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domingo, 1 de noviembre de 2015

LA DILATACIÓN TÉRMICA

Junta de dilatación o expansión en un puente.  
Evita que al dilatarse los materiales, el puente se deforme debido a las enormes tensiones

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La materia tiene la propiedad de aumentar su tamaño conforme sube la temperatura. La explicación a este fenómeno es que los átomos que componen a esa materia tienen una energía cinética (movimiento, vibración), y esa vibración es dependiente de la temperatura. A mayor temperatura, mayor amplitud tiene esa vibración, y como consecuencia el objeto aumenta su tamaño en todas las dimensiones, pero el efecto será mas patente en aquella dimensión que predomine. Si el objeto calentado se trata de un disco delgado, el aumento de tamaño será de superficie más bien que de espesor. Si se trata de un alambre, el aumento será longitudinal más bien que de sección.

No todas las sustancias tienen la misma capacidad de dilatación. Para un incremento de temperatura dado, cada sustancia aumenta su tamaño en una proporción que le es propia. Es lo que se conoce como coeficiente de dilatación, y cada tipo de materia tiene el suyo. Por ejemplo, el hierro se dilata más que el vidrio.

Este fenómeno nos va a venir bien para ese frasco de conserva hecho en vidrio con tapa metálica que se resiste a ser abierto. A veces, ese frasco pasa de mano en mano por todos los miembros de la familia, sin éxito, incluso aunque en la familia haya personas con una fuerza propia de un leñador, el frasco se sale con la suya y permanece tozudamente cerrado.

EL MÉTODO:

1) Ponemos un cazo al fuego, y sobre él, el tarro invertido. Esto es: Cazo y tapa del frasco están en contacto. Vamos a verter sobre el cazo una pequeña cantidad de agua, lo justo para que el contacto entre cazo y tapa sea mediante agua. Unos 3 mm de profundidad de agua, no más.

2) Cuando veamos que el agua comienza a hervir contamos hasta 10

3) Apagamos el fuego

4) Tomamos el tarro con una mano (estará frío) y con un trapo en la otra mano (para no quemarnos) giraremos la tapa, que estará aún caliente. 

Comprobaremos que el tarro se abre con una facilidad asombrosa. 
La razón de esto es que la tapa se ha dilatado por efecto del calor, se ha agrandado un poco, y por eso queda prácticamente suelta.

No solamente la tapa (hierro) tiene un coeficiente de dilatación mayor que el tarro (vidrio), sino que sólo hemos calentado la tapa, el resto del tarro apenas recibe calor.


OBSERVACIONES:

La función del agua que ponemos en el cazo es triple:

1) Mejora la conductividad térmica cazo -> tapa al rodear a ambos íntimamente, incluyendo recovecos, imperfecciones y microporos. Microscópicamente, las superficies "planas" no son tan planas. El agua llena esos espacios y la conductividad será mejor.

2) El agua actúa de amortiguador térmico: Por mucho calor que la cocina comunique al cazo, mientras haya agua, la temperatura no excederá de 100ºC que es la temperatura a la cual hierve el agua en condiciones normales. Si se aporta mucho calor, ese calor no subirá la temperatura por encima de 100ºC sino que se evaporará agua a mayor ritmo. Esto impedirá que se alcancen temperaturas demasiado altas.

3) El agua aporta inercia térmica para evitar que al tomar el frasco la tapa se enfríe rápidamente lo que conllevaría que se contraiga nuevamente.


PARA LOS MÁS ESCÉPTICOS:

Este método no puede provocar la explosión del tarro ni que el vidrio se rompa por efecto del calor, porque sólo calentamos la tapa, y muy poco o nada el resto del frasco. De hecho, si abrís un frasco con esta técnica comprobaréis que su contenido sale completamente frío.


El vídeo:







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