Dilatación térmica
ampliación (es)

Dilatómetro antiguu.

Denomínase dilatación térmica al aumentu de llargor, volume o dalguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpu físicu debíu al aumentu de temperatura que se provoca nél per cualesquier mediu. La contraición térmica ye l'amenorgamientu de propiedaes métriques por amenorgamientu de la mesma.

Dilatación llinial

Ye aquella na cual predomina la variación nuna única dimensión, esto ye, nel anchu, llargu o altor del cuerpu. El coeficiente de dilatación llinial, designáu por α_L, pa una dimensión llinial cualesquier, puede midise esperimentalmente comparando'l valor de dicha magnitud antes y dempués:

${\displaystyle \alpha _{L}={\frac {1}{L}}\left({\frac {dL}{dT}}\right)_{P}=\left({\frac {d\ln L}{dT}}\right)_{P}\approx {\frac {1}{L}}\left({\frac {\Delta \ L}{\Delta \ T}}\right)_{P}.}$

Onde ${\displaystyle \Delta L}$, ye la medría de la so integridá física cuando s'aplica un pequeñu cambéu global y uniforme de temperatura ${\displaystyle \Delta T}$ a tol cuerpu. El cambéu total de llargor de la dimensión llinial que se considere, puede estenase de la ecuación anterior:

${\displaystyle L_{f}=L_{0}[1+\alpha _{L}(T_{f}-T_{0})]\;}$

Onde:

α=coeficiente de dilatación llinial [°C^-1]

L₀ = Llargor inicial

L_f = Llargor final

T₀ = Temperatura inicial.

T_f = Temperatura final

Dilatación volumétrica

Animación: Dilatación y contraición volumétrica d'un gas por variación de la temperatura.

Ye'l coeficiente de dilatación volumétrico, designáu por α_V, mídese esperimentalmente comparando'l valor del volume total d'un cuerpu antes y dempués de ciertu cambéu de temperatura, y atópase qu'en primer aproximamientu vien dau por:

${\displaystyle \alpha _{V}\approx {\frac {1}{V(T)}}{\frac {\Delta V(T)}{\Delta T}}={\frac {d\ln V(T)}{dT}}}$

Esperimentalmente atópase qu'un sólidu isótropo tien un coeficiente de dilatación volumétrico que ye aproximao tres veces el coeficiente de dilatación llinial. Esto puede probase a partir de la teoría de la elasticidá llinial. Por casu si considérase un pequeñu prisma rectangular (de dimensiones: L_x, L_y y L_z), y sométese a una medría uniforme de temperatura, el cambéu de volume va venir dau pol cambéu de dimensiones lliniales en cada direición:

${\displaystyle {\begin{matrix}\Delta V=V_{f}-V_{0}=&((1+\alpha _{L}\Delta T)L_{x}\cdot (1+\alpha _{L}\Delta T)L_{y}\cdot (1+\alpha _{L}\Delta T)L_{z})-L_{x}L_{y}L_{z}=\\&=(3\alpha _{L}\Delta T+3\alpha _{L}^{2}\Delta T^{2}+\alpha _{L}^{3}\Delta T^{3})(L_{x}L_{y}L_{z})\approx 3\alpha _{L}\Delta TV_{0}\end{matrix}}}$

Esta última rellación prueba que ${\displaystyle \scriptstyle \alpha _{V}\ \approx \ 3\alpha _{L}}$, esto ye, el coeficiente de dilatación volumétrico ye numbéricamente unes 3 vegaes el coeficiente de dilatación llinial d'una barra del mesmu material.

Dilatación d'área

Cuando una área o superficie dilátase, facer amontando les sos dimensiones na mesma proporción. Por casu, una llámina metálica aumenta la so llongura y anchu, lo que significa una medría d'área. La dilatación d'área estremar de la dilatación llinial porque implica una medría d'área.

El coeficiente de dilatación d'área ye la medría d'área qu'esperimenta un cuerpu de determinada sustancia, d'área igual a la unidá, al alzase la so temperatura un grau centígradu. Esti coeficiente representar cola lletra griega gamma (γ). El coeficiente de dilatación d'área usar pa los sólidos. Si conoz el coeficiente de dilatación llinial d'un sólidu, el so coeficiente de dilatación d'área va ser dos veces mayor:

${\displaystyle \gamma _{A}\approx 2\alpha }$

Al conocer el coeficiente de dilatación d'área d'un cuerpu sólidu puede calculase l'área final que va tener al variar la so temperatura cola siguiente espresión:

${\displaystyle A_{f}=A_{0}[1+\gamma _{A}(T_{f}-T_{0})]\;}$

Onde:

γ=coeficiente de dilatación d'área [°C^-1]

A₀ = Área inicial

A_f = Área final

T₀ = Temperatura inicial.

T_f = Temperatura final

Causa de la dilatación

Nun sólidu les molécules tienen una posición razonablemente afita dientro d'él. Cada átomu de la rede cristalina cimbla sometíu a una fuercia acomuñada a un pozu de potencial, l'amplitú del movimientu dientro de dichu pozu va depender de la enerxía total d'átomu o molécula. Al absorber calor, la enerxía cinética permediu de les molécules aumenta y colla l'amplitú media del movimientu vibracional (una y bones la enerxía total va ser mayor tres l'absorción de calor). L'efectu combináu d'esta medría ye lo que da l'aumentu de volume del cuerpu.

Nos gases el fenómenu ye distintu, una y bones l'absorción de calor aumenta la enerxía cinética media de les molécules lo cual fai que la presión sobre les parés del recipiente aumente. El volume final por tanto va depender en muncha mayor midida del comportamientu de les parés.

La dilatación térmica ye'l procesu por aciu el cual calezse un cuerpu sólidu, la enerxía cinética de los sos átomos aumenta talmente que les distancies ente les molécules crecen, espandiéndose asina'l cuerpu, o contraer si ye esfrecíu. Estes espansiones y contraiciones causaes por variación de temperatura nel mediu que lu arrodia. La temperatura ye una magnitú acomuñada cola sensación de lo frio y caliente. Polo xeneral, un oxetu más "caliente" va tener una temperatura mayor. Físicamente ye una magnitú esguilar rellacionada cola enerxía interna d'un sistema termodinámicu. El calor ye'l procesu por aciu el cual tresmítese enerxía d'un cuerpu de mayor temperatura a otru cuerpu de menor temperatura.

Ver tamién

• Coeficiente de dilatación
• Termodinámica
• Llei de Charles
• Termometría
• Dilatación térmica negativa

Bibliografía

• Ortiz Berrocal, Luis (2007). Resistencia de materiales. Madrid: McGraw-Hill/Interamericana d'España, S.A., ISBN 9788448156336

Referencies

Enllaces esternos