Coeficiente de dilatación

Coeficiente de dilatación
Junta de dilatación de un puente. Si estas juntas no se construyeran, la dilatación térmica de los materiales cuando subiera la temperatura generaría unos esfuerzos tan grandes que fracturarían el puente. Para calcular estas juntas se necesita conocer el coeficiente de dilatación térmica.

Se denomina coeficiente de dilatación 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.

Contenido

Coeficientes de dilatación

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;[1] este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica (típicamente expresado en unidades de °C-1):

\alpha=\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)

Sólidos

Para sólidos, el tipo de coeficiente de dilatación más comúnmente usado es el coeficiente de dilatación lineal αL. Para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y después de cierto cambio de temperatura, como:

\alpha_L = \frac{d\ln L}{dT} \approx \frac{1}{L}\frac{\Delta L}{\Delta T}

Puede ser usada para abreviar este coeficiente, tanto la letra griega alfa \alpha\; como la letra lambda \lambda\;.

Gases y líquidos

En gases y líquidos es más común usar el coeficiente de dilatación volumétrico αV o β, que viene dado por la expresión:

\alpha_V = \frac{d\ln V}{dT}\approx \frac{1}{V}\frac{\Delta V}{\Delta T}

Para sólidos, también puede medirse la dilatación térmica, aunque resulta menos importante en la mayoría de aplicaciones técnicas. Para la mayoría de sólidos en las situaciones prácticas de interés, el coeficiente de dilatación volumétrico resulta ser más o menos el triple del coeficiente de dilatación lineal:

{\alpha_V} \approx 3\alpha_L

Algunos valores de coeficientes de expansión volumétrica, que son constantes cuando el cambio de temperatura es menor que 100°C[2]
Líquido β (×10-3 °C-1)
Alcohol 1,1
Benceno 1,24
Glicerina 0,51
Mercurio 0,18
Agua 0,21
Gasolina 0,95
Acetona 1,5
Aire (20°C) 3,41x10-3
Aire (0°C) 3,67x10-3

Nota: En la práctica la unidad del SI (Sistema Internacional) es el Kelvin (K), entonces usted deberá convertir los coeficientes de dilatacion térmica de ºC a K para no cometer errores en la práctica o en la resolución de problemas.

Aplicaciones

El conocimiento del coeficiente de dilatación (lineal) 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.

Para ello, cogeremos la temperatura media en la zona y le restaremos la que tengamos en ese momento en el carril; el resultado lo multiplicaremos por el coeficiente de dilatación del acero y por la longitud de la vía a neutralizar...

Valores del coeficiente de dilatación lineal

Algunos coeficientes de dilatación, que son constantes cuando el cambio de temperatura es menor que 100°C[2]
Material α (°C-1)
Hormigón 2.0 x 10-5
Acero 1.0 x 10-5
Hierro 1.2 x 10-5
Plata 2.0 x 10-5
Oro 1.5 x 10-5
Invar 0,04 x 10-5
Plomo 3.0 x 10-5
Zinc 2.6 x 10-5
Aluminio 2.4 x 10-5
Latón 1.8 x 10-5
Cobre 1.7 x 10-5
Vidrio 0.7 a 0.9 x 10-5
Cuarzo 0.04 x 10-5
Hielo 5.1 x 10-5
Diamante 0.12 x 10-5
Grafito 0.79 x 10-5

Notas y referencias

  1. ↑ Esto no ocurre para todos los sólidos: el ejemplo más típico que no lo cumple es el hielo.
  2. ↑ a b Tipler, Paul A. (2000). Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes) (en español). Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4382-3.

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужен реферат?

Mira otros diccionarios:

  • Coeficiente de dilatación — Se denomina coeficiente de dilatación al cociente entre la diferencia de longitud y la diferencia de temperatura que experimenta un cuerpo por esta causa. Puede ser usado para abreviar este coeficiente tanto la letra griega alfa como la letra… …   Enciclopedia Universal

  • Coeficiente de dilatación adiabática — para diferentes gases[1] [2] Temp. Gas γ   …   Wikipedia Español

  • Dilatación térmica — Saltar a navegación, búsqueda Dilatómetro 2007.JPG|250px|thumb|Dilatómetro antiguo]] Se denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca… …   Wikipedia Español

  • coeficiente — (De co y eficiente). 1. adj. Que juntamente con otra cosa produce un efecto. 2. m. coloq. Persona que acompaña en sus exámenes al aspirante a ingreso en las academias militares. 3. Fís. y Quím. Expresión numérica de una propiedad o característica …   Diccionario de la lengua española

  • Coeficiente — (Derivado de afecto < lat. affectus, part. de afficere, poner en cierto estado < facere, hacer.) ► adjetivo 1 Se aplica a lo que juntamente con otra cosa produce un efecto. ► sustantivo masculino 2 Número convencional que representa el… …   Enciclopedia Universal

  • Coeficiente (matemáticas) — Este artículo o sección necesita ser wikificado con un formato acorde a las convenciones de estilo. Por favor, edítalo para que las cumpla. Mientras tanto, no elimines este aviso puesto el 17 de septiembre de 2011. También puedes ayudar… …   Wikipedia Español

  • Coeficiente — En física, coeficiente es una expresión numérica que mediante alguna fórmula determina las características o propiedades de un cuerpo: Coeficiente de rozamiento Coeficiente de arrastre Coeficiente de dilatación Coeficiente de atracción… …   Wikipedia Español

  • Coeficiente de película — El coeficiente de película o coeficiente de convección, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección. La… …   Wikipedia Español

  • Coeficiente de temperatura — Coeficientes de temperatura Material Coeficiente a 20 ºC (1/K) Plata 3,8 x 10 3 Cobre 3,9 x 10 3 Aluminio 3,9 x 10 3 Tungsteno 4,5 x 10 3 Acero 5,0 x 10 3 …   Wikipedia Español

  • coeficiente — {{＃}}{{LM C09140}}{{〓}} {{［}}coeficiente{{］}} ‹co·e·fi·cien·te› {{《}}▍ s.m.{{》}} {{＜}}1{{＞}} {{♂}}En matemáticas,{{♀}} factor que multiplica a una expresión algebraica o a algunos de sus términos: • Los coeficientes suelen escribirse delante de… …   Diccionario de uso del español actual con sinónimos y antónimos

Compartir el artículo y extractos

Link directo
… Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”