domingo, 5 de junio de 2016

dilatacion de los cuerpos

Dilatación lineal

Los cuerpos solidos como alambres, varillas y barras de hierro se pueden contraer o expandir por el cambio de temperatura es decir que si a un tubo de metal le aumentamos la temperatura este sufrirá un cambio en su longitud y aumentara. A este fenómeno se le conoce como dilatación lineal y se refiere a un aumento o decremento en la longitud de un cuerpo por la variación de la temperatura.


La dilatación lineal se puede calcular de la sig. manera:

Lf=Li[1+a(Tf + Ti)]
LI=longitud inicial de un cuerpo.
Lf=longitud final del cuerpo.
a=coeficiente de dilatación lineal (es el alfa)
Tf=temperatura final del cuerpo
Ti=temperatura inicial del cuerpo

Problema:

Marco el herrero debe calentar una barra de hierro para la base de una puerta que mide 5 m de ancho; la barra se encuentra a 15 ºc. ¿Cuál será la longitud de la barra al aumentar la temperatura a 25 °c? determina cuanto se dilato la barra.


datos
TI=15 °c
TF= 25°c
LI=5 m
LF= ¿
A= 11.7 x 10-6 1/°c

Formula

Lf=Li[1+a(Tf + Ti)]

Sustitución de la formula

Lf= 5m [1+ 11.7 x 10 -6 1/°c (25 °c – 15°c)]
Lf= 5m [1+ 11.7 x 10 -6 1/°c (10°c)]
Lf= 5m [1+ 11.7 x 10 -6  (10)]
Lf= 5m [1+ 11.7 x 10 -4]

LF= 5.000585 m

Dilatacion superficial

A diferencia del anterior este no solo sufre un aumento en su longitud sino en toda su area.



Su fromula es:         
Sf=Si[1+B(Tf + Ti)]
SI=longitud inicial de un cuerpo.
Sf=longitud final del cuerpo.
B=coeficiente de dilatación lineal (es el alfa multiplicado por dos)
Tf=temperatura final del cuerpo
Ti=temperatura inicial del cuerpo

Ejemplo

La mama de rosa tiene una taquería y la plancha de hierro que utiliza para asar la carne es rectangular con medidas de 1m x 0.8m. la temperatura ambiente es de 38°c y al calentarla alcanza una temperatura de 125°c . ¿determina cuanto medira la plancha al calentarse?

Como primer paso debemos calcular el area de la plancha:

A=bxh
B= 1m
H=0.8m
S=?
A= (1m)(0.8m)=0.8m2

Acontinuacion ya podemos calcula el area final de la plancha:

TF=125°c
TI=38°c
Si=0.8m2
Sf=?

B=23.4x10-61/°C

Sustitución en la formula:

Sf=Si{1+B(TF-TI)}
Sf=0.8m2{1+23.4x10-61/°C(125°C-38°C)}
Sf=0.8m2{1+23.4x10-61/°C(87°C)}
Sf=0.8m2{1+23.4x10-6(87)}
Sf=0.8m2{1+2.0358X10-3}
Sf=0.8m2(1.0020358)

SF= 0.801628m­

Dilatación volumétrica

Implica un aumento en todas las dimensiones de un cuerpo es decir: largo,ancho y alto lo que significa un aumento en su volumen.



Formula

Vf=Vi{1+ y(TF-TI)}

VI=Volumen inicial de un cuerpo. (cm3)
Vf=volumen final del cuerpo. (cm3)
y=coeficiente de dilatación lineal (es el alfa multiplicado por tres)
Tf=temperatura final del cuerpo (°C)
Ti=temperatura inicial del cuerpo (°C)

EJEMPLO:

Alejandra coloco un litro de alcohol etílico(vino blanco) en una olla para ponerlo a calentar y que preparara la cena, el agua estaba a 15°C después de unos minutos midio la temperatura y era de 85°C. determina cuanto vario el volumen  después de haber hervido.

Resolución:

Vf=Vi{1+ y(TF-TI)}

VI=?
Vf=?
y=746x10-6­1/°C
Tf=85°C
Ti=15°C

Como no tenemos volumen debemos convertir los litros en cm3

V=
1m3=1000L
m3=?

