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344 Capítulo 16 Temperatura y dilatación
Estrategia para resolver problemas
Tem peratura y dilatación
1. Lea el problema detenidamente y después trace un bosquejo,
marcando la información proporcionada. Use
subíndices cero para distinguir entre los valores iniciales
y finales de longitud, área, volumen y temperatura.
2. No confunda temperaturas específicas t con intervalos
de temperatura At. La práctica de usar la marca de
grado antes y después del símbolo es útil, por ejemplo,
55°C - 22°C = 33°C.
3. Para problemas de dilatación asegúrese de incluir la
unidad de temperatura con la constante para evitar multiplicar
por el intervalo de temperatura incorrecto. Si el
coeficiente es 1/°C, entonces el intervalo At debe estar
en grados Celsius.
4. Los coeficientes de dilatación de área y volumen para
sólidos pueden determinarse multiplicando por dos o
J
por tres, respectivamente, los valores lineales dados en
la tabla 16.1.
5. Cuando se le pida determinar un valor inicial o final de
longitud, área, volumen o temperatura, generalmente
es más fácil calcular primero el cambio en ese parámetro
y luego resolver el valor inicial o final. Por ejemplo,
puede determinar la temperatura final íy.calculando
primero Ai y luego sumando o restando para encontrar
tf .
6 . La dilatación simultánea de diferentes materiales debe
ajustarse teniendo en cuenta los diferentes grados de
dilatación de cada uno de ellos. Para un líquido que se
encuentra dentro de un recipiente sólido, el incremento
o decremento neto en volumen es igual a la diferencia
en los cambios experimentados por cada material.
Véase el ejemplo 16.6.
La dilatación anómala del agua
Suponga que se llena el bulbo del tubo de la figura 16.15 con agua a 0°C de modo que el
estrecho cuello se llene parcialmente. La dilatación o contracción del agua se puede medir
fácilmente observando el nivel del agua en el tubo. A medida que se incrementa la temperatura
del agua, el agua contenida en el tubo baja gradualmente indicando una contracción. La
contracción continúa hasta que la temperatura del bulbo y la del agua son de 4°C. Cuando
la temperatura aumenta por arriba de 4°C, el agua cambia de dirección y se eleva en forma
continua, indicando la dilatación normal con un incremento de temperatura. Esto significa
que el agua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima a 4°C.
La variación en la densidad del agua con la temperatura se muestra gráficamente en
la figura 16.16. Si estudiamos la gráfica en la zona de las altas temperaturas, notamos que la
densidad aumenta gradualmente hasta un máximo de 1.0 g/cm3 a 4°C. Luego, la densidad
decrece de forma gradual hasta que el agua alcanza el punto de congelación. El hielo ocupa
un volumen mayor que el agua y a veces, cuando se forma, puede causar que se rompan las
tuberías de agua si no se toman las debidas precauciones.
o°c 4°C 8°C
Figura 16.15 La dilatación irregular del agua. A medida que se aumenta la temperatura del vital líquido de
0 a 8°C, primero se contrae y después se dilata.