Dilatación de los Líquidos
Para el caso de los líquidos, no tiene sentido hablar de coeficiente de dilatación lineal o superficial, ya que ellos no poseen forma propia. Solo existe el coeficiente de dilatación volumétrica.
Supongamos que se quiera medir el coeficiente de dilatación real (βreal) de un determinado líquido. Para esto, se llena completamente un recipiente con el líquido a temperatura inicial θ0.
El volumen inicial de la probeta y del líquido es V0. Al calentarse el conjunto hasta la temperatura final θ, la probeta adquiere el volumen V y el líquido trasborda, porque el coeficiente de dilatación del líquido es mayor que el de la probeta.
El volumen de líquido trasbordado, se llama dilatación aparente del líquido (ΔVAp).
La dilatación real (total) del líquido (ΔVreal) es la suman del volumen de líquido trasbordado (dilatación aparente ΔVap) con la dilatación del recipiente (ΔVrec), o sea:
Así, por ejemplo, si el recipiente aumentó su volumen en 1 cm3 (ΔVrec = 2 cm3) y el líquido trasbordó 3 cm3 (ΔVap = 3 cm3), concluimos que la dilatación real del líquido fue >ΔVreal = 3 + 2 = 5 cm3.
La dilatación aparente (ΔVap) es la dilatación del recipiente (ΔVreal) son dilataciones volumétricas.
Pero la dilatación real del líquido vale:
Sustituyendo las ecuaciones II, III y IV en la ecuación I tenemos:
Por tanto, el coeficiente de dilatación real del líquido es la suma del coeficiente de dilatación aparente del mismo, con el coeficiente de dilatación volumétrica del recipiente.
El Caso del Agua
El agua es el líquido más común, sin embargo, su comportamiento en términos de dilatación térmica es una verdadera excepción.
Gráfico I
Gráfico II
El gráfico I muestra este comportamiento: de 0°C hasta 4°C el volumen del agua disminuye con el calentamiento. Solamente a partir de 4°C es que, con calentamiento, el agua aumenta su volumen (como sucede con los demás líquidos).
El gráfico II describe la variación de la densidad d del agua con la temperatura.
Como la densidad de un cuerpo es su masa (m) dividida por su volumen (V), o sea;
se tiene que la densidad del agua es inversamente proporcional a su volumen durante la variación de temperatura, pues la masa permanece constante.
Así, desde 0°C a 4°C la densidad del agua aumenta con el calentamiento, pues su volumen disminuye; a partir de 4ºC la densidad del agua disminuye con el calentamiento, porque su volumen aumenta.
La densidad del agua es máxima a 4ºC y su valor es 1,0000 g/cm3. En todas las otras temperaturas su densidad es menor.
Observación:
Todos los coeficientes de dilatación, sean α, β o γ, tienen como unidad: (temperatura)-1 ==> ºC-1
