Dilatación térmica de los sólidos – varillas metálicas y lámina bimetálica
Ciencias naturalesMateria y materialesEdades 13–14Laboratorio virtual
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Tres varillas de aluminio, cobre y acero de igual longitud se calientan por igual; un comparador de reloj en el extremo de cada varilla mide el aumento de longitud ΔL = α·L₀·Δt con precisión de centésimas de milímetro. Los estudiantes registran una tabla de datos y ven que el aluminio es el que más se dilata y el acero el que menos. En el modo lámina bimetálica, una lámina de cobre y acero se curva hacia el acero (el metal que menos se dilata) y abre un circuito eléctrico, como el termostato de una plancha. Otros experimentos muestran la dilatación superficial y cúbica de una placa y un cubo (β ≈ 2α, γ ≈ 3α), un líquido en un matraz con un tubo estrecho y aire que empuja una gota (los gases se dilatan más, luego los líquidos y los sólidos menos), y un lago que se congela desde arriba porque el agua es más densa a 4 °C.
Lección: Dilatación térmica
Qué muestra
Al calentar una sustancia, sus partículas se mueven más y ocupan más espacio, así que se dilata; al enfriarse se contrae. Una varilla se alarga ΔL = α·L₀·Δt, una superficie crece con β ≈ 2α y un volumen con γ ≈ 3α. Los líquidos se dilatan mucho más que los sólidos, y los gases todavía más, porque sus partículas están menos unidas. Un líquido en un matraz de vidrio muestra su dilatación aparente: la real menos la del vidrio. El agua es especial: es más densa a unos 4 °C, por eso los lagos se congelan desde arriba. Las láminas bimetálicas y las juntas de los rieles son aplicaciones cotidianas.
Cómo usarla
Elige un experimento con las pestañas. En Tres varillas, enciende el mechero y pulsa Registrar datos a varias temperaturas. En Área y volumen, elige el Metal y compara ΔA y ΔV con α. En Líquidos y gases, pulsa Encender el mechero y observa cómo el nivel del tubo estrecho baja y luego sube; cuando esté quieto, pulsa Registrar datos, cambia la Temperatura del baño de agua y repite. En Agua a 4 °C, ajusta la Temperatura del aire en invierno y observa cómo se congela el lago.
Parámetros que puedes cambiar
- Experimento Tres varillas metálicas y comparadores, Lámina bimetálica cobre–acero, Placa y cubo: dilatación superficial y cúbica, Líquidos y gases en matraces, Agua a 4 °C y un lago que se congela
- Longitud inicial de cada varilla 200–1000 mm
- Temperatura ambiente 10–35 °C
- Temperatura máxima de calentamiento 60–300 °C
- Metal (placa y cubo) Aluminio, Cobre, Acero
- Líquido del matraz Agua coloreada, Etanol coloreado, Mercurio
- Temperatura del baño de agua 30–75 °C
- Temperatura del aire en invierno -20–10 °C
Preguntas para explorar
- Con el mismo aumento de temperatura, ¿qué varilla se alarga más y cuál menos?
- Si duplicas la longitud inicial L₀, ¿qué le pasa a ΔL con el mismo aumento de temperatura?
- ¿Por qué la lámina de cobre y acero se curva hacia el acero al calentarse, y cómo apaga eso la lámpara?
