Dilatación Térmica

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Autor: Redacción Ejemplode.com, año 2018

La Dilatación térmica es el aumento de tamaño de una sustancia, debido a una expansión de su estructura interna provocada por un aumento de Temperatura.

Se conocen tres tipos de Dilataciones Térmicas

Dependiendo de cómo se ejecutan: Dilatación Lineal, Dilatación Superficial y Dilatación Volumétrica.

Dilatación Lineal

Con pocas excepciones, todas las sustancias incrementan su tamaño cuando se eleva la temperatura y se contraen al enfriarse. Los gases se dilatan mucho más que los líquidos y éstos más que los sólidos. Si se calientan los gases y los líquidos, las partículas chocan violentamente rebotando a mayor distancia que cuando no se calientan, provocado la dilatación.

En los sólidos las partículas vibran alrededor de posiciones fijas, que al calentarse aumentan su movimiento y se alejan de sus centros de vibración provocando la dilatación.

Barra metálica en dilatación por calentamiento

Coeficiente de Dilatación Lineal

El Coeficiente de Dilatación Lineal es el incremento de Longitud que presenta una varilla de determinada sustancia, con un largo inicial de un metro (1 m), cuando su temperatura se eleva un grado Celsius (1°C).

Por ejemplo una varilla de hierro de un metro de longitud aumenta 11.7x10-6m al elevar su temperatura un grado centígrado. A este incremento se le llama Coeficiente de Dilatación Lineal, y se representa con la letra griega alfa (α).

En la siguiente tabla se muestran los valores de los Coeficientes de Dilatación Lineal de varios materiales:

SUSTANCIA

α (1/°C)

Hierro

11.7x10-6

Aluminio

22.4 x10-6

Cobre

16.7 x10-6

Plata

18.3 x10-6

Plomo

27.3 x10-6

Níquel

12.5 x10-6

Acero

11.5 x10-6

Zinc

35.4 x10-6

Vidrio

7.3 x10-6

Para calcular el Coeficiente de Dilatación Lineal se emplea la siguiente fórmula:

α = (Lf – L0) / [L0*(Tf – T0)]

Donde:

α = Coeficiente de Dilatación Lineal en 1/°C o C-1

Lf = Longitud final medida en metros (m)

L0 = Longitud inicial expresada en metros (m)

Tf = Temperatura final medida en grados Celsius (°C)

T0 = Temperatura inicial medida en grados Celsius (°C)

Para conocer la longitud final de un cuerpo al variar su temperatura, sólo despejamos la longitud final de la fórmula anterior y obtendremos la siguiente fórmula:

Lf = α L0(Tf - T0 ) + L0

Reagrupando tenemos: Lf = α L0 [(Tf - T0) + 1]

Dilatación superficial

Cuando una superficie o área se dilata, lo hace aumentando sus dimensiones (largo y ancho) en la misma proporción. La dilatación de una superficie es exactamente igual a una ampliación de fotografía, por ejemplo.

Coeficiente de Dilatación superficial

El Coeficiente de Dilatación superficial es el incremento de área que experimenta un cuerpo de determinada sustancia, de área igual a la unidad, al elevarse su temperatura un grado centígrado.

El Coeficiente de Dilatación superficial se usa para los sólidos. Conociendo el Coeficiente de Dilatación Lineal (α) de un sólido, su Coeficiente de Dilatación Superficial, representado con la letra griega gamma (γ) es dos veces mayor. Por lo tanto:

γ = 2α

Donde:

γ = Coeficiente de Dilatación Superficial

α = Coeficiente de Dilatación Lineal

Para calcular el área o superficie que tendrá un cuerpo después de haber sido sometido a un cambio de temperatura se usa la siguiente fórmula:

Af = A0 [ 1 + γ(Tf – T0) ]

Donde:

Af = Área o Superficie final en metros cuadrados (m2)

A0 = Área o Superficie inicial expresada en metros cuadrados (m2)

γ = Coeficiente de Dilatación Superficial en 1/°C ó C-1

Tf = Temperatura final medida en grados centígrados (°C)

T0 = Temperatura inicial medida en grados centígrados (°C)

