Dilation
07 Mar, 2013
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PRESENTATION: Two metals are soldered together to make one piece, for example, brass and steel. When they are subjected to a change in temperature using a flame or a dryer the piece bends due to the different thermal expansion coefficients, which are related to the change in geometry when the temperature varies: towards the steel side if heated up and towards the brass side if cooled down.
- A demonstration apparatus for linear thermal expansion, Erland H. Graf, Phys. Teach. 50, 181 (2012)
- Another Demo of the Unusual Thermal Properties of Rubber, Mark I. Liff, Phys. Teach. 48, 444 (2010)
71 responses to "Dilation"
El fenómeno de dilatación está muy presente en nuestra vida cotidiana, y es importante que el alumnado lo entienda así. Por ello, creo que se podrían dar múltiples ejemplos de momentos en los que sucede dilatación, no solo en materiales metálicos; o, mucho mejor, presentar experimentos caseros para que se visualice mejor este fenómeno. He encontrado otro experimento que también refleja el fenómeno de dilatación. Creo que es el que se mostró en clase, pero me pareció muy interesante.
Aquí os dejo otro experimento muy sencillo y muy visual sobre este tema, ya que es muy interesante pero difícil de apreciar a simple vista.
La dilatación es un fenómeno físico y como se ha dicho anteriormente un cambio en la temperatura puede hacer variar su geometría. Esto es muy importante en nuestro medio y sobre todo en el mundo de la construcción, ya que los ingenieros y arquitectos tienen en cuenta este fenómeno para saber con que tipo de material se va a emplear para construir y ver que la temperatura no afecte al mismo.
En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este espacio en las vías es el causante del traqueteo de los vagones
Dilatación de los metales por temperatura. Muy ligado a efectos cotidianos, pero difícil de apreciar a simple vista. Por eso se usa la soldadura de dos metales distintos con diferente coeficiente de dilatación. Antiguamente los trenes traqueteaban, por ese problema, los railes con el calor se dilataban, por lo que entre rail y rail se colocaba una junta de dilatación, que hacia el característico ruido del tren cuando pasaba sobre ella. Este efecto también es muy importante cuando pasamos por encima de un puente, también se debe tener en cuenta la dilatación.
La dilatación de los metales ha sido “imputada” por ser una de los causantes de una chapuza y despilfarro de dinero en Valencia (qué raro), donde intentaron revestir una bóveda metálica con piezas de cerámica. El riesgo de accidentes graves ha obligado a que el trencadís del Palau de les Arts sea retirado, y eso que los desperfectos causados ya ascienden a más de tres millones de euros. Tras realizar fotografías, catas y estudios termográficos, los expertos coinciden en que la causa principal del desprendimiento es un fallo de la adherencia del revestimiento, que no ha sido capaz de resistir las tensiones producidas por la dilatación entre el metal y la cerámica por efecto del frío y del calor.
Al menos Gustave Eiffel aprovechó esta propiedad de los metales para aportar un toque impresionante, y la estructura crece e incluso se inclina por la diferente incidencia del Sol durante el día.
La dilatación es algo que debemos tener muy en cuenta. Sobre todo los ingenieros saben bien del problema que esto puede suponer a la hora de construir carreteras, puentes, vías de tren etc. En todas estas estructuras encontramos juntas de dilatación que lo que hacen es evitar que este fenómeno destruya las estructuras.
En este enlace os dejo un caso particular.
Los procesos de dilatación térmica no sólo son importantes en el ámbito de la ingeniería, también tienen importancia en la naturaleza, ayudando a moldear el terreno. Esto se hace especialmente notorio en lugares con cambios drásticos de temperatura, por ejemplo en desiertos, donde es común encontrar múltiples grietas en las rocas, producidas por la dilatación y contracción de las mismas.
El aluminio, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato,
En un sólido las moléculas tienen una posición razonablemente fija dentro de él. Cada átomo de la red cristalina vibra sometido a una fuerza asociada a un pozo de potencial, la amplitud del movimiento dentro de dicho pozo dependerá de la energía total de átomo o molécula. Al absorber calor, la energía cinética promedio de las moléculas aumenta y con ella la amplitud media del movimiento vibracional (ya que la energía total será mayor tras la absorción de calor). El efecto combinado de este incremento es lo que da el aumento de volumen del cuerpo.