1m=1000L
x=1L
=0.001m3

Ya teniendo el volumen podemos sustituir en la formula

Vf=0.001m3{1+ 746x10-6 1/°C (85°C-15°C)}
Vf=0.001m3{1+ 746x10-6 1/°C (70°C)}
Vf=0.001m3{1+ 0.05222}
Vf=0.001m3{1.05222}
Vf=0.00105222m3

Mecanismos de transferencia de calor

el calor es un tipo de energía y siempre va a haber una diferencia entre temperaturas de cuerpos por ende podemos sentir calor o frio y podemos sentir la temperatura de un cuerpo.
El calor siempre fluye del que tiene + alta temperatura a que tiene menos, pero existen tres formas principales de transmitir calor:

Conducción: es la transferencia de calor por un choque producido entre moléculas vecinas es decir con la interaccion de dos objetos, por ejemplo si sostenemos una varilla de hiero o algún otro metal y calentamos la punta podemos empezar a sentir como se va calentando hasta que lleque al punto donde lo tenemos agarrado, esto quiere decir que hay una transferencia de calor por que el fuego esta en contacto con la varilla de metal.



Convección: es el proceso de transferencia de calor mediante el movimiento de un material se da pincipalmente en fluidos .



Radiación: es el proceso por el cual el calor se transfiere a través de ondas electromagnéticas que se desplazan en el espacio a través de un vacio, un ejemplo de esto es cuando nos acercamos al fuego y sentimos que esta caliente pero no entramos en contacto con el.



Capacidad calorífica
Todas las sustancias necesitan absorber calor para elevar su temperatura. La cantidad de calor requerida para cada sustancia es única. la variación del calor se calcula con la sig. formula:

êQ=CemêT   

êQ=variacion de calor
Ce= calor especifico
M=masa del objeto
êT= variación de la temperatura

Ejemplo:

Josue pretende calentar una olla de aluminio que tiene 800 g de masa y quiere saber que cantidad de calor necesita añadirle. Si la temperatura de la olla es de 20°C y la calienta hasta 40°C, ¿Cuánto calor necesita añadirle?

Resolución:

êQ=?
Ce= 0.21 cal/g°C
M= 800g
Ti=20°C
Tf=40°C

êQ=Cem(Tf-Ti)
êQ=0.21 cal/g°C(800g)(40°C-20°C)
êQ=0.21 cal/g°C(800g)(20°C)
êQ=0.21 cal/g°C(16000g°C)
êQ=3360 cal


Equilibrio termico

Todos los cuerpos al estar a diferentes temperaturas pueden intercambiar el calor. El equilibrio térmico consiste en que al hacer contacto dos materiales se transferirá el calor del cuerpo + caliente al menos caliente llegando un punto en que ambos tendrán la misma temperatura.

El equilibrio térmico se puede calcular con la sig. formula:

-Ce1m1(Tf-Ti)= Ce2m2(Tf-Ti)

Ce=calor especifico
M=masa
Tf=temperatura final
Ti=temperatura inicial

Resolveremos un ejercicio para ver la funcion de la formula

Ramos pretende preparar un café, para ello pone a calentar 200 ml de agua en un recipiente, la temperatura que alcanza es de 90°C. Si pretende preparar un litro de café y la temperatura del agua fría es de 28°C ¿a qué temperatura quedara la mezcla?

Para poder resolver este ejercicio necesitamos la masa del agua, sabemos que cada ml del agua equivale a 1g por lo tanto serian 200g la masa del agua.

Tenemos los sig. datos

Para el agua caliente:
T=90°C
M=200g

Para el agua fría:
T=28°C
M=800°C

Temperatura de equilibrio térmico:
Tf=?

Capacidad calorífica del agua:
Ce=1 cal/g°C

Sustituimos en la formula:
-1 cal/g°C (200g)(Tf -90°c)= 1 cal/g°C (800)( Tf -90°c)
-200 cal/°C (Tf -90°c)= 800 cal/°C ( Tf -90°c)
-200 cal/°C (Tf -90°c)= 800 cal/°C ( Tf -90°c)

Multiplicamos y nos queda asi

-200 cal/°C Tf +18000 cal= 800 cal/°C Tf -22400 cal

  Despejamos
-200 cal/°C - 800 cal/°C Tf = -22400 cal - 18000 cal

 -1000 cal/°C Tf = -40400 cal

 Dividimos

Tf= -40400 cal/-1000 cal/°C


Tf=40.4°C

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