¿Qué se expande, un cuerpo hueco o sólido con el mismo volumen si ambos cuerpos se calientan por igual?

Comencemos con una esfera de acero sólida y una carcasa de acero esférica. Comienzan en un baño de hielo de 0 ° C. Ambos tienen 1 metro de diámetro y el caparazón tiene 1 cm de grosor.

Ahora muévalos a un baño de agua hirviendo a 100 grados C. El coeficiente de expansión térmica del acero es de 13 ppm por grado. Entonces, cuando las esferas alcancen un nuevo equilibrio, ambas serán 1.3 mm más grandes. La esfera sólida y el caparazón tienen la misma área de superficie. Pero el caparazón tiene mucha menos masa que su primo sólido, y alcanzará el equilibrio mucho más rápido.

El centro frío retarda la expansión de la esfera sólida, dando como resultado un estrés significativo. El estrés asociado con el calentamiento diferencial es el mecanismo que hace que el vidrio caliente y la porcelana se rompan en agua fría.

Supongo que usted pregunta “qué se expandirá más, un cuerpo hueco o sólido con el mismo volumen si ambos cuerpos se calientan por igual (dos casos): a) con la misma energía térmica b. Arriba a la misma temperatura. Ambos tienen el mismo temperatura inicial

Depende del material. Si tiene una esfera hueca y una esfera sólida hecha de hierro (o cualquier otro metal / buen conductor de calor), entonces:
a. En el primer caso, la esfera hueca se expandirá más; como tiene menos masa, alcanzará temperaturas más altas y, por lo tanto, se expandirá más.
segundo. En el segundo caso, ambos tendrán la misma temperatura, por lo que se expandirán igual.

Lo mismo se aplica si tiene un conductor pobre, como el vidrio, pero el calor debe transferirse a las esferas lenta y uniformemente para evitar tensiones locales.