La dilatación térmica es un fenómeno físico muy común en la vida cotidiana, por ello resulta muy interesante realizar con los alumnos alguna actividad manipulativa que muestre este fenómeno, como por ejemplo la que se muestra anteriormente. La dilatación térmica es el proceso mediante el cual un cuerpo incrementa de volumen/tamaño cuando aumenta su temperatura. El aumento de temperatura hace que las partículas que constituyen el cuerpo se muevan más rápidamente y ello hace que necesiten un mayor espacio para desplazarse, motivo por el cual el cuerpo necesita aumentar de volumen/tamaño. En cambio, cuando la temperatura se reduce se produce el fenómeno contrario, la contracción térmica, y el cuerpo disminuye de volumen/tamaño. El hecho de que la temperatura provoque en los cuerpos estos dos fenómenos hace que tengan que tenerse muy en cuenta en la construcción de estructuras, por ejemplo en la construcción de las vías del tren. Ajunto link donde se explica el fenómeno de la dilatación térmica en detalle ). Además, os dejo un experimento realizado por estudiantes que me resulto muy ilustrativo para hacer en distintos niveles educativos.
La dilatación es un fenómeno físico bastante cotidiano. Al someter a un objeto a elevadas temperaturas, se produce una mayor vibración en cada uno de sus átomos provocando un aumento de las distancias interatómicas. Se trata de un fenómeno que hay que tener en cuenta en situaciones de la vida real como en la construcción.
A continuación, pongo un enlace a otro experimento que explica este fenómeno. Los materiales que utiliza son sencillos de conseguir y poco costosos, pero es un poco peligroso por lo que recomiendo hacerlo con alumnos más mayores, de bachillerato y siempre bajo la supervisión del profesor.
Este experimento me parece interesante para explicar los conceptos de dilatación en metales y su aplicación a la vida diaria, como por ejemplo, la construcción de puentes mediante piezas conectadas con juntas de expansión para permitir la dilatación de sus metales.
Dejo aquí un dato curioso: el puente Storebæltsbroen (Great Belt Bridge), en Dinnamarca, el tercer puente colgante más largo del mundo, puede dilatarse hasta 4,7 metros en días cálidos.
La dilatación térmica está más cerca de lo que parece. Los interruptores magnetotérmicos presentes en la inmensa mayoría de las edificaciones, tienen una lámina bimetálica que cuando es recorrida por una intensidad de corriente mayor de la deseada, se calienta debido al efecto Joule. Dado que los coeficientes de dilatación de los dos metales son diferentes, la lámina bimetálica se dobla haciendo que el circuito se abra. Se trata de una tecnología que protege frente a intensidades de corriente que no son excesivamente elevadas, pero sí continuadas en el tiempo.
La dilatación de los metales es ampliamente conocida, pero eso no impide que, en ocasiones como la anteriormente señalada por una compañera, haya estructuras en las que no se tiene en cuenta dicho factor. De hecho, la dilatación es proporcional al calor recibido por la pieza, y, como en este caso, el latón tiene un coeficiente de dilatación de 18 y el acero de 12 la lámina de latón se dilata más y crece curvando la hoja hacia el lado del acero.
La dilatación no solo se limita a sólidos, sinó que también se puede producir en líquidos y gases, como se indica en la siguiente página. Además no debemos olvidar que nuestro propio cuerpo también sufre procesos de dilatación y compresión. Ejemplos de ellos son que por ejemplo en verano los zapatos nos aprieten más o que nos cueste más sacarnos los anillos de los dedos debido al calor característico de esa época del año.
El latón se expande más que el acero a una misma temperatura puesto que su coeficiente de dilatación lineal es mayor que el del acero (18*10-6 °C-1 latón y 12*10-6 °C-1 el acero). Por esto, se observa como la barra se dobla formando curvatura hacia el latón cuando se somete a una fuente de calor y vuelve a la posición inicial cuando se enfría. Dicho fenómeno está muy bien explicado en el siguiente vídeo.
Este proceso de dilatación de materiales sólidos puede transferirse también al ámbito de la geología. Uno de los procesos de meteorización física de las rocas se basa en la dilatación y contracción de las rocas como consecuencia de la diferencia térmica día-noche. Este tipo de meteorización física es conocida como termoclastia, y generalmente se produce en climas extremos con grandes oscilaciones térmicas entre el día y la noche (ej. el desierto).
Una aplicación de este fenómeno de dilatación se puede observar en las vías del tren. Si observamos las vías de tren tradicionales vemos que cada cierto tramo hay un hueco en las vías, que es el responsable de conocido traqueteo del tren. Este hueco se deja para que cuando por las altas temperaturas el metal se dilate, tenga espacio para expandirse y no se deformen. En los trenes modernos de alta velocidad se han desarrollado nuevas tecnologías en las que las soldaduras son las que absorben esta dilatación. En este vídeo se puede observar mejor.
A dilatación térmica é un fenómeno físico que consiste no cambio das dimensións dun corpo baixo a acción da temperatura. Existen tres tipos: lineal, superficial e volumétrica como se pode observar no seguinte enlace. A explicación a este proceso radica no feito de que tódolos corpos están compostos por partículas, e cando estos corpos aumentan de temperatura, as partículas móvense máis rápido, polo que precisan máis espazo, de aí que aumenten o seu volume como se pode ler no seguinte enlace. Este fenómeno é de moita importancia en bioloxía xa que aparece en procesos como as enfermidades por dilatación do corazón.
