Dilatación lineal

1. PRÁCTICA DE LABORATORIO-DILATACIÓN TÉRMICA

1.1. OBJETIVOS

1.1.1. GENERALES

Precisar el coeficiente de dilatación térmica de tres diferentes materiales
Precisar que tipo de material es el de cada varilla metálica

1.1.2. ESPECÍFICOS

Identificar los cambios durante la dilatación del cobre
Identificar los cambios durante la dilatación del bronce
Identificar los cambiosdurante la dilatación del aluminio
Determinar los factores que pueden generar alteraciones

1.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

Cuando la temperatura de un cristal varia, se produce un cambio en susdimensiones (dilata o contrae), y a menudo deforma, que se conoce comodilatación térmica. Cuando se recupera la temperatura inicial, serecuperan las dimensiones y la forma, y por tanto, el fenómenoesreversible.

Un incremento de temperatura implica,normalmente, un aumento de las distanciasinteratómicas (y por tanto, una dilatación) debidoal incremento de la vibración térmica de cada unde los átomos. Si imaginamos un sistema sencillo
formado por dos átomos enlazados, a 0ºK elsistema es estático, no hay vibración térmica y loscentros de los átomos se encuentran a unadistancia determinada .

Alaumentar la temperatura, los átomos vibranalrededor de posiciones de equilibrio, y por tanto,la distancia promedio entre los dos centros (d1) esmayor y el sistema dilata. En la figura, para simplificación se harepresentado una vibración esférica alrededor del centro, por bien que enrealidad no tiene esta forma).

Intuitivamente, es fácil imaginar que amayor temperatura, más amplia es lavibración, y más grande la distanciaentre los átomos, con el límite de estabilidad del sistema (transformacióno fusión, en el caso de los cristales).

En los cristales, la situación es más compleja porqué el sistema estridimensional, con enlaces de diferentes energías, y existen interaccionesentre los átomos, y por tanto, el aumento de temperatura no siempreimplica un aumento de las distancias, sino que, a veces, hay contracción.

Hasta en cristales formados por una solo tipo de átomos, a menudo losenlaces en diversas direcciones son diferentes (este es el caso del grafitoo de los polimorfos del azufre, por ejemplo), y por tanto, es de esperarcomportamientos diferentes en las diferentes direcciones. Esto lleva a suponer que el fenómeno puede ser, frecuentemente, anisotrópico.

Siendola dilatación térmica anisotrópica, las diferentes variaciones de dimensiones en las diversas direcciones puede causar la deformación de los poliedros de coordinación y la variación de las dimensiones de la celda fundamental. De hecho, estas variaciones son del orden de 10^ -5 A/ºC.
Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación ocontracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón;este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.
Más abajo se muestra una tabla de  dilatación de algunas sustancias. Conocido el coeficiente de dilatación es necesario multiplicarlo por el número de centímetros y por el número de grados, para saber cuál será la extensión total del sólido en las condiciones que deberá soportar. En otras palabras, si el sólido tiene 1,50 m. y lavariación de temperatura es de 30° habrá que multiplicar ese coeficiente tan pequeño por 150 y por 30 a fin de conocer su dilatación total en centímetros.
Coeficientes de dilatación lineal (por coda grado de temperatura y centímetro de longitud)
Aluminio 0,000024 
Bronce 0,000018 
Hormigón 0,000018 
Cobre 0,000017 
Fundición de hierro 0,000012 
Acero 0,000013 
Platino 0,000009 
Vidrio...