Este documento presenta información sobre la expansión térmica. Explica los objetivos del grupo de estudiantes, conceptos clave como temperatura y unidades de temperatura, y los diferentes tipos de expansión térmica como la expansión lineal, de área y volumétrica. También define el coeficiente de dilatación y cómo se aplica a sólidos, líquidos y gases. Finalmente, describe el dilatómetro y sus usos para medir la expansión térmica.

1. Exposición de Física.
1º Quimestre-2º Parcial.
Expansión Térmica.
Grupo #2.-
• Guillermo Enrique Bernal Moreira. Néstor Andrés Toro Hinostroza.
• Víctor Andrés Cevallos Resabala. Gisella Nicole Miño Montero.
• Sandy Nicolle Suárez Torres. Ericka Stephania Burgos Rodríguez.

2. Objetivos del grupo.
 Aprender qué es la expansión térmica.
 Reconocer los diferentes tipos de expansión térmica.
 Comprender el funcionamiento de cada tipo de expansión térmica.
 Identificar las herramientas con la que podemos medir la expansión térmica.
 Ubicar en el diario vivir la presencia del fenómeno de la expansión térmica.

3. Conceptos Previos.
Temperatura.
• Es el nivel de
agitación que
poseen los átomos
de un cuerpo.
Escala Térmica.
• Una escala térmica
es el sistema para la
medición de la
temperatura en
diferentes unidades.
Unidades de
Temperatura.
• Celsius.
• Fahrenheit.
• Kelvin.

4. ¿Qué es la expansión térmica?
Expansión o Dilatación Térmica (α).
 Es el aumento longitudinal,
volumétrico, espacial, de área o de
otra dimensión métrica que sufre
un medio físico a causa del
aumento de la temperatura.
 El proceso contrario lleva el nombre
de contracción térmica.
 La expansión/contracción térmica
es medida por el dilatómetro.

5. Tipos de expansión térmica.
Tiposdeexpansión
térmica.
Expansión o Dilatación Lineal (α): 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)
Expansión o Dilatación Volumétrica (β): Es el que se mide experimentalmente comparando el valor
del volumen total de un cuerpo antes y después de cierto cambio de temperatura.
Expansión o Dilatación de Área (γ): 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

6. ¿Qué es el 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.

7. Coeficiente de dilatación en los estados de la materia.
Coeficiente de
dilatación.
Sólido.
Coeficiente de
dilatación
lineal. (α)
Coeficiente de
dilatación
volumétrica. (β)
Líquido.
Coeficiente de
dilatación
volumétrica. (β)
Gaseoso.
Coeficiente de
dilatación
volumétrica. (β)
NOTA: Cualquier lámina de
un sólido es con el
coeficiente de dilatación de
área (γ).
NOTA 2: El coeficiente de
dilatación volumétrica es
tres veces el coeficiente de
dilatación lineal.

8. Explicación de 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.

9. 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.

10. Coeficientes más usados.
Concreto 0.7 – 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
Hielo 5.1 x 10-5
Aluminio 2.4 x 10-5
Latón 1.8 x 10-5
Cobre 1.7 x 10-5
Vidrio 0.4 – 0.9 x 10-5
Hierro 1.2 x 10-5
Cuarzo 0.04 x 10-5
Acero 1.2 x 10-5
Glicerina 5.1 x 10-5
Alcohol etílico 7.5 x 10-5
Mercurio 1.8 x 10-5
Bisulfuro de carbono 11.5 x 10-5
Agua (20 ° C ) 2.0 x 10-5

11. Dilatación Lineal.
 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.
Fórmula de la Dilatación Lineal.
α = ΔL / Lo . ΔT
ΔL: Incremento o variación
longitudinal.
Lo: Longitud inicial.
ΔT: Variación de temperatura. (se
mide en 1/ºC)

12. Explicación de la fórmula.
α = ΔL / Lo . ΔT
1) Para poder sacar ΔL, deberemos restar la Lf con la Lo, expresadas en la misma unidad de medida.
ΔL= Lf-Lo
2) Luego, despejamos ΔL, quedando:
ΔL= α.Lo. ΔT
y como la ΔL= Lf-Lo, entonces…
3) Reemplazamos ΔL, por: Lf-Lo = α.Lo. ΔT, despejamos la Lf y, nos queda:
Lf= α.Lo. ΔT-Lo
3) Sacamos factor común en la fórmula, quedándonos: Lf=Lo (1+α. ΔT) y, con esa fórmula podremos saber
la longitud final del medio físico que se ha expandido.

13. 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).

14. ¿Qué es la Dilatación de Área?
• Cuando un área o superficie
se dilata, lo hace
incrementando sus
dimensiones en la misma
proporción.

15. Ejemplo visual.
• Por ejemplo, una lámina
metálica aumenta su largo y
ancho, lo que significa un
incremento de área. La
dilatación de área se
diferencia de la dilatación
lineal porque implica un
incremento de área.

16. Representación.
γA ≈ 2α
1. Este coeficiente se
representa con la letra
griega gamma (γ). El
coeficiente de dilatación de
área se usa para los sólidos.
Si se conoce el coeficiente
de dilatación lineal de un
sólido, su coeficiente de
dilatación de área será dos
veces mayor.
2. Al conocer el
coeficiente de dilatación
de área de un cuerpo
sólido se puede calcular
el área final que tendrá al
variar su temperatura con
la siguiente expresión.
Af = Ao [1+γA(Tf-To)]

17. ¿ Qué es la Dilatación volumétrica o cúbica?

18. La Dilatación volumétrica en los sólidos.
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
 ΔT = Aumento de temperatura
 γ = Coeficiente de dilatación
 γ = 3α

19. Fórmula.
V = Vo (1 + β · Δt)

20. La Dilatación volumétrica en líquidos.
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.

21. La Dilatación de un líquido.
 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

22. Fórmula.
V = Vo (1 + β · Δt)

23. La dilatación volumétrica del agua.
Hablaremos del agua como un caso de dilatación volumétrica aparte porque se ha
podido comprobar, haciendo mediciones experimentales, que 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.

24. Fórmula.
V = Vo (1 + γ · Δt)

25. Fórmula de coeficiente volumétrico.
Β = 1/V(ΔV/Δt)

26. ¿Qué es el dilatómetro?
Es un instrumento o
herramienta utilizado en el
campo científico de la física,
química y física/química para
medir el cambio de longitud,
volumen, área o espacio de
unidad métrica a causa del
aumento o disminución de la
temperatura, es decir, la
expansión/contracción térmica.

27. Aplicaciones del dilatómetro.
Nombre del Dilatómetro. Aplicación. Imagen.
Óptico. Analiza
dilatométricamente el
medio físico hasta una
temperatura de 1750 ºC.
Químico-Farmacéutico. Analiza
dilatométricamente el
medio físico para saber su
alcance de maleabilidad y
ductilidad.
Industrial. Analiza
dilatométricamente el
medio físico para cumplir
con los estándares de
calidad.