A diferenza entre os coeficiente de dilatación térmica dos distintos materiais pódese demostrar na aula cun sinxelo experimento: quentando unha lámina de papel de aluminio pegada a un papel vexetal cunha vela observaremos que a lámina se curva cara a superficie do papel por presentar o aluminio un coeficiente de dilatación maior.
Podemos explicarlle aos alumnos a importancia da aplicación destes conceptos na reloxería comentando o funcionamento do “péndulo de parrilla” inventado polo reloxeiro británico John Harrison en 1726. Este dispositivo compensa as variacións producidas na lonxitude do péndulo debidas a dilatación térmica mediante o emprego de barras de zinc e aceiro.
Una barra de aceiro central que contén o bob (peso do péndulo) fíxase a unha peza transerval (ponte central) a cal se conecta con dúas barras de zinc dispostas hacia abaixo. No extremo inferior, as barras de zinc fíxanse nunha peza transversal (ponte inferior) a cal vai conectada a dúas barras de aceiro dispostas hacia arriba, cuxo extremo superior está fixado a unha ponte superior e esta conectada a unha suspensión. Deste xeito, a medida que as barras de aceiro se expanden a ponte inferior baixa, pero esta vese compensada coa elevación da ponte central na que está fixada a barra central en relación a expansión das varillas de zinc cara arriba. Achego un vídeo que ilustra a explicación.
El video me parece muy interesante para explicar el concepto de dilatación en clase de una manera práctica y manipulativa. Leyendo los comentarios anteriores se me ocurrió buscar información sobre obras de ingeniería que sufrieran colapsos por no tener juntas de dilatación, y en vez de eso me encontré todo lo contrario, encontré una página de la Xunta de Galicia donde comentan que el puente de A Illa de Arousa es el primero de su longitud (1980m) en construirse sin juntas de dilatación intermedias.
Existen objetos fabricados específicamente para medir las expansiones y contracciones térmicas en objetos sólidos. Estos se denominan dilatómetros, y pueden medir desde el coeficiente de expansión térmico hasta procesos de contracción inducidos.
En el siguiente enlace del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología se puede observar un dilatómetro antiguo. Estos se empleaban comúnmente en los laboratorios de física desde el siglo XVIII para estudiar los metales.
Como se ha mencionado anteriormente, la dilatación no solo ocurre en sólidos y hay un caso muy curioso que es el del agua ya que una de las propiedades físicas más curiosas e importantes del agua es su dilatación anómala.
Esta dilatación se puede medir fácilmente observando el nivel del agua. A medida que se incremente la temperatura del agua, esta ira bajando gradualmente indicando una contracción. La contracción continuara hasta que la temperatura del bulbo y la del agua sean 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 dilatacion normal con un incremento de temperatura. Esto significa que el agua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima a 4°C.
Gracias a la dilatación anómala del agua es posible la vida en los ecosistemas acuáticos.
También podemos hablar de procesos de dilatación en la Tierra…
En 1959, el Dr. Pablo Groeber escribió su ensayo sobre “La dilatación de Tierra”. En ese trabajo el autor presenta una serie de argumentos para sostener esta nueva hipótesis de la Tierra en expansión.
Su contribución consta de dos secciones. La primera, con un marco introductorio, plantea los principales fundamentos geofísicos para apoyar la teoría. Con ese fin, realiza una serie de análisis basados en trabajos previos logrando obtener la variación interna de la densidad en la Tierra, y así justificar la dilatación de la Tierra considerando la necesidad de una serie de procesos en el núcleo terrestre. Por último, relaciona estos procesos con un modelo que muestra cómo aumentó el radio terrestre en el tiempo. Para más información sobre las controversias de este trabajo haz click en el siguiente enlace.
Experimento muy útil para explicar el concepto de dilatación en clases de secundaria. A parte de éste, se me ocurre otro experimento quizá más interesante por su relación con la aplicación directa al día a día del alumno/a. Todos conocemos las rayas (agujeros) que existen en los puentes. Aprovechado esto, podríamos realizar un experimento con dos láminas metálicas “empotradas” en sus extremos más alejados y apoyadas en una superficie en común en los otros. Si realizamos el montaje sin distancia entre las puntas y después calentamos las láminas podríamos ver como pandean haciendo inútil/ peligroso nuestro puente simulado. Si embargo, si dejamos esa pequeña distancia entre las puntas, podríamos observar que, tras calentar las láminas las puntas se han juntado y el puente mantiene su planitud.
