EXPANSIÓN Y DILATACiÓN TERMICA
Expansión térmica
/Dilatación Térmica
Es el incremento en el volumen de un material a medida que aumenta
su temperatura; por lo general, se expresa como un cambio fraccionario en las
medidas por unidad de cambio de temperatura. Cuando el material es sólido, la expansión
térmica se describe en términos de cambio de longitud, altura o grosor. Si
el material es líquido, por lo general se describe como un cambio de volumen.
Debido a que las fuerzas de unión entre átomos y moléculas varían de material a
material, los coeficientes de expansión son característicos de los elementos y
compuestos. Los metales más suaves tienen un coeficiente de expansión (CTE)
alto; por otra parte, los materiales más duros, como el tungsteno, tienen un
CTE bajo. La incompatibilidad de CTE entre dos piezas de trabajo puede generar
una tensión residual importante en la unión, la cual, al combinarla con la
tensión aplicada, puede causar fallas ante una menor resistencia a la tracción.
Causas de la dilatación térmica
En un sólido las moléculas tienen una posición
razonablemente fija dentro de él. Cada átomo de la red cristalina vibra sometido
a una fuerza asociada a un pozo de potencial, la amplitud del movimiento dentro
de dicho pozo dependerá de la energía total de átomo o molécula. Al absorber
calor, la energía cinética promedio de las moléculas aumenta y con ella la
amplitud media del movimiento vibracional (ya que la energía total será mayor
tras la absorción de calor). El efecto combinado de este incremento es lo que
da el aumento de volumen del cuerpo.
En los gases el fenómeno es diferente, ya que la
absorción de calor aumenta la energía cinética media de las moléculas lo cual
hace que la presión sobre las paredes del recipiente aumente. El volumen final
por tanto dependerá en mucha mayor medida del comportamiento de las paredes.
La dilatación térmica es el proceso mediante el cual
se calienta un cuerpo sólido, la energía cinética de sus átomos aumenta de tal
modo que las distancias entre las moléculas crecen, expandiéndose así el
cuerpo, o contrayéndose si es enfriado. Estas expansiones y contracciones son,
por tanto, causadas por variación de temperatura en el medio que le rodea. La
temperatura es una magnitud asociada con la sensación de lo frio y caliente.
Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura
mayor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna
de un sistema termodinámico. El calor es el proceso mediante el cual se
transmite energía de un cuerpo de mayor temperatura a otro cuerpo de menor
temperatura.
*Fuente: Ortiz Berrocal, Luis
(2007). Resistencia de mat.
Madrid: McGraw-Hill/Inter España,S.A., ISBN
9788448156336
Dispositivos termostáticos mecánicos.
Antes de la generalización del uso de la electrónica, e incluso
actualmente, se emplea una amplia serie de dispositivos termostáticos que
utilizan esta propiedad de los materiales al calentarse. Pueden citarse los
reguladores mecánicos de temperatura de los sistemas de calefacción (con relés
con forma de muelle espiral tarados para abrir o cerrar un circuito a la
temperatura seleccionada); los reguladores de electrodomésticos tan comunes
como los tostadores de pan; los termostatos dispuestos en los motores de los
automóviles para evitar su sobrecalentamiento accidental; o los grifos
termostáticos, que consiguen equilibrar de forma sencilla y eficiente los
caudales de agua fría y agua caliente para conseguir una mezcla a temperatura
constante.
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