2) Observa cómo crece una aguja de coser: los sólidos también se expanden al calentarlos.

En el experimento anterior bastaba el calor de las manos para que el gas se expandiera de manera apreciable. Sin embargo un mismo aumento de temperatura hace que los sólidos se expandan mucho menos que los gases. En el siguiente experimento  utilizaremos un mecanismo sencillo pero lo suficientemente sensible como para observar la dilatación de una aguja de coser al calentarla con una vela.

Nota de seguridad: este experimento utiliza fuego y objetos afilados, por lo que se recomienda realizar como una demostración.

Materiales

Experimento 2: observa la dilatación de una aguja de punto. Clic sobre la imagen para ampliar Imagen cortesía de Andrew Brown

Una aguja de punto metálica Dos botellas de vidrio vacías (por ejemplo de vino) Un corcho que ajuste en una de las botellas Unas llaves u otro objeto para colocar como peso al final de la aguja (por ejemplo, plastilina) Unos libros (u otros  objetos en los que apoyar el montaje) Una alfiler o aguja de coser de forma cilíndrica Una pajita Una vela pequeña Cerillas

Procedimiento

1. Coloca un corcho en una botella hasta la mitad.

2. Introduce la parte afilada de la aguja de punto en el corcho para que quede justo por encima del cuello de la botella.

3. Apoya el otro extremo de la aguja sobre la segunda botella.

4. Clava la aguja de coser en la paja de refresco, a un tercio de la longitud de uno de sus extremos. El agujero debe ser lo suficientemente estrecho para que la paja pueda girar.

5. Coloca la aguja de coser (con la paja ensartada) sobre la boca de la segunda botella, debajo de la aguja de punto formando ángulo de 90º.

6. Cuelga un peso (por ejemplo, unas llaves) en el extremo libre de la aguja de punto.

7. Coloca la paja hacia en vertical.

8. Coloca una pila de libros entre las dos botellas.

9. Coloca la vela sobre los libros. Ajusta la altura para que la vela esté a unos 3 cm de la aguja de punto.

10. Enciende la vela, ¿qué le sucede a la paja? ¿Por qué?

¿Qué ha sucedido? El calor de la vela hace que se expanda la aguja. Al dilatarse a lo largo se mueve y hace girar a la aguja de coser. La paja aumenta los pequeños movimientos de la aguja. Preguntas para los alumnos Hemos visto que los sólidos, líquidos y gases se expanden al calentarlos, pro ¿qué le sucede a los líquidos? Respuesta: los líquidos no son una excepción, también se expanden al ser calentados. ¿Qué problemas puede causar en puentes o vías de tren la expansión por calentamiento? Respuesta: ver las imágenes de la derecha. Problemas reales causados por la expansión de los sólidos: las vías de tren y los puentes se expanden cuando hace calor y puede hacer que se doblen o rompan. Los ingenieros dejan huecos entre las piezas de un raíl para que puedan expandirse y también produce ese típico traqueteo cuando las ruedas pasan sobre los huecos. Igualmente los puentes se construyen con piezas conectadas con juntas de expansión; ¡el puente de 18 km de Storebæltsbroen (Great Belt Bridge) en Dinnamarca puede dilatarse hasta 4.7 metros en días cálidos!

La junta de dilatación de un puente Imagen cortesía de Ingolfson; origen de la imagen: Wikimedia Commons La flecha señala la separación entre dos piezas de la vía del tren Imagen cortesía de PixOnTrax; origen de la imagen: Wikimedia Commons

Cambios de estado

Ahora los alumnos han visto los efectos del calor en sólidos y gases: se expanden. También saben que a los líquidos les sucede lo mismo. Pero, ¿qué sucede cuando calentamos más las sustancias (figura 1)? Pregunta a tus alumnos sobre una barra de oro; es sólida a temperatura ambiente, a 100ºC e incluso a 500ºC. ¿Qué sucede cuando aumentamos más la temperatura a 1064 ºC? A esta temperatura sucede algo sorprendente: el oro sólido se transforma en líquido. Si seguimos calentando (hasta 2856ºC) el líquido hierve y se convierte en gas.

Figura 1: Este diagrama muestra el proceso de cambio de estado. Los cambios de estado son reversibles

El lingote de oro más grande del mundo está en un museo en Toi, Japón. Pesa 250 kg. En el momento de escribir el artículo su precio era de unos 9’5 millones de euros Imagen cortesía de PHGCOM; origen de la imagen: Wikimedia Commons En los siguientes experimentos veremos qué le sucede

Por supuesto que se trata de un ejemplo extremo; la mayoría de nosotros nunca veremos oro gaseoso. Pero cualquiera en clase ha visto al agua cambiar de estado: del hielo sólido al agua líquida (0ºC), y de allí a gas, vapor de agua (100ºC). El calor, además de producir la expansión, hace que las sustancias cambien de estado. Cada sustancia requiere una cantidad de calor diferente: necesitamos más calor para hacer hervir el oro que el agua. Pero, al menos en teoría, todas las sustancias pueden existir en los tres estados de agregación.