Me ha parecido muy interesante el experimento, y sobre todo visual para los alumnos. Para explicar la dilatación térmica optaría primeramente por el experimento de la lámina de papel aluminio de comentarios anteriores, me parece igual de visual y más fácil de conseguir el material. Aquí dejo otro enlace del experimento. Lo primero que me vino a la cabeza al leer dilatación térmica, fue el tema de las puertas de madera sobre todo las exteriores, ese momento que no cierra perfectamente y tienes que pelearte. Busqué sobre el asusto, y creo que si es una dilatación (pues es cambio de volumen) aunque me parece que más está relacionada con la absorción del agua y la dilatación de esta, sería una “hinchazón”. Según mi búsqueda el coeficiente de dilatación de la madera es muy bajo, aunque depende del tipo de madera. Aquí una de las páginas.
Y volviendo a la dilatación térmica destacar que no solo está presente en los metales, si no en muchos otros elementos como los gases. Y como se menciono en otros comentarios que hay 3 tipos: lineal, superficial y volumétrica. Aquí dejo un vídeo que muestra un experimento para cada tipo.
Esta experiencia me parece muy interesante para poner de manifiesto la importancia que tiene entender el diferente comportamiento de los materiales ante los cambios de temperatura. De hecho, de nuevo esta propiedad es determinante en las uniones de los materiales en construcción e ingeniería, ya que cuando dos materiales con diferentes coeficientes de dilatación se hacen trabajar solidariamente, pueden generar problemas de fisuras, dobleces, etc.
Interesante ejemplificación del proceso físico de la dilatación térmica que tiene gran relevancia en la caracterización y empleo de los materiales. Por ejemplo, en la fabricación de motores en la que se utilizan numerosas piezas metálicas se tiene en cuenta el fenómeno de dilatación a la hora de diseñar la forma de dichas piezas. El pistón generalmente posee menor diámetro en el extremo superior debido a que esta parte estará expuesta a temperaturas elevadas y sufrirá cierta dilatación.
Al leer “Dilatación térmica” lo primero en lo que he pensado es en los tradicionales termómetros de mercurio, cada vez más reemplazados por los digitales. Estos termómetros contienen mercurio en su interior que se dilata o contrae con los cambios de temperatura. El mercurio es un elemento muy curioso porque es el único metal que es líquido y además tiene un coeficiente de dilatación constante desde 0⁰C a 300⁰C. ¿Y esto qué significa? Pues que a medida que aumenta la temperatura sobre el mercurio, este aumenta de volumen y este aumento de volumen es constante, por eso resulta muy útil y preciso para medir la temperatura.
Muy ilustrativo el vídeo de la varilla. Las moléculas de los metales se separan al elevar la temperatura, provocando su dilatación. Cada metal presenta un coeficiente de dilatación diferente. En construcción se utilizan gran número de metales, siendo el más común el acero. Una dilatación provocada por un aumento de temperatura, por ejemplo, en un incendio, puede generar tensiones adicionales que acaben colapsando la estructura mucho antes de que el metal se funda o pierda capacidad portante. Para calcular la dilatación de un material ante un aumento de temperatura se suele emplear el coeficiente de dilatación térmica lineal, el cual relaciona la variación de temperatura con el cambio que experimenta el metal en una dimensión, siempre que no haya cambios de fase. La dilatación es algo que cualquier ingeniero debe tener en cuenta a la hora de construir carreteras, puentes, edificios, etc. En todas estas estructuras se encuentran las llamadas juntas de dilatación, las cuales evitan que este fenómeno las destruya. Un ejemplo que se puede observar en Vigo, son las juntas de dilatación del puente de Rande. Debido a la velocidad igual nos es difícil verlas, pero podremos sentirlas cuando nuestro coche pase por encima de ellas.
Los fenómenos de dilatación, no sólo de elementos bimetálicos, tienen numerosas aplicaciones a nivel práctico. Por ejemplo, la válvula termostática del motor de los coches permite controlar el paso del refrigerante por el radiador de forma que se logre una temperatura de trabajo óptima del refrigerante (90 grados). Esta válvula abre o cierra debido a los fenómenos de dilatación y contracción de una cera especial, seģún la temperatura que tenga el refrigerante que baña la válvula. Su funcionamiento se ilustra en el siguiente vídeo.
Interesante experimento para coñecer a importancia que ten a dilatación na contrucción de edificacións e pontes.
Otro experimento relacionado con la dilatación térmica de los metales es el que se muestra en el siguiente enlace. Este experimento comienza con la realización de un agujero en la tapa metálica de un frasco de cristal del tamaño justo para permitir el paso de una arandela metálica. Posteriormente, cogemos la arandela con una pinza de madera y la acercamos al fuego durante un par de minutos y la retiramos de la llama. Si intentamos pasar la arandela por el agujero de la tapa justo después de retirar la arandela del fuego, comprobaremos que no es posible. Sin embargo, si la enfriamos sumergiéndola previamente en el vaso con agua, si conseguiremos que lo atraviese. Esto se debe a que los sólidos están formados por partículas que vibran alrededor de posiciones fijas. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la vibración o agitación térmica. Como resultado, las partículas se separan produciendo un aumento del tamaño del sólido, es decir, su dilatación.
