COEFICIENTE DE EXPANSION TERMICA LABORAT

COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA

COEFICIENTE DE
EXPANSIÓN TÉRMICA
A: JUSTIFICACIÓN
Los efectos más comunes que ocasionan las variaciones de temperatura en los cuerpos o sustancias, son las
modificaciones o cambios de sus dimensiones (sólidos y líquidos), en su gran mayoría las sustancias aumentas
sus dimensiones al aumentar la temperatura, o bien disminuyen estas al disminuir latemperatura, pocas son las
sustancias que no siguen dicho comportamiento, como el agua1. Si bien estas variaciones en las dimensiones
suelen ser pequeñas. Un puente de concreto de 50 m de largo que se exponga a una variación de temperatura de
20 ºC podrá aumentar unos 1,2 cm de longitud; si sus extremos son fijos se presentarán tensiones sumamente
peligrosas, que pueden provocar su ruptura. Por eso sesuele colocar en los extremos de los puentes juntas de
expansión térmica (ver figura 1), las que se usa en los puentes para separarlos de la carretera, sin estas juntas las
superficies
se
levantarían debido a la
expansión térmica en
un día muy caluros, o
se romperían debido a
la contracción en días
demasiados fríos. En
los puentes metálicos,
se suele
montarlos
sobre rodillos (verfigura
2),
que
compensan
las
contracciones
y
dilataciones del metal.
Figura 1: Juntas de dilatación
En las vías del
ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; esta abertura es el causante del
traqueteo de los vagones.
Una de las aplicaciones de mayor uso de la dilatación térmica es en la fabricación de termómetros, donde la
variación del volumen de lasustancia contenida en su interior (p. ej.: mercurio, alcohol etílico), se interpreta con
ayuda de una escala, como variaciones de temperatura. Los dispositivos empleados para mantener constante la
temperatura llamados termostatos, tienen su principio operacional fundamentado en una banda bimetálica (dos
láminas metálicas de diferente material: bronce y aluminio; hierro y aluminio; hierro yplatino, entre otros). Al
calentarse los dos metales soldados se dilatan en forma desigual, pues tienen diferente coeficiente de dilatación,

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Por dilatación anómala del agua conocemos el hecho de que el agua cuando se congela, se dilata (aumenta su volumen), y
cuando se calienta sobre los 4 ºC también se dilata, por ello a 0 ºC le corresponde el menor volumen como sólido (mayor
densidad) y a4 ºC, el menor volumen como líquido (la mayor densidad).

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sufriendo una dilatación que interrumpe el circuito eléctrico, y al enfriarse el bimetal, recupera su forma original y
vuelve a cerrar el circuito. Los termostatos los encontramos en planchas de ropa, cocinas, motores, estufas, etc.

Figura 2: Apoyo tipo rodillos
B:OBJETIVOS
-

Permitir al estudiante mediante la experimentación, identificar las
variables que determinan la dilatación de los materiales sólidos

-

Cuantificar el coeficiente de dilatación de diversos materiales
sólidos usados en ingeniería.

CONCEPTOS CLAVE
Coeficiente de dilatación
Dilatación lineal,
superficial y volumétrica

C: NOTA TEORICA
Cuando un cuerpo sólido se expone avariaciones de su temperatura, varían todas sus dimensiones: longitud,
superficie y volumen, por lo que la dilatación (contracción) puede ser: lineal, superficial o volumétrica, entendiendo
por dilatación o contracción, dicha modificación de sus dimensiones. La amplitud de dichas modificaciones
depende también de las propiedades del material2 y de sus dimensiones originales.
Cuando en uncuerpo predomina la longitud sobre las otras dos dimensiones, cuando se calienta, se observa un
aumento de su longitud, en este caso se dice que se sufre una dilatación lineal. Cuando la temperatura de un
cuerpo sólido se eleve desde un valor T hasta otro T +∆T, su longitud L0 sufrirá un alargamiento ∆L dado por la
expresión (Lf: longitud final; Tf; temperatura final) :
L f = L0 + ∆L = L0 + α L0...