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Vamos a continuar con los temas de calor y temperatura. En estos vídeos vamos a explicar el tema de dilatación térmica o expansión térmica. Bien, el estudio del termómetro líquido utiliza uno de los cambios mejor conocidos en una sustancia. Si te darás cuenta, que en los termómetros, no los digitales, sino en los antiguos, que para medir la temperatura, un pequeño líquido que está dentro del termómetro va subiendo conforme la temperatura aumenta. Entonces, este fenómeno se conoce como expansión térmica. El líquido, los sólidos, las moléculas, las partículas están fuertemente unidas. Así, por ejemplo, aquí el movimiento cinético es muy pequeño. Sí, pero los líquidos, las moléculas tienen un poco más de movimiento y, a su vez, los gases pues tienen mucho mayor movimiento porque tienen una gran energía cinética que las hace moverse libremente a las moléculas dentro de este material en estado gaseoso.
Entonces, tenemos tres tipos de dilatación térmica: dilatación lineal, que es sobre un eje; dilatación superficial, que es sobre dos ejes; y la dilatación volumétrica, que es sobre tres ejes. La dilatación lineal puede ser en el eje vertical o en el eje horizontal. La dilatación superficial es sobre los dos ejes x y; aquí estamos hablando de cambio de área. Sí, y la dilatación volumétrica se da sobre tres ejes: largo, ancho y altura. Sí. Entonces, vemos en la imagen qué tenemos un gas el cual se está calentando y, como se calienta este gas, ocurre el fenómeno de expansión térmica, lo que le hace capaz de levantar esta pequeña pesa.
Sí, tenemos otros tipos de dilatación. Por ejemplo, si nosotros tenemos un tubo con una longitud inicial y lo calentamos, entonces va a aumentar su longitud. Y aquí tiene una longitud inicial y, gracias al calor que le están suministrando, bueno, y al cambio de temperatura que llevaba consigo, pues vamos a aumentar un poco la longitud de este tubo. En esta segunda imagen, tercera, madre, perdón, tenemos un anillo. Sí, el cual tiene un diámetro interno. Sí, y si yo quisiera, por ejemplo, aumentar el diámetro interno, pues cuando lo someto a calor. Sí, y el diámetro interno pues va a aumentar. Esto lo utilizan, por ejemplo, en joyería cuando un anillo, por ejemplo, no te queda en el dedo. Lo que hace el joyero pues es aumentar el diámetro mediante dilatación térmica. Y otro que nos ha ocurrido a muchos cuando estamos cocinando: ahora bueno, te pones tu leche a calentar, se te olvida y al rato encuentras la leche derramada, ¿verdad?, por toda la estufa o se riega este, este líquido. Sí, esto ocurre también por la dilatación térmica; en este caso sería dilatación volumétrica.
Bien, la expansión térmica depende del tipo de material y el estado de agregación de este: si es sólido, si es líquido o si es gas. En gas, la expansión es mayor, por lo que te explicaba hace rato, que a nivel molecular en los gases pues las moléculas se mueven libremente. Entonces, ocupan un mayor este volumen. Sí, que en los líquidos, que los líquidos, las moléculas están separadas a nivel intermedio. Y en los líquidos es mayor que en los sólidos, ¿por qué? Porque en los sólidos las moléculas están fuertemente unidas, lo que provocaba que la expansión sea un poco más difícil o que requiera de mayores cambios de temperatura. El comportamiento de la dilatación en todos los materiales es distinto. Cada sustancia posee diferentes tipos de coeficientes de expansión que se denotan con la letra alfa del alfabeto griego. Estos valores los encontramos en tablas de datos experimentales. Sí, por ejemplo, esta tabla que la voy a subir para que la puedas descargar. Sí, ahí tenemos un montón de materiales: aluminio, latón, cobre, vidrio, plomo, acero; algunos líquidos: alcohol, benceno, acetona, etcétera. Y date cuenta que todos tienen distinto coeficiente de expansión. Sí, entonces por eso mencionamos esto en el punto anterior.
Sí, un factor importante en la dilatación térmica, que es para mí el más importante, es el cambio de temperatura del material, porque mientras mayor sea la diferencia de temperatura entre la final y la inicial, mayor será la dilatación de la sustancia. Sí, vamos a calcular el cambio de temperatura simplemente restando la temperatura final menos la temperatura inicial. Por ejemplo, supongo que hoy en la mañana a las 6 el clima o el ambiente estaba a una temperatura de 19 grados y ahorita que es mediodía la temperatura, por ejemplo, está a 30. ¿Cuál sería el cambio de temperatura? Pues 30 menos 19, o sea, el cambio en temperaturas serían 11 grados. A eso me referimos con el cambio de temperatura. Entre más grande sea este cambio, pues ocurrirá una mayor expansión térmica. Y tenemos los tres tipos de dilatación y las fórmulas para calcular dilatación lineal, y dilatación superficial y dilatación volumétrica. Delta L, que al igual que acá la podemos expresar como longitud final menos longitud inicial, pero lo vamos a dejar como delta L, si es igual a la longitud inicial por alfa, alfa recuerda que es este coeficiente de expansión promedio que ya dependerá de qué tipo de material se trata, por el cambio de temperatura. Y aquí está escrito todo. Esta fórmula te tienes que anotar las fórmulas porque sí son importantes.
Para el caso de la dilatación superficial, el cambio de área, o sea, área final menos área inicial, va a ser igual a área inicial. Sí, por beta por cambio de temperatura. Sí, el delta A es el cambio de área, A final menos A inicial. Ahí es el área inicial, pero beta. Así como obtener beta es el coeficiente de expansión. Sí, y beta es igual a dos veces alfa, ¿por qué? Porque la dilatación superficial se da en cuántos ejes? Lo acabas de ver hace rato, se da en dos ejes, por eso multiplicamos el coeficiente de expansión por dos. Sí, y delta T es el cambio de temperatura. Y para el caso de la dilatación volumétrica, delta V, o sea, volumen final menos volumen inicial, es igual a volumen inicial por gamma. Sí, por delta T, donde delta V es el cambio de volumen. A quienes leyes Vf menos Vi, es el volumen inicial y gamma, como si nada, la dilatación volumétrica en tres ejes, pues gamma va a ser igual a tres veces el valor de alfa. Por ejemplo, sí el aluminio tiene un valor de 24 por 10 a la menos 6, y entonces, para obtener el gamma, multiplicaríamos 24 por 3, sí, sería 72 por 10 a la menos 6. Así obtendríamos el valor de gamma y de beta, que en este caso sería 48. Se salva. Y bueno, ya después con los problemas te va a quedar un poco más claro. En el caso de la dilatación volumétrica, algunos líquidos ya tienen su coeficiente gamma ya establecido. Sí, ella no va a ser necesario multiplicarlo por 3, porque ya va a ser el coeficiente gamma. Ya después cuando veamos los ejercicios te darás cuenta de cuándo multiplicarlo por 3 y cuándo no multiplicarlo por 3.