Coeficiente de dilatación térmica

Xunta de dilatación dunha ponte. Se estas xuntas non se construísen, a dilatación térmica dos materiais cando aumentase a temperatura xeraría uns esforzos tan grandes que fracturarían a ponte. Para calcular estas xuntas precísase coñecer o coeficiente de dilatación térmica.

Denomínase coeficiente de dilatación térmica o cociente que mide o cambio relativo de lonxitude ou volume que se produce cando un corpo sólido ou un fluído dentro dun recipiente experimenta un cambio de temperatura que leva consigo unha dilatación térmica.

Coeficientes de dilatación

De forma xeral, durante unha transferencia de calor, a enerxía que está almacenada nos enlaces intermoleculares entre dous átomos cambia. Cando a enerxía almacenada aumenta, tamén o fai a lonxitude destes enlaces. Así, os sólidos normalmente expándense ao quentarse e contráense ao arrefriarse; este comportamento de resposta ante a temperatura exprésase mediante o coeficiente de dilatación térmica (tipicamente expresado en unidades de °C⁻¹):

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

Sólidos

Para sólidos, o tipo de coeficiente de dilatación máis comunmente usado é o coeficiente de dilatación linear α_L. Para unha dimensión linear calquera, pódese medir experimentalmente comparando o valor de dita magnitude antes e despois de certo cambio de temperatura, como:

$\alpha _{L}={\frac {d\ln L}{dT}}\approx {\frac {1}{L}}{\frac {\Delta L}{\Delta T}}$

Pode ser usada para abreviar este coeficiente, tanto a letra grega alfa $\alpha \;$ como a letra lambda $\lambda \;$.

Gases e líquidos

En gases e líquidos é máis común usar o coeficiente de dilatación volumétrico $\alpha _{V}$ ou $\beta$, que vén dado pola expresión:

$\alpha _{V}={\frac {d\ln V}{dT}}\approx {\frac {1}{V}}{\frac {\Delta V}{\Delta T}}$

Para sólidos, tamén pode medirse a dilatación volumétrica, aínda resulta menos importante na maioría das aplicacións técnicas. A partir do cálculo dedúcese que o coeficiente de dilatación volumétrico é o triplo do coeficiente de dilatación linear, polo tanto, para os rangos onde o coeficiente é constante cúmprese:

${\alpha _{V}}=3\alpha _{L}$

Glicerina	0,51
Mercurio	0,18
Auga	0,21

Nota: A unidade do SI (Sistema Internacional) é o Kelvin (K), aínda que como se trata de variacións, isto non afecta os cálculos.

Aplicacións

O coñecemento do coeficiente de dilatación térmica (linear) adquire unha grande importancia técnica en moitas áreas do deseño industrial. Un bo exemplo son os raís do ferrocarril; estes van soldados uns cos outros, polo que poden chegar a ter unha lonxitude de varios centenares de metros. Se a temperatura aumenta moito a vía férrea desprazaríase por efecto da dilatación, deformando completamente o trazado. Para evitar isto, estírase o carril artificialmente, tantos centímetros como se fose unha dilatación natural e córtase o sobrante, para volver soldalo. Este proceso coñécese como neutralización de tensións.

Valores do coeficiente de dilatación linear

Algúns coeficientes de dilatación, que son constantes cando o cambio de temperatura é menor que 100 °C

Material	α (°C−1)
Formigón	2.0 x 10−5
Aceiro	1.1 x 10−5
Ferro	1.2 x 10−5
Prata	2.0 x 10−5
Ouro	1.5 x 10−5
Invar	0,04 x 10−5
Chumbo	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
Vidro	0.7 a 0.9 x 10−5
Cuarzo	0.04 x 10−5
Xeo	5.1 x 10−5
Diamante	0.12 x 10−5
Grafito	0.79 x 10−5

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Táboa de coeficientes de dilatación térmica (en castelán)