propiedades térmicas - Apoyo para la Fac. de Odontología – USAC

PROPIEDADES
TÉRMICAS
DE LOS MATERIALES

Es importante conocer las
propiedades térmicas de los
materiales dentales para determinar
su uso.
• Conductividad térmica
si conduce o no la energía térmica
• Calor específico
cuánta energía absorbe
• Difusividad térmica
capacidad aislante de un material
• Coeficiente de variación dimensional
térmica

Un cuerpo posee energía térmica,
en virtud de los constantes
movimientos energéticos.

ENERGIA QUE SE TRANSFIERE DE
UN CUERPO A OTRO DEBIDO A SU
DIFERENCIA DE TEMPERATURAS.
TAMBIÉN RECIBE EL NOMBRE DE CALOR.

TRANSFERENCIA DEL CALOR
CONDUCCIÓN
SE APLICA EN
LOS SÓLIDOS
CONVECCIÓN RADIACIÓN
SE APLICA EN
LÍQUIDOS Y GASES
AL MOVIMIENTO DE LOS
ELECTRONES LIBRES QUE
TRANSPORTAN ENERGÍA CUANDO
EXISTE UNA DIFERENCIA DE
TEMPERATURA.
SE APLICA EN
EL VACÍO
EL FACTOR DE PROPORCIONALIDAD SE DENOMINA
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL MATERIAL. LOS
MATERIALES COMO EL ORO, LA PLATA O EL COBRE
TIENEN CONDUCTIVIDADES TÉRMICAS ELEVADAS Y
CONDUCEN BIEN EL CALOR, MIENTRAS QUE
LEY DE FOURIER DE LA CONDUCCIÓN DEL CALOR.
LA MATERIALES VELOCIDAD DE COMO CONDUCCIÓN EL VIDRIO DE CALOR O A EL TRAVÉS AMIANTO DE UN
CUERPO POR UNIDAD DE SECCIÓN TRANSVERSAL ES
PROPORCIONAL AL GRADIENTE DE TEMPERATURA QUE EXISTE
EN EL CUERPO.
TIENEN CONDUCTIVIDADES CIENTOS E INCLUSO
MILES DE VECES MENORES; CONDUCEN MUY MAL
EL CALOR, Y SE CONOCEN COMO AISLANTES.

CONVECCIÓN
SE APLICA EN
LÍQUIDOS Y GASES
RADIADOR: SE COLOCAN CERCA DEL SUELO
PORQUE LAS CORRIENTES NATURALES DE
CONVECCIÓN, QUE HACEN QUE EL AIRE CALIENTE
SUBA HACIA EL TECHO Y EL AIRE FRÍO DEL RESTO
DE LA HABITACIÓN SE DIRIJA HACIA EL
RADIADOR.

CONVECCIÓN
SE APLICA EN
LÍQUIDOS Y GASES
LOS APARATOS DE AIRE
ACONDICIONADO CERCA DEL
TECHO PARA QUE LA
EFICIENCIA SEA MÁXIMA.

RADIACIÓN
SE APLICA EN
EL VACÍO
LAS SUSTANCIAS QUE
INTERCAMBIAN CALOR NO
TIENEN QUE ESTAR EN CONTACTO

ALGUNOS FENÓMENOS
DE LA RADIACIÓN
PUEDEN DESCRIBIRSE
MEDIANTE LA TEORÍA
DE ONDAS
(MOVIMIENTO
ONDULATORIO), PERO
LA ÚNICA EXPLICACIÓN
GENERAL
SATISFACTORIA DE LA
RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA ES
LA TEORÍA CUÁNTICA.

UNIDADES DE MEDIDA
LA CANTIDAD DE CALOR SE EXPRESA EN
LAS MISMAS UNIDADES QUE LA ENERGÍA Y
EL TRABAJO, ES DECIR, EN JULIOS.
Otra unidad es la caloría, definida como la
cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de 1 gramo de agua a 1
atmósfera de presión desde 15 hasta 16 °C.
A una caloría le corresponden 4.186 julios

Cada material experimenta diferente
movimiento de las moléculas, por lo que
cada uno tiene un calor específico, el que
se define como la cantidad de calor que se
requiere para elevar la temperatura de
una unidad de masa de la sustancia en un
grado de temperatura.

TEMPERATURA ES LA PROPIEDAD DE
LOS SISTEMAS QUE DETERMINA SI
ESTÁN EN EQUILIBRO TÉRMICO.
Los términos de temperatura y calor,
aunque relacionados entre sí, se refieren a
conceptos diferentes: la temperatura es
una propiedad de un cuerpo y el calor es un
flujo de energía entre dos cuerpos a
diferentes temperaturas.

EFECTOS DE LA
TEMPERATURA
LOS MATERIALES SÓLIDOS SE
LICÚAN O SE CONVIERTEN EN
GASES; LOS COMPUESTOS
QUÍMICOS SE SEPARAN EN SUS
COMPONENTES.
EL ACERO SE VUELVE
QUEBRADIZO
LOS LÍQUIDOS SE SOLIDIFICAN O
SE HACEN VISCOSOS
EL MERCURIO SE SOLIDIFICA Y
LA GOMA SE HACE TAN
QUEBRADIZA COMO EL VIDRIO.

DILATACIÓN
Es el aumento de tamaño de los materiales por
efecto del aumento de temperatura. Los
diferentes materiales sólidos aumentan o
disminuyen de tamaño, los líquidos y gases se
comportan de modo distinto.
DILATACIÓN TÉRMICA DE LOS SÓLIDOS
Casi todos los sólidos se dilatan cuando se
calientan, e inversamente se encogen al
enfriarse. Esta dilatación o contracción es
pequeña, pero sus consecuencias son
importantes.

