Dilatación térmica: experimentos

Sophia ha ido a una fiesta de cumpleaños y le han dado un globo. Hace frío, y al volver ella y María caminando a casa, el globo empieza a cambiar. ¡Oh no! ¡Mi globo se está encogiendo! ¿Es que está perdiendo aire? No te preocupes, Sophia. Como hace frío, el gas de dentro del globo ocupa menos espacio. Al llegar a casa te lo demostraré.

Ya en casa, María coge una botella de cristal de cuello estrecho, dos cuencos, una balanza de cocina y un globo nuevo de un paquete. Un cuenco lo llena con agua caliente, y el otro con agua fría y hielo. María estira la apertura del globo y la coloca alrededor del cuello de la botella donde lo sujeta bien. De esta manera se sella la botella y el aire queda atrapado dentro. Con la balanza comprueba cuánto pesa la botella: 200 gramos.

Es el peso de la masa de la botella, del globo y del aire atrapado dentro. María coloca a continuación, y con cuidado, la botella dentro del agua caliente. ¡El globo empieza a crecer! María vuelve a pesar la botella. ¡Pesa exactamente lo mismo que antes! Lo que significa que la cantidad de aire no ha cambiado. Pero de alguna forma el aire ha llenado el globo. ¿Cómo?

Al colocar María la botella dentro del agua caliente, el calor del agua transfiere el aire que está dentro de la botella. Las partículas de gas de la botella empiezan a moverse más rápido y a extenderse, lo que implica que el volumen del gas en el interior aumenta. ¡Por eso se infla el globo! El aire de dentro de la botella se expande a raíz del aumento de la temperatura. Este fenómeno se conoce como dilatación térmica. A continuación, María coge la botella y la coloca dentro del agua helada.

El globo se desinfla al instante como si el aire se hubiera escapado. Al pesar la botella, las chicas comprueban que la masa tampoco ha cambiado en esta ocasión. Eso significa que tiene que seguir habiendo la misma cantidad de aire dentro. Al colocar la botella dentro del agua helada, tanto la botella como el aire de dentro se enfrían. Las partículas se ralentizan y se juntan.

El aire ocupa menos espacio y el globo se encoge. La disminución de la temperatura hace que el aire se contraiga. Esto también les pasa a los líquidos y a los sólidos. ¡Veamos! Vamos a coger un termómetro. Tiene una especie de bombillita con un líquido de color y un tubo estrecho unido a ella: el capilar.

Vamos a fijarnos en el nivel del líquido del capilar. Ahora vamos a meter el termómetro dentro de una taza con agua caliente primero y luego dentro de una con agua fría. ¿Te has fijado si ha cambiado el nivel del líquido del capilar? Al igual que el aire del globo, el líquido de dentro del capilar del termómetro se expande cuando aumenta la temperatura y se contrae cuando la temperatura disminuye. ¡Así que así funciona un termómetro! Para observar cómo se expanden los sólidos, vamos a echar un vistazo a este experimento. Hacen falta dos objetos: una bola de metal y un aro también de metal.

A temperatura ambiente, el diámetro de la bola y el del aro son casi iguales, la bola cabe justo a través del aro. Vamos a calentar durante unos minutos la bola. Ahora vamos a intentar volver a pasarla por el aro. ¡No cabe! El metal calentado ha aumentado de volumen: se ha expandido. Enfriemos ahora la bola metiéndola en agua fría y ya verás como vuelve a pasar fácilmente por el aro. ¡Sofía, mira!

Desde que nos hemos puesto a hacer estos experimentos, tu globo ha vuelto a la normalidad. ¡Hurra!