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EXPANSION TERMICA FISICA GENERAL PARA CIENCIAS DE LA SALUD (FS-104) Erick Salgado UNAH-Escuela de Física Dilatación Térmica FS-104 III UNIDAD

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EXPANSION TERMICA

FISICA GENERAL PARA CIENCIAS DE LA SALUD (FS-104)

Erick Salgado

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Expansión Térmica

•Los cambios en las dimensiones y los volúmenes de los materiales sonefectos térmicos comunes.

•La expansión térmica es el resultado de un cambio en la distanciapromedio que separa los átomos de una sustancia, conforme ésta secalienta.

• Los átomos vibran de un lado a otro; al aumentar la temperatura (es decir,con mayor energía interna), se vuelven más activos y vibran másampliamente como si estuvieran separados por resortes.

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Figura 2. la junta vertical larga se llena conun material suave para permitir que lapared se expanda y contraiga a medida quecambia la temperatura de los ladrillos.

Figura 1. las juntas de expansión térmica seusan para separar secciones de autopistas enlos puentes. Sin estas juntas, las superficies sepandearían debido a la expansión térmica endías muy calientes o se fracturarían debido acontracción en días fríos.

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Expansión Térmica Lineal

•El cambio en una dimensión de un sólido (longitud, anchura o espesor) sedenomina expansión lineal.

•Se considerara que el material es un solido isotrópico (Que tienepropiedades que son idénticas en todas direcciones) por tanto la expansiónlineal se podrá extrapolar para 2 y 3 dimensiones.

•Si el cambio de temperatura es pequeño, la expansión lineal (ocontracción) es aproximadamente proporcional a ∆𝑇 = 𝑇𝐹 − 𝑇𝑖, donde 𝑇𝐹es la temperatura final y 𝑇𝑖 es la temperatura inicial de la muestra.

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Expansión Térmica Lineal

• El cambio fraccionario de longitud es𝐿−𝐿𝑜

𝐿𝑜o bien

∆𝐿

𝐿𝑜donde 𝐿𝑜 es la

longitud original del sólido a la temperatura inicial. Esta razón estárelacionada con la temperatura así:

∆𝐿

𝐿𝑜=

𝐿−𝐿𝑜

𝐿𝑜= 𝛼∆𝑇

𝐿 − 𝐿𝑜 = 𝐿𝑜𝛼∆𝑇 ó

. 𝐿 = 𝐿𝑜 + 𝐿𝑜𝛼∆𝑇

𝐿 = 𝐿𝑜(1 + 𝛼∆𝑇)

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Expansión Térmica Lineal

• donde 𝛼 es el coeficientetérmico de expansión lineal.Las unidades de 𝛼 son elrecíproco de temperatura:recíproco de grados Celsius(𝐶𝑜−1). En la siguiente tablase dan valores de 𝛼 paraalgunos materiales:

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Expansión Térmica Superficial

• El cambio fraccionario será de área y es𝐴−𝐴𝑜

𝐴𝑜o bien

∆𝐴

𝐴𝑜donde 𝐴𝑜 es el

área original del sólido a la temperatura inicial. Esta razón estárelacionada con la temperatura así:

∆𝐴

𝐴𝑜=

𝐴−𝐴𝑜

𝐴𝑜= 2𝛼∆𝑇

𝐴 − 𝐴𝑜 = 𝐴𝑜2𝛼∆𝑇 ó

. 𝐴 = 𝐴𝑜 + 𝐴𝑜2𝛼∆𝑇

𝐴 = 𝐴𝑜(1 + 2𝛼∆𝑇)

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Expansión Térmica Volumétrica

• El cambio fraccionario será de volumen y es𝑉−𝑉𝑜

𝑉𝑜o bien

∆𝑉

𝑉𝑜donde

𝑉𝑜 es el volumen original del sólido a la temperatura inicial. Estarazón está relacionada con la temperatura así:

∆𝑉

𝑉𝑜=

𝑉−𝑉𝑜

𝑉𝑜= 3𝛼∆𝑇

𝑉 − 𝑉𝑜 = 𝑉𝑜3𝛼∆𝑇 ó

. 𝑉 = 𝑉𝑜 + 𝑉𝑜3𝛼∆𝑇

𝑉 = 𝑉𝑜(1 + 3𝛼∆𝑇)

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Algunas Aplicaciones en odontología:

•Comportamiento Térmico de materiales odontológicos.

• Conductividad Térmica• Difusividad Térmica•Índice Térmico (Coeficiente de expansión térmica lineal (CETL))

Con el CETL se utiliza el mismo principio de expansión que se habloanteriormente aplicado a una cavidad dental.

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Algunas Aplicaciones en odontología:

•Alto coeficiente de expansión térmica lineal (CETL)

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Valores de CETL en estructuras dentales

Un CETL muy superior al diente será un material de obturación queconllevara a la presencia de un fenómeno llamado microfiltración marginal yposteriormente a una fractura de paredes cavitarias.

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Valores de CETL en estructuras dentales

Es por esa razón que los estudios del CETL de estos materiales se realizan enlaboratorios en los cuales se les aplican ciclos térmicos para poder verificarcon cierto grado de confianza dichos valores.

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•Coeficiente de Expansión Térmica Lineal (CETL) de algunos materiales odontológicos.

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•Coeficiente de Expansión Térmica Lineal (CETL) de algunos materiales odontológicos.

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