Esto se debe a que el Coeficiente de Dilatación Lineal del latón (1.8×10-5 ⁰C) es mayor al del acero (1.2×10-5 ⁰C). Pensemos en las vías del tren de alta velocidad, AVE. Estas vías son vivas, esto quiere decir que no tienen juntas de dilatación. En las uniones de las vías se realiza una soldadura aluminotérmica y ésta se debería realizar a la temperatura media del lugar y después de realizar la LIBERACIÓN DE TENSIONES DE LAS VÍAS. Sugiero que se investigue sobre esta liberación de tensiones para ver lo que es la dilatación y contracción de la vía del tren.
Este experimento me parece una forma muy sencilla de poder demostrar en un aula a los alumnos la variación que pueden sufrir algunos cuerpos. Un ejemplo de esta variación de dimensión ocurre en la Torre Eiffel cuyo tamaño puede variar unos pequeños centímetros dependiendo de la temperatura.
La dilatación es un fenómeno fundamental que nuestros estudiantes tienen que conocer y sobretodo entender ya que se lo van a encontrar en su día a día. Creo que hacer experimentos como este o como algunos que pusieron mis compañeros, ayudan a que entiendan el concepto. Pero también es importante que conozcan ejemplos cercanos, por ejemplo: la gasolina se dilata durante el verano, las juntas en las vías…pero también se produce dilatación en procesos biológicos, por ejemplo en las pupilas de los ojos con la intensidad de la luz.
Como se indica en el vídeo, el funcionamiento de los termostatos se basa en este fenómeno. Estos elementos emplean mecanismos físicos para medir la temperatura del aire y activar o detener procesos para modificarla, como pueden ser las tiras bimetálicas que mediante expansión o contracción, activan interruptores para cambiar la temperatura. Los termostatos más comunes son los basados en tiras bimetálicas. Según la temperatura del ambiente, los metales de cobre, acero y hierro provocan que la tire se doble según los esfuerzos de expansión o contracción que ejercen sobre esta. Cuando las tiras son suficientemente dobladas, se actúa en un contacto eléctrico para activar el sistema de refrigeración o calefacción, volviendo a su posición inicial en cuanto la temperatura ambiente se ve modificada.
Siempre me llamaron la atención las juntas de dilatación térmica de los puentes. Son las líneas metálicas perpendiculares que cruzan la carretera de un lado al otro. Ya de pequeño me asustaba el ruido que hacía el coche al pasar por encima de ellas pero pronto me explicaron que si no estuvieran, todo el asfalto podría resquebrajarse por la presión que la compresión a la que estaríaa sometida toda la estructura horizontal del puente al ser dilatada por las altas temperaturas en verano. El coeficiente de dilatación del hormigón es de 10^-5 Kº^-1, por lo que un tramo de puente de 200 metros se dilata 2 mm por cada grado Kelvin de diferencia. Entre -10ºC y 40ºC (50 ºK de diferencia) serían 0,1 metros de dilatación que podrían ser fatales sin dichas juntas.
Este experimento, en sí ya muy interesante, quedaría mejor ilustrado para el alumnado si lo pudiesen observar a través de una cámara termográfica.
Los procesos de dilatación están presentes en nuestra vida diaria, hay muchos ejemplos: a) el termostato de las planchas posee dos láminas fijas que se dilatan de diferentes maneras con la temperatura accionando los contactos eléctricos, permitiendo que la plancha se encienda cuando disminuye la temperatura y se apague cuando aumenta; b) el aire contenido dentro de las ruedas de los autos, en verano al aumentar la temperatura se dilata aumentado su volumen, por lo que las ruedas de los autos quedan más infladas en verano que en invierno; c) cuando circulamos por un puente cada x metros existen unas juntas de dilatación para que las piezas de hormigón y acero no estén en contacto directo, de modo que con los cambios de temperatura tengan distancia para expandirse o contraerse…
La dilatación de los materiales es un fenómeno muy interesante, aunque suele asociarse con los metales y con el aumento de temperatura. Sin embargo, cabe destacar que muchas otras sustancias poseen la propiedad de dilatarse, un ejemplo curioso es el del agua. Por encima de los 4ºC el agua tiende a dilatarse. Sin embargo, si la temperatura desciende de los 0ºC aproximadamente, el agua en lugar de contraerse también se dilata. Este fenómeno permite que el hielo pueda flotar sobre el agua, debido que dilatarse aumenta su volumen, disminuyendo su densidad de tal modo que el hielo se mantiene flotando sobre el agua líquida. En definitiva, en agua puede dilatarse debido a un aumento o descenso de las temperaturas.
