Coeficiente de dilatación
Los sólidos se expanden principalmente en respuesta al calentamiento y se contraen al enfriarse. Esta respuesta al cambio de temperatura se expresa como su coeficiente de expansión térmica.
Se utiliza el coeficiente de dilatación térmica:
- en la expansión térmica lineal
- en la zona de expansión térmica
- en la expansión térmica volumétrica
Estas características están estrechamente relacionadas. El coeficiente de dilatación térmica volumétrica puede medirse para todas las sustancias de la materia condensada (líquidos y estado sólido). La dilatación térmica lineal sólo puede medirse en el estado sólido y es habitual en las aplicaciones de ingeniería.
Coeficientes de dilatación térmica de algunos materiales comunes
La dilatación y contracción del material debe tenerse en cuenta al diseñar grandes estructuras, al utilizar cintas o cadenas para medir distancias en los levantamientos topográficos, al diseñar moldes para el vaciado de material caliente y en otras aplicaciones de ingeniería cuando se esperan grandes cambios de dimensión debido a la temperatura. El rango de α va de 10 -7para los sólidos duros a 10-3 para los líquidos orgánicos. α varía con la temperatura y algunos materiales tienen una variación muy alta. Algunos valores para materiales comunes, dados en partes por millón por grado Celsius: (NOTA: También puede ser en kelvins ya que los cambios de temperatura son una relación 1:1)| coeficiente de dilatación térmica lineal α | |
| material | α en 10-6 /K a 20 °C |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Plomo | 29 |
| Aluminio | 23 |
| 19 | |
| 17.3 | |
| Cobre | 17 |
| Oro | 14 |
| Níquel | 13 |
| 12 | |
| Hierro o acero | 11.1 |
| 10.8 | |
| Platino | 9 |
| 8.5 | |
| GaAs | 5.8 |
| Fosfuro de indio | 4.6 |
| Tungsteno | 4.5 |
| Vidrio, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Cuarzo fundido | 0.59 |
Aplicaciones
Para las aplicaciones que utilizan la propiedad de expansión térmica, véase el termómetro bimetálico y de mercurio
La dilatación térmica también se utiliza en aplicaciones mecánicas para encajar unas piezas sobre otras, por ejemplo, un casquillo puede encajarse sobre un eje haciendo su diámetro interior ligeramente más pequeño que el diámetro del eje, calentándolo hasta que encaje sobre el eje, y dejándolo enfriar después de haberlo empujado sobre el eje, consiguiendo así un "ajuste por contracción".
Existen algunas aleaciones con un CTE muy pequeño, utilizadas en aplicaciones que exigen cambios muy pequeños en la dimensión física en un rango de temperaturas. Una de ellas es Invar 36, con un coeficiente del orden de 0,6x10-6. Estas aleaciones son útiles en aplicaciones aeroespaciales en las que pueden producirse grandes oscilaciones de temperatura.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el coeficiente de dilatación térmica?
R: El coeficiente de dilatación térmica es una medida de cuánto se dilata o contrae un sólido en respuesta a los cambios de temperatura.
P: ¿Cuáles son los tres tipos de dilatación térmica?
R: Los tres tipos de dilatación térmica son la dilatación térmica lineal, la dilatación térmica de área y la dilatación térmica volumétrica.
P: ¿Cuál es la diferencia entre expansión térmica lineal y expansión térmica volumétrica?
R: La dilatación térmica lineal se refiere a los cambios de longitud, mientras que la dilatación térmica volumétrica se refiere a los cambios de volumen.
P: ¿Se puede medir el coeficiente de dilatación térmica volumétrica de los líquidos?
R: Sí, el coeficiente de dilatación térmica volumétrica puede medirse en todas las sustancias de materia condensada, incluidos los líquidos.
P: ¿En qué estado se puede medir la dilatación térmica lineal?
R: La dilatación térmica lineal sólo puede medirse en estado sólido.
P: ¿Por qué es común la expansión térmica lineal en aplicaciones de ingeniería?
R: La dilatación térmica lineal es común en aplicaciones de ingeniería porque es relevante para estructuras y componentes que necesitan mantener su forma y tamaño a temperaturas variables.
P: ¿Están estrechamente relacionados los distintos tipos de dilatación térmica?
R: Sí, los distintos tipos de dilatación térmica (lineal, de área y volumétrica) están estrechamente relacionados.
