Ing. Juan Carlos Nez Ugalde

Cecyted 09

Qu es Dilatacin Trmica?

Se denomina dilatacin al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensin mtrica que sufre un cuerpo fsico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.

Por qu se dilatan las sustancias con la temperatura?

Cuando aumenta la temperatura de una sustancia, sus molculas se mueven ms rpidamente y tienden a separarse; como consecuencia, la sustancia se dilata o expande, por lo tanto la materia slida, se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfran. A este fenmeno lo conocemos como dilatacin trmica.

En la construccin de estructuras como puentes, edificios, rieles, vigas y oreos elementos estructurales. Se debe tener en cuenta la dilatacin trmica para conocer el comportamiento del material. Cada material tiene un coeficiente de dilatacin trmica distinto, debido a sus propiedades internas y externas, pero el grado de dilatacin de un material depende del cambio de la temperatura y el tipo de material. La experiencia muestra que los slidos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfran. La dilatacin y la contraccin ocurre en 3 dimensiones: largo, ancho y alto.

La dilatacin de los slidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la energa trmica y esto hace que aumenten las vibraciones de los tomos y molculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio ms alejadas que las originales. Por lo general los slidos, lquidos y gases se dilatan cuando aumenta la temperatura y se contraen cuando esta disminuye. Los slidos se dilatan muy poco en comparacin con los lquidos, y los gases se dilatan notablemente.

TIPOS DE DILATACIN

DILATACIN LINEAL

Se produce en alambres, varillas, barras, rieles, etc.

DILATACIN SUPERFICIAL (REA)

Se produce en baldosas, vidrio, placas metlicas, etc.

DILATATACIN VOLUMTRICA

Se produce en gases, lquidos y cuerpos geomtricos.

Dilatacin linealEl cambio en una dimensin para un slido se denomina dilatacin lineal. La dilatacin lineal corresponde a un slido en el cual es ms importante su longitud, como es el caso de una varilla o un alambre. Es donde predomina la variacin en una dimensin de un cuerpo, es decir el aumento de longitud.

Formula de dilatacin lineal

Lf= Lo + (Tf-T0)

Coeficiente de dilatacin Se llama coeficiente de dilatacin lineal de un cuerpo slido al alargamiento que experimenta la unidad de longitud de este cuerpo, medida a 0o, cuando la temperatura se eleva 1o.

Ejemplo:A una temperatura de 15C una varilla de hierro tiene una longitud de 8m Cul ser su longitud al aumentar la temperatura a 24C?

Tarea 4Una barra de plata mide 8 m a 15 C. Hallar la variacin que experimenta su longitud al calentarla hasta 35 C.Calcular la longitud de un hilo de cobre ( = 0,0000117/C) calentado por el sol hasta 55 C, si a 0C su longitud era de 1400 m.A una temperatura de 20 una varilla de hierro tiene una longitud de 5m. Cual ser su longuitud al aumentar la temperatura 25?Qu relacin existe entre los coeficientes de dilatacin lineal, superficial y cbica?Cmo se dilatan los lquidos?

Dilatacin superficial

Es la que se toma en cuenta cuando el slido es una superficie muy delgada, como una placa de metal. Es aquella en la que predomina la variacin en dos dimensiones de un cuerpo, es decir: largo y ancho. La dilatacin lineal es la que se experimenta en los objetos planos cuando son sometidos a cambios de temperatura como por ejemplo cuando se calienta un comal, se expande y al enfriarse vuelve a su tamao original. Frmula para calcular la dilatacin superficial.

Formula de Dilatacin Superficial

Nota: se obtiene multiplicando el coeficiente de dilatacin lineal por dos. = 2

Ejemplo

Consideramos que una placa cuadrada de hierro de 3m de lado se le aumenta la temperatura 50C. Calcule el rea final al aumentarle esa temperatura.

Tarea 5El fondo de un recipiente cilndrico es de latn es de 1.5m2 con una temperatura de 0 0C, calcula la superficie cuando se encuentra a 1300C

Un comal de hierro es cuadrado mide 0.5m por lado a la temperatura ambiente (25 0C), si se calienta el comal a una temperatura de 60C, cunto es el incremento de rea?