En relación al comentario anterior, cabe destacar que habitualmente, el aumento del nivel del mar debido al cambio climático se atribuye al deshielo de los casquetes polares. Aunque esto es cierto, cabe destacar que entorno a la mitad del aumento del nivel del mar que se produjo en el siglo pasado es debido a la dilatación del agua. El aumento de la temperatura provoca que se caliente y se dilate, ocupando más espacio.
Recuerdo que, en algún momento de mi vida, me explicaron el fenómeno de la dilatación en los metales empleando una barra y una pieza metálica con un orificio en el medio, similar a una arandela con un mango para cogerla desde un lateral. Cuando estaba fría, la pieza con forma de arandela no era capaz de bajar por la barra, y al aplicar calor con un soplete, el orificio se expandía y esta vez sí, la arandela era capaz de pasar por la barra.
La dilatación térmica nos es útil para muchas aplicaciones que tenemos a nuestro alrededor. Así es el caso de la función de protección térmica de los interruptores magnetotérmicos de nuestras viviendas. En cuanto la intensidad que circula por el elemento de protección supera la intensidad nominal de protección una chapa bimetálica, al calentarse por efecto joule, realiza el accionamiento de apertura del circuito.
La música del vídeo parece más adecuada para una Teleserie policiaca, que para un experimento de semejante índole. No obstante, vídeo muy didáctico para comprender cómo se comportan los materiales ante variaciones de temperatura, debido al coeficiente de dilatación térmica del mismo.
La dilatación térmica no es un proceso complejo de entender para el alumnado (pensando en los de la ESO), a pesar de que no sea fácilmente observable. Pero en la vida cotidiana contamos con muchos ejemplos que nos permiten adecuar el contenido teórico a una realidad más práctica: un ejemplo que se me ocurre es el efecto que tiene si vertemos un líquido caliente en un vaso de vidrio. la parte en contacto con el agua aumentará el volumen pero la externa no, y de ahí que pueda fracturarse o incluso llegar a explotar por ese “choque” térmico. Me parece un fenómeno muy interesante y que además, tiene dos vertientes didácticas: por un lado, explicamos este fenómeno físico, y por otro, ¡prevenimos posibles lesiones de nuestro alumnado!
A dilatación (ou contración) térmica é un fenómeno fácil de explicar e asimilar por parte do alumnado, xa que temos infinidad de exemplos presentes no noso día a día. Algo que todo o mundo utilizou é un termómetro de mercurio, que funciona grazas á dilatación térmica do propio mercurio que se dilata ata marcar a temperatura á que se atopa o corpo da persoa que o usou.
Un experimento muy gráfico y sencillo que se puede realizar en un aula con comodidad. Siendo interesante comentar ejemplos que pueden experimentar los alumnos con espontaneidad como sería en verano si llevamos un anillo nos será mucho más difícil de sacar. También si usamos el mismo calzado que en otras estaciones este nos puede llegar a apretar, además de los que ya se mencionaron en otros comentarios.
Cuando estaba en 2º de bachillerato había una junta de dilatación en nuestra clase, ahora después de indagar un poco sobre la dilatación y sobre su uso en las construcciones he comprendido su importancia.
La primera vez que me explicaron algo sobre el fenómeno de la dilatación, fue de pequeña curuzando el Puente de Rande en el coche de mis padres, cuando les pregunté por qué, en determinados tramos, había una pequeña separación a lo largo de la carretera. Me dijeron que era porque, en verano, con la temperatura se dilataba y aumentaba de tamaño, y entonces esas aberturas se hacían más pequeñas, y de ese modo el puente no se rompía. Hay otros muchos ejemplos en la vida cotidiana, y comprender esto puede resultar de gran interés para el alumnado.
La dilatación es un fenómeno muy visual y común en nuestras vidas que cualquiera puede experimentar. En mi caso recuerdo como de pequeña no era capaz de abrir la puerta principal de mi casa en verano, ya que se dilataba debido al calor.
El fenómeno de la dilatación es un fenómeno presente constantemente en nuestro día a día y que en más de una ocasión puede ocasionarnos problemas. Es importante que los alumnos comprendan que es lo que ocurre cuando un material se calienta o se enfría y las diferencias entre los diferentes materiales. Este experimento es una buena visualización de esto y puede ayudar mucho a la compresión de la dilatación.
Es una forma fácil y eficaz de mostrar cómo se dilatan y contraen los distintos materiales cuando se exponen a diferentes temperaturas. El experimento puede utilizarse para enseñar a los alumnos los principios de la termodinámica, así como la importancia de comprender las propiedades de los distintos materiales.
La dilatación es un fenómeno de nuestra vida cotidiana que es importante conocer y comprender. Este experimento que lo explica es simple y muy visual, lo que puede permitir a los alumnos la rápida comprensión de este concepto básico de la termodinámica.