A continuación se muestran algunos valores de Coeficientes de dilatación superficial para diferentes sólidos:

SUSTANCIA

γ = (°C-1)

Hierro

23.4x10-6

Aluminio

44.8 x10-6

Cobre

33.4 x10-6

Plata

36.6 x10-6

Plomo

54.6 x10-6

Níquel

25.0 x10-6

Acero

23.0 x10-6

Vidrio

14.6 x10-6

Latón

18 x10-6


Dilatación Volumétrica

La Dilatación Volumétrica es el aumento de las dimensiones de un cuerpo: largo, ancho y alto. Lo que significa un aumento de su volumen.

Coeficiente de Dilatación Volumétrica

El Coeficiente de Dilatación Volumétrica es el incremento de volumen que experimenta un cuerpo de determinada sustancia, de volumen igual a la unidad, al elevar su temperatura un grado Celsius. Por lo general, el Coeficiente de Dilatación Volumétrica se emplea para los líquidos, sin embargo conociendo el Coeficiente de Dilatación lineal de un sólido, se podrá obtener el Coeficiente de Dilatación Volumétrica, el cual es tres veces mayor.

β = 3α

Al conocer el Coeficiente de Dilatación Volumétrica de una sustancia se puede calcular el volumen que tendrá al variar su temperatura con la siguiente fórmula:

Vf = V0 [ 1 + β(Tf – T0) ]

Donde:

Vf = Volumen final en metros cúbicos (m3)

V0 = Volumen inicial expresado en metros cúbicos (m3)

β = Coeficiente de Dilatación Volumétrica en °C-1

Tf = Temperatura final medida en grados Centígrados (°C)

T0 = Temperatura inicial medida en grados Centígrados (°C)

A continuación se enlistan valores de Coeficiente de Dilatación Volumétrica para diferentes sólidos:

SUSTANCIA

β (°C-1)

Hierro

35.1x10-6

Aluminio

67.2 x10-6

Cobre

50.1 x10-6

Acero

34.5 x10-6

Vidrio

21.9 x10-6

Mercurio

182 x10-6

Glicerina

485 x10-6

Alcohol etílico

746 x10-6

Petróleo

895 x10-6

Ejemplos de Coeficientes de Dilatación Térmica

Hierro:

Lineal: 11.7x10-6 °C-1

Superficial: 23.4 x10-6 °C-1

Volumétrica: 35.1 x10-6

Aluminio:

Lineal: 22.4 x10-6 °C-1

Superficial: 44.8 x10-6 °C-1

Volumétrica: 67.2 x10-6 °C-1

Cobre:

Lineal: 16.7 x10-6 °C-1

Superficial: 33.4 x10-6 °C-1

Volumétrica: 50.1 x10-6 °C-1

Plata:

Lineal: 18.3 x10-6 °C-1

Superficial: 36.6 x10-6 °C-1

Volumétrica: 54.9 x10-6 °C-1

Plomo:

Lineal: 27.3 x10-6 °C-1

Superficial: 54.6 x10-6 °C-1

Volumétrica:51.9 x10-6 °C-1

Níquel:

Lineal: 12.5 x10-6 °C-1

Superficial: 25.0 x10-6 °C-1

Volumétrica: 37.5 x10-6 °C-1

Acero:

Lineal: 11.5 x10-6 °C-1

Superficial: 23.0 x10-6 °C-1

Volumétrica: 34.5 x10-6 °C-1

Zinc:

Lineal: 35.4 x10-6 °C-1

Superficial: 70.8 x10-6 °C-1

Volumétrica: 106.2 x10-6 °C-1

Vidrio:

Lineal: 7.3 x10-6 °C-1

Superficial: 14.6 x10-6 °C-1

Volumétrica: 21.9 x10-6 °C-1

Latón:

Lineal: 9 x10-6 °C-1

Superficial: 18 x10-6 °C-1

Volumétrica: 27 x10-6 °C-1

Citado APA: (A. 2018,05. Dilatación Térmica. Revista Ejemplode.com. Obtenido 05, 2018, de http://www.ejemplode.com/37-fisica/4932-dilatacion_termica.html)

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