Efecto De La T° Sobre La Densidad De Un Sólido

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DENSIDAD DE UN SÓLIDO

Objetivo.
Conocer el efecto que tiene la temperatura sobre la densidad de un sólido, un líquido y un gas.
Conocer las bases de la expansión térmica de un fluido así como los coeficientes de expansión térmica de diversos materiales.
Introducción.

* El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de unlíquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; mientras en este ultimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura.

En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o latemperatura.
Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.

Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.* En un cuerpo sólido, un trozo de metal por ejemplo, los átomos se encuentran en constante movimiento vibratorio alrededor de sus puntos de equilibrio. Cuando se incrementa la temperatura del cuerpo, aumenta la vibración de los átomos y, por consiguiente, se intensifica también la distancia entre ellos, ocasionando la dilatación del cuerpo.
Los gases y los líquidos del mismo modo se dilatancuando aumenta su temperatura; por ejemplo: el mercurio presenta una dilatación uniforme.
A diferencia de la mayor parte de las sustancias, el agua (líquido) aumenta su volumen cuando se transforma en hielo (sólido).

Desarrollo.
El efecto de la temperatura sobre la densidad en sólidos, líquidos y gases.
* La densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidadde masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad en gases es más notable por los valores de densidades que tienen las sustancias en dicho estado, mientras que en los sólidos por su mismo estado, los cambios de peso o volumen no suelen ser tan significativos.
La temperatura aumenta el volumen, sobre todo si hace cambiar de estado a la sustancia y el volumen es inversamente proporcionala la densidad.
En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura.
* Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.
* Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidaddel agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperatura.

El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K–1.
Por otro lado, la densidad de los gases esfuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas tres magnitudes:

donde  es la constante universal de los gases ideales,  es la presión del gas,  su masa molar y  la temperatura absoluta.
Eso significa que un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si se aumenta la presión a 2 atm manteniendo latemperatura constante o, alternativamente, se reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.

Expansión térmica de un fluido.

* Para un sólido en forma de barra, el coeficiente de dilatación lineal (cambio porcentual de longitud para un determinado aumento de la temperatura) puede encontrarse en las correspondientes tablas. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación lineal del...