Es un experimento muy visual que sirve para explicar un fenómeno que está muy presente en la vida cotidiana. Es conveniente hablarles a los alumnos de estos ejemplos más habituales (neumáticos de caucho, asfalto de carreteras, …) para que los tengan presentes y así entender los cambios que suceden y su porqué. En este enlace se muestra un experimento sencillo para explicar la dilatación empleando papel de aluminio y una vela.
Diría que las juntas de dilatación que observamos más a menudo son las presentes en los puentes, cuando vamos en coche se notan mucho y de pequeños nos llaman la atención. Ahora, buscando un poco de información sobre ello me doy cuenta que están presentes en nuestra casa en el día a día: entre las baldosas del suelo, entre un cambio de materiales del suelo, hay que tenerlas en cuenta a la hora de colocar una tarima flotante… asombroso todo lo que hay que tener en cuenta en la construcción que explican las ciencias!
La termodinámica es un campo muy importante para los conocimientos de un estudiante de Física y Química, el campo de dilatación más, debido a que en la vida cotidiana estos estudiantes lo pueden encontrar con mucha facilidad.
La dilatación térmica es una de los primeros fenómenos que me explicaron de pequeño. Las juntas en los puntas fueron las causantes. Muy ilustrativo el enlace de Irene y el experimento en cuestión.
Es un fenómeno muy curioso, del que no tenía ni idea. Seguro que al alumnado de secundaria y bachillerato le sorprende un montón. Buscando un poco más al respecto, he encontrado que se encuentran en electrodomésticos que lleven un termostato, como bien dice en el vídeo. Un ejemplo podría ser una tostadora. Os dejo otro experimento interesante para realizar con el alumnado. Consiste en un soporte metálico y una bola metálica. El soporte tiene un agujero por el que la bola puede pasar sin problema. Al calentarla, ya no pasa, puesto que ha dilatado. Esto podría servir para acercar al alumnado a este concepto y algunas de sus aplicaciones, por ejemplo, las juntas de dilatación de los edificios y de las vías de tren. Sin el estudio de los coeficientes de dilatación de los materiales, la arquitectura a día de hoy sería bien distinta.
En el experimento se explica la diferente dilatación entre dos materiales metálicos. Es un concepto a tener en cuenta en carpintería metálica u otros oficios que puedan trabajar con diferentes tipos de metales; estos deberán ser los mismos en cada construcción/pieza para evitar tensiones en el mismo. Estas tensiones como se ve en el video provocarían deformaciones en los materiales.
El origen etimológico de la palabra dilatación se encuentra en el latín, más concretamente en «dilatio», que puede traducirse como «extenderse en varias direcciones». Esta palabra se compone de las siguientes partes: el prefijo «dis-«, que es equivalente a «separación múltiple»; «lat» que significa «llevar» y el sufijo «-ción», que se usa para indicar «acción y efecto». En el ámbito de la física, la dilatación es el aumento de la longitud, la superficie o el volumen de un cuerpo a causa de la separación de sus moléculas por la disminución de su densidad. La dilatación térmica, en este sentido, se produce ante el aumento de temperatura de un cuerpo, En este experimento podemos observar el fenómeno de como se produce la dilatación en dos materiales diferentes y que ante un agente externo que emite calor se provocan unas deformaciones que son distintas en ambos materiales
En relación a algunas de los comentarios, como bien dicen, la dilatación térmica de los materiales se debe al aumento de la agitación de las partículas que forman ese cuerpo, y es por ello que este efecto debe ser tenido en cuenta en diferentes construcciones como son los rieles de ferrocarril (los cuales no se sueldan entre sí por ese motivo), en los extremos de un puente (que no están sellados a la mampostería, sino que descansan sobre todillos), o incluso los edificios donde existen juntas de dilatación. Sin embargo, cabe destacar que esta dilatación no es igual para todos los materiales, ya que cada uno tiene su propio coeficiente de dilatación. En este sentido algunos ejemplos de coeficientes de dilatación son:
Hormigón: 10 x 10 -6 °C -1
Acero: 12 x 10 -6 °C -1
Aluminio: 23 x 10 -6 °C -1
PVC: 80 x 10 -6 °C -1
Madera: 35 a 55 x 10 -6 °C -1
PMMA: 80 x 10 -6 °C -1
Otro experimento para comprobar la dilatación de los metales es el de la arandela, que se puede ver en este enlace. La dilatación es un fenómeno fundamental en el diseño industrial, por ejemplo de puentes, evitando su fractura por el aumento de la temperatura.
Viendo los comentarios de compañeros con respecto a la dilatación, me viene a la mente las puertas de madera o los pisos de parqué siempre hay que dejar junta de dilatación para los cambios de temperatura o humedades. Lo mismo ocurre en la construcción con los puentes o edificios, lo importante que es contar con la dilatación de los materiales empleados para su conservación. Considero que es una buena idea formar a los alumnos en estos conceptos.
