Dilatación de líquidos – Termodinámica

Los líquidos, como otras sustancias, se hinchan cuando se calientan. La mayor parte del tiempo, el dilatación de líquidos es mayor que la de los sólidos. En los días calurosos, por ejemplo, la gasolina puede derramarse del tanque de un automóvil. Si el sólido con el que está hecho el automóvil se expande al mismo ritmo, no habría desbordamiento.

Otro ejemplo es el termómetro de mercurio, cuyo tubo está hecho de vidrio. La tasa de expansión del líquido (mercurio) es mayor, ya que aumenta su volumen más rápidamente que el tubo (sólido) que lo contiene. Por eso es posible realizar mediciones con mercurio, que es sensible a las variaciones de temperatura.

Debido a que los líquidos no tienen su propia forma, necesitan un recipiente para definir su forma. El líquido no tendrá una longitud o área definida, solo el volumen. Así, al estudiar la expansión de los líquidos, debemos considerar la expansión volumétrica de este y su contenedor, ya que el contenedor también experimenta expansión.

Por lo tanto, considere un recipiente completamente lleno de líquido, ambos a temperatura T₁. Elevar la temperatura del recipiente y del líquido a una temperatura T_dos, donde T_dos > T₁, como el recipiente está completamente lleno de líquido, colocamos un matraz a su lado para que el exceso de líquido del desbordamiento se desborde. Consulte la figura 1 a continuación, que representa esta situación.

Figura 1. Proceso de dilatación del líquido y matraz.

El líquido que se desbordó en la botella colocada posteriormente representa la dilatación aparente del líquido (ΔV_ap), porque es el que percibimos con mayor facilidad. Pero como el recipiente más grande también se ha expandido, el volumen del líquido que contiene ahora es mayor que en la situación inicial, el volumen de la cantidad de líquido que ha aumentado es igual al volumen de aumento en el recipiente calentado.

Por lo tanto, los dilatación real del líquido (ΔV_verdadero), que es lo que realmente sucedió, es la suma de los dilatación de la botella (ΔV_botella) calentado más la dilatación aparente (ΔV_ap):

ΔV_verdadero = ΔV_ap + ΔV_botella

Sabemos que la ecuación de expansión volumétrica para sólidos también se usa para líquidos, dada por:

ΔV = V₀ . γ. ΔT

Aplicando esta ecuación a la dilatación real de líquidos, obtenemos:

ΔV_verdadero = ΔV_ap + Δv_botella

(V₀ . γ_verdadero . ΔT) = (V₀ . γ_ap . ΔT) + (V₀ . γ_botella . ΔT)

γ_verdadero = γ_ap + γ_botella

Esta ecuación permite determinar experimentalmente el coeficiente de expansión real, ya que de hecho se conoce el coeficiente de la botella, y el coeficiente de expansión aparente se puede determinar mediante medición directa.

Haciendo

γ_ap = γ_verdadero – γ_botella

entonces podemos concluir:

a) Si γ_verdadero > γ_botella : la dilatación aparente es positiva, el líquido se expande más que el matraz.

b) Si γ_verdadero = γ_botella : la dilatación aparente es cero, el líquido y el matraz están igualmente dilatados.

c) Si γ_verdadero <γ_botella : la dilatación aparente es negativa, el líquido se expande menos que el matraz.

d) Si γ_botella = 0: la dilatación aparente es igual a la dilatación real, el matraz no está dilatado.

Referencias bibliográficas:

HEWITT, Paul G., Física conceptual – 9ª ed. – Bookman, 2008.