Dilatacin volumtrica En caso general un cuerpo se dilata en 3 dimensiones: largo, ancho y altura. Es en la que se consideran en los lquidos y gases; en los slidos nicamente se presenta en slidos de forma esfrica o en un cuerpo con forma geomtrica regular. En esta dilatacin predominan 3 dimensiones largo, ancho y alto. Por lo tanto el coeficiente de dilatacin volumtrica es tres veces mayor que el coeficiente de dilatacin lineal para slidos con forma regular y lquido.

Formula de Dilatacin Volumtrica

Ejemplo A un cubo de cobre de 1.2m3 a 18 C se le aumenta la temperatura 200 C qu aumento de volumen experimenta?

Tarea 61.- Una barra de aluminio de 0.01 m3 a 16 C, se calienta a 44 C. Calcular: a)Cul ser el volumen final? b)Cul fue su dilatacin cbica?2.- Una esfera hueca de acero a 24 C tiene un volumen de 0.2 m3. Calcular a)Qu volumen final tendr a - 4 C en m3 y en litros? b)Cunto disminuy su volumen en litros?3.- Un cubo de cobre de 0.5m de lado se calienta de una temperatura de 19 C a una temperatura de 96 C Cul es el volumen que aument el cubo?

TRANSMISIN DE CALOR Cuando se tienen objetos con diferente nivel de energa calorfica en una cercana, la energa calorfica tiende a fluir del cuerpo que tiene una mayor energa a otro de menor energa, o sea que pasa el calor de uno caliente a otro que est frio y no es que el frio pase a uno caliente, porque el frio no es energa, esta transferencia de energa calorfica puede ser efectuada de tres maneras diferentes.

Radiacin:Consiste en la propagacin de la energa calorfica por medio de ondas electromagnticas , por ejemplo cuando conectas un calentador elctrico y a un metro o menos sientes como el calor te llega al cuerpo e incluso puede ser reflejado por una superficie metlica pulida.

Conveccin:Esta consiste en el transporte de la energa por el movimiento de la sustancia.

Es el proceso por el que la energa trmica se transfiere mediante el movimiento masivo real de un fluido calentado.

Conduccin:Esta consiste en la propagacin del calor a travs de un cuerpo slido, la energa calorfica aumenta la vibracin de los tomos y estos la transfieren al tomo vecino siempre pasando del qu tiene una energa baja a una alta tendiendo a tener todos la misma energa, a mayor energa calorfica mayor vibracin y viceversa todos los materiales tienen diferente capacidad para conducir el calor.

FUERZA ELCTRICA CAMPO ELCTRICO El campo elctrico de una carga elctrica es la porcin de espacio dentro del cual se observan los efectos de atraccin o repulsin debido a dicha carga elctrica. Un campo de fuerza es una forma de representar los efectos que las cargas elctricas tienen una sobre otras. Un electrn puesto en cualquier lugar dentro de ese campo es atrado hacia la carga positiva; una carga positiva colocada en el mismo lugar es repelida.

La representacin del campo elctrico se hace por medio de unas lneas imaginarias, la cuales son llamadas lneas de fuerzas.

Michael Faraday (1791-1867) introdujo el concepto de campo para explicar que las cargas elctricas no interaccionan entre si directamente, sino que lo hacen a distancia por medio del campo elctrico, que es el espacio que rodea las cargas. La intensidad de campo elctrico (E) en un determinado punto se define como la fuerza F a la que est sujeta una carga positiva pequea +q cuando est colocada en una regin determinada.

La intensidad de campo elctrico se expresa matemticamente de la siguiente manera:

Si se desea calcular la intensidad del campo elctrico E a una determinada distancia de una carga q, se considera que una carga de prueba q colocada a dicha distancia recibe una fuerza F debida a q y de acuerdo con la ley de coulomb, su valor se calcula con la siguiente expresin.

Ejemplo:Cul es la intensidad de campo elctrico de una carga de 5C que se encuentra a 15 cm de +q?

Tarea 7Hallar la intensidad de campo elctrico en el aire generado por una carga fuerte de 5x102 C, a una distancia de 30 cm. Calcula la intensidad de un campo elctrico, si al colocar una carga de prueba igual a 40 C acta con una fuerza de 1.6 N.

POTENCIAL ELCTRICO El potencial elctrico o voltaje es la energa almacenada para producir un trabajo. La energa potencial elctrica por unidad de cargas es el cociente de la energa potencial elctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energa potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. El concepto de energa potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: Potencial elctrico.