Los materiales dentales de restauración están
sujetos a cambios de temperatura bucales y
éstos originan cambios dimensionales en dichos
materiales, así como en la estructura dental
circunvecina. Con frecuencia la dilatación
térmica del material de restauración no es igual
al de la estructura dental, por lo tanto, hay un
diferencial de dilatación que causa la filtración
de los fluidos bucales entre la restauración y el
diente.

¿POR QUÉ SE DILATAN LAS SUSTANCIAS
CON LA TEMPERATURA?
La temperatura no es más que la expresión del
grado de agitación de las partículas o moléculas
de una sustancia. Cuando se da calor a un sólido
se está dando energía a sus moléculas; éstas,
estimuladas, vibran más enérgicamente. Es
cierto que no varían de volumen; pero se labran
un espacio más grande para su mayor oscilación,
de manera que al aumentar la distancia entre
molécula y molécula el sólido concluye por
dilatarse. La fuerza que se ejerce en estos casos
es enorme.

AL CAMBIO PORCENTUAL DE
LONGITUD PARA UN DETERMINADO
AUMENTO DE LA TEMPERATURA SE LE
CONOCE COMO COEFICIENTE DE
DILATACIÓN LINEAL (α).
POR EJEMPLO, EL COEFICIENTE DE DILATACIÓN
LINEAL DEL ACERO ES DE 11 × 10 -6 ºC -1 .
ESTO SIGNIFICA QUE UNA BARRA DE ACERO SE
DILATA EN 11 MILLONÉSIMAS PARTES POR CADA
GRADO CELSIUS. SI SE CALIENTA UN GRADO
UNA BARRA DE ACERO DE 1 m, SE DILATARÁ
0,011 mm.

DE MANERA EXPERIMENTAL SE ENCUENTRA
QUE EL CAMBIO EN LA LONGITUD ES
PROPORCIONAL AL CAMBIO EN LA
TEMPERATURA
ΔL = α L 0 ΔT
ΔA = 2α A 0 ΔT
ΔV = 3α V 0 ΔT

MATERIALES PARA LABORATORIO
No. 3
1 LIBRA DE YESO PARA MODELOS.
1 ROLLO DE PAPEL MAYORDOMO
POR CADA DOS ESTUDIANTES
1 BOL (recipiente hondo) DE PLÁSTICO PARA MEZCLAR EL
YESO.
1 PALETA PLÁSTICA
CREMA O VASELINA
1 PELOTA DE PLÁSTICO PEQUEÑA (DIÁMETRO: 10 cms)
1 CUCHILLA
1 JERINGA PARA MEDIR AGUA 10 cc.
AGUA A TEMPERATURA AMBIENTE
HOJAS DE PAPEL PERIÓDICO
UNA BOLSA PLÁSTICA PARA BASURA.
GUANTES
BATA
Teléfono con cronómetro

EJERCICIO 1
Una cinta metálica de acero de 100 m está
calibrada para 20°C. ¿Qué error se comete en
un día de verano a 40°C al medir con ella una
distancia de 5 km?
Datos:
Lo= 5 Km = 5,000 m To = 20ºC Tf= 40ºC
α = 11 x 10 –6 °C -1
ΔL = α L0 ΔT
ΔL = (11 x 10 –6 °C -1 ) (5,000 m) (40ºC - 20ºC)
ΔL = 1.10 m

EJERCICIO 2
Calcular la dilatación lineal de una varilla
de aluminio de 80 cm de longitud cuando
la temperatura se eleva 80°C
Datos:
Lo=80 cm = 0.80 m ∆T = 80ºC α = 24 x 10 –6 °C -1
ΔL = α L0 ΔT
ΔL = (24 x 10 –6 °C -1 ) (0.80 m) (80ºC )
ΔL = 1.54 x 10 -3 m

EJERCICIO 3
Una barra de acero a 0°C tiene una
longitud de 4.80 m. Calcular su
longitud a 50°C y a –30°C.
Datos:
Lo= 4.80 m ∆T 1 = 50ºC
∆T 2 = 50ºC α = 11 x 10 –6 °C -1
ΔL ΔL1 2 = = α α L0 L0 ΔT ΔT
ΔL1 = (11 x 10 –6 °C-1 ΔL2 = (11 x 10 ) (4.80 m) (50ºC )
–6 °C-1 ) (4.80 m) (-30ºC )
ΔL1 = 2.64 x 10-3 ΔL2 = -1.58 x 10 m -3 m
ΔL1 = 2.64 x 10 -3 m ΔL2 = -1.58 x 10 -3 m

EJERCICIO 4
Una barra de hierro tiene una longitud de 3 m y está
a 10°C. ¿Cuál será la variación de temperatura y
cuál la temperatura final si se dilata 22 mm?
Datos: Lo= 3 m T o = 10ºC
∆L = 22 mm = 2.20 x 10 -2 m α = 11.7 x 10 –6 °C -1
ΔL = α L0 ΔT
ΔL
α L 0
= ΔT
2.20 x 10 -2 m
(11.7 x 10 –6 °C -1 )(3 m)
ΔT =
ΔT = 6.27 x 10 2 °C
ΔT = T f – To
T f = ΔT + To
T f = 6.27 x 10 2 °C + 10 °C
T f = 6.37 x 10 2 °C

EJERCICIO 5
Calcular el coeficiente de dilatación de una
barra de 8m que se dilata 0.45 mm cuando
su temperatura se aumenta 40°C.
Datos:
Lo= 8 m T o = 10ºC ∆L= 0.45 mm 4.50 x 10 -4 m
∆T = 40°C
ΔL = α L0 ΔT
ΔL
ΔT L 0
= α
α =
4.5 x 10 -4 m
(40 °C)(8 m)
α = 1.41 x 10 -6 °C -1