Seguro que alguien lo ha comentado antes, pero las láminas bimetálicas como las del video se usan como parte de los interruptores magnetotérmicos en instalaciones eléctricas, en concreto para proteger al circuito frente a sobre cargas (si se sobrepasa la corriente de sobrecarga, el calor producido deforma la lámina y abre el circuito). También se emplean en la industria en los termostatos bimetálicos, como elemento de limitación de la temperatura.
El fenómeno de la dilatación me parece muy certero explicarlo mediante un experimento porque es muy visual y además se puede dar en muchas situaciones cotidianas, hacer este experimento con los alumnos y, ejemplificarlo con situaciones diarias, puede hacer no se olviden del concepto en mucho tiempo, o, al menos, en mucho más tiempo que si lo explicamos leyéndolo de un libro, además, es muy práctico para su posible futuro laboral.
La dilatación es un fenómeno que se puede observar habitualmente y no tenerlo en cuenta a la hora de desarrollar productos puede conllevar inconvenientes a cualquier escala, desde los componentes electrónicos hasta edificaciones o productos de ingeniería. Un ejercicio práctico y sencillo para enseñar sobre la dilatación térmica en el aula puede ser utilizar una barra metálica sometida a un aumento de temperatura utilizando una fuente de calor. Lo interesante es medir antes y después la longitud de la barra con una regla o calibrador, y guiar a los estudiantes hacia la explicación teórica de lo observado.
Este fascinante experimento de dilatación térmica, al soldar latón y acero, ilustra cómo los materiales reaccionan ante cambios de temperatura. La torsión observada revela los efectos de los coeficientes de dilatación térmica, con aplicaciones prácticas en la ingeniería de estructuras para evitar deformaciones no deseadas debido a variaciones térmicas. Este experimento ofrece una comprensión práctica y visual de los principios clave de la dilatación térmica.
Este es sólo un ejemplo de un mecanismo tan sencillo que lo veo y pienso “¿para qué sirve esta información?” Pero claro, poder manipular la dirección de movimiento de algo sólo con temperatura es bastante útil. De hecho, este mecanismo se usa en los termómetros redondos (como los que se usan en la cocina para medir la temperatura de la comida), usando una lámina bimetálica en forma de espiral la cual, al calentarse y expandir, dirige la aguja en una dirección y al enfriarse, la dirige en la dirección contraria. También se usa este mecanismo en algunos relojes para compensar errores causados por sus mecanismos sensibles a la temperatura.
Las dilataciones térmicas es algo con lo que convivimos diariamente y es un elemento importantísimo que deben entender y tener en cuenta. Los cambios de temperatura que sufrimos de verano a invierno nos afectan a todos. La demostración de este experimento es muy interesante porque es algo que pueden ver de forma rápida. Tienen infinidad de ejemplos a su alrededor, difíciles de ver por ser movimientos pequeños. Las baldosas del aula pueden ser ejemplo, deben estar separadas como mínimo 1,5 mm unas de otras para que puedan dilatarse y no rompan o se desprendan al chocar unas con otras. Son piezas pequeñas para disminuir estas variaciones de medida. En construcción se trabaja uniendo diferentes materiales unos con otros con lo cual debemos de tener en cuenta la diferencia de dilatación de cada uno y colocar entre ambos un material más elástico que pueda absorber estas dilataciones y que permita que cada uno se mueva a su manera. Son ejemplos muy sencillos de ver y que el alumnado puede ir buscando no sólo en la clase, sino en casa o por la calle.
La dilatación bimetálica es un fenómeno que ocurre cuando dos metales con diferentes coeficientes de expansión térmica se unen y se deforman al calentarse o enfriarse. Este concepto es importante para que los alumnos comprendan cómo las temperaturas afectan a los materiales y cómo, en situaciones cotidianas, esta propiedad se aprovecha en diversos dispositivos y sistemas. Aprender sobre la dilatación bimetálica no solo refuerza los principios de la física, como la expansión térmica, sino que también permite a los estudiantes conectar estos conocimientos con aplicaciones prácticas en su entorno. Un ejemplo cotidiano de la dilatación bimetálica son los termostatos en los hogares. En estos dispositivos, dos tiras de metales con diferentes tasas de expansión se curvan cuando la temperatura cambia, lo que activa un interruptor para regular la temperatura. Otro ejemplo es el bimetalismo en los relojes de control de temperatura, que usan este principio para mantener la precisión en la medición de la temperatura. Estos ejemplos muestran cómo un concepto aparentemente sencillo de la física tiene aplicaciones esenciales en nuestra vida diaria y cómo la comprensión de este fenómeno puede inspirar a los estudiantes a explorar más sobre el diseño y funcionamiento de dispositivos tecnológicos.