El potencial elctrico (V) en cualquier punto de un campo elctrico es igual al trabajo (T) que se necesita realizar para transportar a la unidad de carga (q) desde el potencial cero hasta el punto considerado. Por lo tanto: El potencial elctrico se expresa matemticamente de la siguiente manera:

La unidad del sistema internacional que mide el potencial elctrico es el volt. En honor Alessandro Volta (1745-1827), el smbolo del volt es V, como el potencial elctrico se mide en volts, se le suele llama voltaje. Un volt es la diferencia de potencial entre dos puntos tales que se requiere un trabajo de un joule para hacer que una carga de un coulomb se mueva de un punto a otro. 1 volt (V) = 1joule (J) / 1 coulomb (C)

Diferencia de potencial La diferencia de potencial es el trabajo realizado al trasladar la unidad de carga positiva entre dos puntos del campo elctrico desde el punto de mayor potencial al de menor potencial. Por ejemplo, si en el punto A hay 100 V y el potencial en el puto B es de 90V, la diferencia de estas potencias es:

VA-VB= 100V-90V=10V.

Ejemplo 1 : Para llevar una carga de 5 coulomb desde la tierra hasta la superficie de una esfera cargada, se necesita hacer un trabajo de 10 Joules. Cunto vale el potencial elctrico de la esfera?

TareaSe realiza un trabajo de 0.03J para desplazar una carga de 0.09 C de un punto a otro. Calcule el voltaje. El voltaje de una batera es de 4 volts y la carga es de 25 x1018electrones Qu trabajo proporcionara? 1 coulomb =6.25x1018eletrones Un voltaje de 120 v tiene una energa de 529 J Cul es la carga?

La corriente continua (CC) llamada tambin corriente directa (CD)La corriente continua siempre fluye en un solo sentido en un conductor, en un rango de tiempo, las pilas comerciales cuadradas de 9 volts, las cuadradas de 6 volts las tipo C , las tipo D, AA, AAA, son ejemplos de dispositivos elctricos que proporcionan corriente elctrica continua , por que mantienen su polaridad constante, un extremo est marcado con + y el otro extremo o borne con el signo -, el sentido de la corriente dado que son los electrones los que se mueven principalmente, estos salen del borne negativo hacia el borne positivo.

La corriente directa se usa en muchos aparatos elctricos que funcionan con poco voltaje, algunas pilas son sustituidas por capacitores que se recargan infinidad de veces, para economizar dinero y minimizar la contaminacin.

CORRIENTE ALTERNASus siglas en espaol son CA y en ingles AC en este tipo de corriente, en la elctrica es la direccin del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos empieza de cero, va aumentado de valor hasta un punto mximo y luego disminuye hasta cero y entonces empieza a tomar valores negativos hasta un mximo negativo y luego llega otra vez hasta cero como lo muestra en la grfica, a esto se llama un ciclo.

Cada aparato elctrico tiene sus datos de placa y uno de ellos es el tipo de corriente para el cual ha sido diseado y la frecuencia en caso de que opere con alterna, El nmero se ciclos completos por segundo se llama frecuencia, sus unidades son Hertz.

CIRCUITOS ELCTRICOSEs un sistema en el cual la corriente elctrica fluye a travs de un conductor en una trayectoria completa, es decir, cerrada, debido a una diferencia de potencial.Un ejemplo de un circuito elctrico bsico sera un foco conectado a una pila a travs de un conductor elctrico

Existen conexiones de circuitos elctricos en serie, paralelos y mixtos.Circuitos elctricos en serie: es cuando los elementos conductores estn unidos uno a continuacin del otro; esto hace que toda la corriente elctrica debe de circular por cada uno de los elementos, esta hace que si se abre el circuito en cualquier parte se interrumpa totalmente la corriente.Circuitos elctricos en paralelo: es cuando los elementos conductores se encuentran separados en dos o ms ramales esto hace que la corriente se divida en forma paralela entre cada uno de ellos.

El circuito elctrico mixto: significa que los elementos conductores se pueden conectar tanto en serie como en paralelo.

CONEXIN DE RESISTENCIAS EN SERIECuando las resistencias se conectan en serie, se unes por sus extremos una a continuacin de las otras, de tal manera que la intensidad de corriente que pasa por una, es la misma que pasa por todas las dems, por lo tanto, si se interrumpe en una se interrumpir en todas las dems.