EXPANSION TERMICA

La expansión térmica es la tendencia de la materia a los cambios en volumen en respuesta a un cambio en la temperatura.

Cuando una sustancia se calienta, sus partículas comienzan a moverse más y por lo tanto por lo general mantienen una mayor separación media. Los materiales que contrato con el aumento de temperatura son inusuales; este efecto es limitado en tamaño, y sólo se produce dentro de los rangos de temperatura limitadas. El grado de expansión dividido por el cambio en la temperatura se llama coeficiente del material de la expansión térmica y por lo general varía con la temperatura.

El proceso contrario lleva el nombre de contracción térmica.

TIPOS DE EXPANSION TÉRMICA

Expansión o Dilatación Lineal (α):
En un sólido las dimensiones son tres, pero si predomina sólo el largo sobre el ancho y el espesor o altura, como ser una varilla o un alambre, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento en la longitud y no así en el ancho y espesor llamada dilatación lineal.

Es el cociente entre la variación de longitud (ΔL) de un medio físico y el producto de su longitud inicial (Li) por la variación de la temperatura (ΔT)

La dilatación lineal en la cotidianidad

Hoy en día, la ingeniería así como las demás profesiones y ciencias han avanzado y, esta que es la encargada de la construcción de puentes han decidido que ahora deben ser de acero, y en cada extremo se han dejado espacios para que a la acción del calor y el aumento de la temperatura, la estructura del acero tenga hacia donde dilatarse (expandirse).

Expansión o Dilatación Volumétrica (γ ): Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo.

Es el que se mide experimentalmente comparando el valor del volumen total de un cuerpo antes y después de cierto cambio de temperatura.

Δv= vo * γ * ΔT

SOLIDOS:
Es el aumento de volumen que experimentan los sólidos cuando aumenta su temperatura.
Los factores que influyen en la dilatación cúbica de un sólido se determinan en igual forma que en la dilatación lineal y son los siguientes:

Vo = Volumen Inicial del sólido

LIQUIDO:

En el caso de los líquidos, salvo casos excepcionales, hablaremos exclusivamente de dilatación volumétrica, por cuanto, aún en los tubos capilares de los termómetros, es necesario considerar que la dilatación en el sentido transversal influye en la dilatación lineal observada.

Es prácticamente imposible independizar por completo la dilatación del líquido de la experimentada por el recipiente que lo contiene, de tal modo que se hace necesario distinguir entre dilatación aparente y dilatación

Dilatación absoluta=Dilatación del recipiente+Dilatación aparente

AGUA: el agua, al aumentar su temperatura entre 0ºC y 4ºC se contrae en lugar de dilatarse. Cuando la temperatura sube gradualmente, desde los 4ºC, el agua empieza a dilatarse con mayor regularidad

Expansión o Dilatación de Área (β):

Cuando un área o superficie se dilata, lo hace incrementando sus dimensiones en la misma proporción.

El coeficiente de dilatación de área 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.

Δs: so * β * ΔT

COEFICIENTE DE DILATACIÓN

Se denomina coeficiente de dilatación (α) al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura que lleva consigo una dilatación térmica.

De forma general, durante una transferencia de calor, la energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos átomos cambia . Cuando la energía almacenada aumenta, también lo hace la longitud de estos enlaces. Así, los sólidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse; este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica (típicamente expresado en unidades de °C-1):

Coeficiente de dilatación en los estados de la materia

la dilatación de los gases

La dilatación térmica de los gases es muy grande en comparación con la de sólidos y líquidos, y sigue la llamada ley de Charles y Gay-Lussac. Esta ley afirma que, a presión constante, el volumen de un gas ideal (un ente teórico que se aproxima al comportamiento de los gases reales) es proporcional a su temperatura absoluta. Otra forma de expresarla es que por cada aumento de temperatura de 1 ºC, el volumen de un gas aumenta en una cantidad aproximadamente igual a 1/273 de su volumen a 0 ºC. Por tanto, si se calienta de 0 ºC a 273 ºC, duplicaría su volumen.

El coeficiente de dilatación en la cotidianidad

El conocimiento del coeficiente de dilatación adquiere una gran importancia técnica en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril; estos van soldados unos con otros, por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.