2.1.        DILATACION DE SOLIDOS Y LIQUIDOS

DILATACIÓN:

Es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos por cuando aumenta su temperatura. Fácil es probar que todos los cuerpos, salvo muy raras excepciones, se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse. Para ellos basta con calentar o enfriar diversos cuerpos y observar lo que ocurre.

Igualmente sencillo es probar que la dilatación se produce en todas direcciones, lo que no podría ser de otro modo desde que se trata de un aumento de volumen.

Sin embargo, de acuerdo son las características dimensionales de los cuerpos, en la práctica, se acostumbra hacer distinción entre dilatación longitudinal o lineal, dilatación superficial y dilatación cúbica.

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DILATACIÓN EN LÍQUIDOS

Como la forma de un fluido no está definida, solamente tiene sentido hablar del cambio del volumen con la temperatura.  La respuesta de los gases a los cambios de temperatura o de presión es muy notable, en tanto que el cambio en el volumen de un líquido,  para cambios en la temperatura o la presión, es muy pequeño. 

b Representa el coeficiente de dilatación volumétrica de un líquido,

b= 1/V.(DVDt)

 Los  líquidos  se  caracterizan  por dilatarse al aumentar la temperatura,  siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos.

Sin embargo,  el líquido más común, el agua,  no se comporta como los otros líquidos.  En la figura F, se muestra la curva de dilatación del agua.  Se puede notar que, entre 0  y 4ºC el agua líquida se contrae al ser calentada, y se dilata por  encima de los 4ºC,  aunque no linealmente.  Sin embargo, si la temperatura decrece de 4 a  0ºC, el agua se dilata en lugar de contraerse.  Dicha dilatación al decrecer la temperatura no se observa en  ningún otro líquido común;  se ha observado en ciertas sustancias del tipo de la goma y en ciertos sólidos cristalinos en intervalos de temperatura muy limitados, un fenómeno similar.  La densidad del agua tiene un máximo a 4ºC, donde su valor* es de 1 000 kg/m³.  A cualquier otra temperatura su densidad es menor.  Este comportamiento del agua es la razón por la que en los lagos se congela primero la superficie, y es en definitiva lo que hace posible la vida subacuática.

Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos, pues la mayoría de ellos se dilatan al calentarse y se contraen si se enfrían. Los gases se dilatan mucho más que los líquidos, y éstos más que los sólidos. En los gases y líquidos las partículas chocan unas contra otras en forma continua, pero si se calientan, chocarán violentamente rebotando a mayores distancias y provocarán la dilatación. En los sólidos las partículas vibran alrededor de posiciones fijas; sin embargo al calentarse aumentan su movimiento y se alejan de sus centros de vibración dando como resultado la dilatación. Por el contrario, al bajar la temperatura las partículas vibran menos y el sólido se contrae.

DILATACIÓN DE SÓLIDOS

Una barra de cualquier metal al ser calentada sufre un aumento en sus tres dimensiones: largo, ancho y alto, por lo que su dilatación es cúbica. Sin embargo en los cuerpos sólidos, como alambres, varillas o barras, lo más importante es el aumento de longitud que experimentan al elevarse la temperatura, es decir, su dilatación lineal.Para un sólido en forma de barra, el coeficiente de dilatación lineal (cambio porcentual de longitud para un determinado aumento de la temperatura) puede encontrarse en las correspondientes tablas.

Por ejemplo, el coeficiente de dilatación lineal del acero es de 12 × 10^-6 K^-1. Esto significa que una barra de acero se dilata en 12 millonésimas partes por cada kelvin (1 kelvin, o 1 K, es igual a 1 grado Celsius, o 1 ºC). Si se calienta un grado una barra de acero de 1 m, se dilatará 0,012 mm. Esto puede parecer muy poco, pero el efecto es proporcional, con lo que una viga de acero de 10 m calentada 20 grados se dilata 2,4 mm, una cantidad que debe tenerse en cuenta en ingeniería. También se puede hablar de coeficiente de dilatación superficial de un sólido, cuando dos de sus dimensiones

Son muchos mayores que la tercera, y de coeficiente de dilatación cúbica, cuando no hay una dimensión que predomine sobre las demás.