Ahora desarrollaremos la teoría de la dilatación térmica superficial en física, veremos en qué consiste, las fórmulas matemáticas para calcular las variaciones de dimensión, temperatura, etc. Empecemos.
Qué es la dilatación superficial
Una dilatación superficial es el fenómeno térmico que se produce cuando un cuerpo o material experimenta un cambio en las dimensiones de su área superficial, causado por un aumento de la temperatura; es decir aumenta el tamaño de en dos dimensiones. La dilatación superficial es más notable en cuerpos cuya forma geométrica predomínate es plana y el aumento de dimensión se nota más a los lados.
En la siguiente figura, tenemos una plancha, al principio se encuentra a una temperatura inicial To y un área superficial inicial So, esta plancha será calentada, entonces sus dimensiones aumentarán, es decir, se dilata; entonces ahora la plancha se encuentra más caliente, con una temperatura final Tf y un área superficial final Sf. Finalmente tendremos una variación de área superficial ΔS. Donde (ΔS=Sf-So)
Ejemplos de materiales con formas geométricas pueden ser: una plancha cuadrada de acero, una chapa circular de aluminio, o cualquier material plano.
Coeficiente de dilatación térmica superficial (β)
Es evidente que los materiales tienen distintas características y propiedades, de acuerdo a ello se comportan de diversas maneras. En este caso, ocurre lo mismo, algunos materiales se dilatan con más facilidad que otros. Por ejemplo entre una plancha de aluminio y otra de acero ¿Cuál crees que se dilate más, si los calentamos a la misma variación de temperatura? Evidentemente, el aluminio se dilata con más facilidad.
Esto ocurre porque el aluminio tiene un coeficiente de dilatación térmica más alto que el acero; en palabras simples, el coeficiente de dilatación térmica es un valor que indica la facilidad o no que posee un material para dilatarse al ser sometido al calor.
Cuanto mayor coeficiente de dilatación poseen los materiales, más fácil tienden a dilatarse, y cuanto menos coeficiente de dilatación, menos tienden a dilatarse.
Tabla de coeficiente de dilatación superficial
El coeficiente de dilatación superficial es igual al doble del coeficiente de dilatación lineal de los materiales. β=2α
Todos aquí ya conocemos los coeficientes de dilatación lineal de materiales, para saber el coeficiente de dilatación superficial, simplemente hay que multiplicarlo por 2.
- Fibra de carbono:2 x -0.8∙10-6 (°C)-1
- Cuarzo: 2 x 0,4∙10-6 (°C)-1
- Diamante: 2 x 1,2∙10-6 (°C)-1
- Pyrex: 2 x 3∙10-6 (°C)-1
- Vidrio: 2 x 8∙10-6 (°C)-1
- Plata: 2 x 9∙10-6 (°C)-1
- Acero: 2 x 12∙10-6 (°C)-1
- Oro: 2x 14∙10-6 (°C)-1
- Cobre: 2 x 17∙10-6 (°C)-1
- Latón: 2 x 18∙10-6 (°C)-1
- Aluminio: 2 x 23∙10-6 (°C)-1
- Plomo: 2 x 29∙10-6 (°C)-1
- Zinc: 2 x 29∙10-6 (°C)-1
- PVC: 2 x 52∙10-6 (°C)-1
- Madera de roble: 2 x 54∙10-6 (°C)-1
- Mercurio: 2 x 60,4∙10-6 (°C)-1
Fórmula de dilatación superficial
Donde:
- ΔS: variación de superficie.
- S0: superficie inicial.
- SF: Superficie final.
- β: coeficiente de dilatación superficial.
- ΔT: variación de temperatura.
- T0: temperatura inicial.
- TF: temperatura final.
Fórmulas y ecuaciones de dilatación superficial
A continuación tenemos las fórmulas y ecuaciones para calcular la superficie o área inicial del materia, el coeficiente de dilatación superficial, la temperatura final y la temperatura inicial.
Variación o incremento porcentual de área superficial
Cundo un cuerpo es sometido a cambios de temperatura, experimenta variación de su área superficial, dicha variación también se puede expresar en términos porcentuales, para calcular ese incremento, podemos emplear la fórmula:
Quiere decir que la variación de área superficial, expresado en porcentaje (%) es igual a división del valor de dicha variación superficial entre el valor del área superficie inicial, todo ello multiplicado por 100%.
Ejemplos de dilatación superficial en física
- Una plancha de acero sometido al calor
- Una calamina de metal en el sol
- La base y paredes de una olla en a vida cotidiana
- Un agujero
Me parece muy útil está pagina
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Muy buena la información.
La información es de gran importancia está bien clara la explicación
Me ayudó a comprender mejor q lo que me explicó el profe aunque igual, el del problema era yo, DIOS los bendiga a todos los que lean este mensaje.
Igual my friend
Muy didáctica. Excelente.
Una recomendación siempre hace falta ejemplos de ejercicios con áreas de cuadrados, rectángulos, circulo, cilindros. Para mejor comprensión en las aplicaciones.
Gracias Manuel, consideraremos los ejemplos.
Hola, ante todo mis saludos. Quisiera me pudiesen ayudar a calcular el coeficiente de dilatación volumétrico de un vagón cisterna de ferrocarril con más de 20 años de explotación transportando derivados del petróleo
Calcular el coeficiente de dilatación volumétrico de un vagón cisterna de ferrocarril específico requiere información detallada sobre el material del que está hecho el vagón. El coeficiente de dilatación volumétrico (β) es una propiedad térmica del material y se expresa en unidades de inverso de temperatura, por ejemplo, 1/°C o 1/°K.