cual nombramos con anterioridad. El agua es distinta a los demás líquidos, por su densidad, cosa que ya esta explicita en el trabajo.