Este documento presenta información sobre la dilatación térmica de los materiales. Explica los conceptos básicos de dilatación lineal, superficial y volumétrica. Describe cómo se midió experimentalmente el coeficiente de dilatación de varillas de cobre y aluminio usando un dilatómetro. Los resultados para el aluminio mostraron una desproporcionalidad mayor que para el cobre. El documento concluye que la práctica ayuda a comprender el comportamiento de los metales ante cambios de temperatura.

1. 3/2/2013
MÉCANICA
DE DILATACIÓN TÉRMICA
MATERIALES
Profe. Juan Carlos Sainz Gómez | Armenta Rios Itzel

2. CONTENIDO
INTRODUCCION ................................................................................................................................... 2
OBJETIVO ............................................................................................................................................. 3
CONCEPTOS BÁSICOS .......................................................................................................................... 3
DILATACION TERMICA ..................................................................................................................... 3
TIPOS DE DILATACIÓN ..................................................................................................................... 3
DILATACIÓN LINEAL..................................................................................................................... 3
DILATACIÓN SUPERFICIAL ........................................................................................................... 4
DILATACIÓN VOLUMETRICA ........................................................................................................ 5
MATERIALES ........................................................................................................................................ 6
DESARROLLO DE LA PRACTICA ............................................................................................................ 6
CONCLUSIONES ................................................................................................................................... 1
BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................................... 2

3. INTRODUCCION
El siguiente trabajo relata lo acontecido durante la práctica de Mecanica de materiales
realizada en el laboratorio de térmica, que lleva por nombre dilatación térmica.
La dilatación en pocas palabras es la expansión de un material debido al aumento de la
temperatura, es una de las situaciones que nos encontramos a diario y muchas veces no lo
notamos. Por ejemplo en las losas de los pisos se dejan unas separaciones para que
cuando estas se expandan no se rompan o levanten. El mismo principio se utilizado en los
puentes, en las vías del tren y en muchas otras cosas que utilizamos o vemos
cotidianamente.
Si en construcciones de herramientas, edificaciones o simplemente en la construcción de
cualquier artefacto que estará expuesto a cambios de temperatura no se tomara en
cuenta la dilatación térmica, el objeto construidos estaría destinado a fallar en el
momento en que la temperatura fuera mayor de lo usual y lo que debería soportar.

4. OBJETIVO
Conocer y comprender el efecto que el aumento de temperatura tiene sobre los
materiales.
Determinar el coeficiente de dilatación lineal de una varilla.
CONCEPTOS BÁSICOS
DILATACION TERMICA
La dilatación en Física es el aumento de un cuerpo en su volumen, éste se hace más grande
(más largo o ancho, o ambas cosas).
La dilatación puede ocurrir por una variación
de temperatura a presión constante. Esto se conoce
como dilatación térmica. Cuando un cuerpo sólido (sobre
todo plano) se calienta, se dilata en largo y ancho
aumentando su superficie, pues el calor otorga a sus
moléculas energía, lo que las hace vibrar intensamente,
necesitando entre ellas un espacio mayor. El coeficiente
medio de dilatación superficial es el aumento de su
unidad de superficie, al aumentar su temperatura en un
grado. La letra griega gamma es la que lo representa. La
dilatación lineal (aumento de longitud) en un cuerpo
alargado, es proporcional al aumento de temperatura en pequeños intervalos La dilatación de
los gases es mucho mayor que la que sufren los líquidos o los sólidos.
TIPOS DE DILATACIÓN
DILATACIÓN LINEAL
La dilatación lineal es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea,
en el ancho, largo o altura del cuerpo.
Para estudiar este tipo de dilatación, imaginemos una barra metálica de longitud inicial L 0 y
temperatura θ0.
Si calentamos esa barra hasta que la misma sufra una variación de temperatura Δθ,
notaremos que su longitud pasa a ser igual a L (conforme podemos ver en la siguiente figura):
Matemáticamente podemos decir que la dilatación es:

5. Si es la longitud inicial de un solido y su alargamiento cuando se calienta a grados.
Entonces:
Donde es el coeficiente de proporcionalidad
DILATACIÓN SUPERFICIAL
La dilatación superficial es la que se presenta cuando la expansión no es en una barra sino en
una placa; la placa se expande en dos
dimensiones: largo y ancho.
En pocas palabras es aumento del area
de acuerdo a la variación del tiempo
.
Donde es el coeficiente de dilatación
superficial.
tiene un valor de

6. DILATACIÓN VOLUMETRICA
Si representamos geométricamente la dilatación de un cuerpo, la dilatación lineal sería lo
correspondiente a movernos a través de un eje ya sea el “x” o el “y”, la dilatación superficial es
desplazarnos en el plano “xy” y por último la dilatación volumétrica sería movernos en el
espacio.
La dilatación volumétrica es el aumento
de volumen de un cuerpo debido a la
variación en la temperatura.
Ecuación de la dilatación termica:
coeficiente de dilatación volumetrica.
DILATACIÓN EN LOS LIQUIDOS.
En los líquidos se presenta un fenómeno llamado dilatación aparente, puesto que como se
encuentran contenidos en un recipiente, el cual esta hecho de materiales que al someterse a
aumentos de temperatura también se dilatan, por lo que la dilatación que observamos es
llamada dilatación aparente.
Al sumar la dilatación del recipiente a la dilatación del líquido se obtiene la dilatación
verdadera de este.
DILATACIÓN EN LOS GASES

7. Los gases siguen una ley semejante a la que siguen los sólidos y los líquidos: Hay un coeficiente de
dilatación del gas que llamaremos coeficiente de dilatación de un gas a presión constante.
En todos los gases el coeficiente de dilatación es igual para todos.
MATERIALES
Varilla de cobre
Varilla de aluminio
Bimetalico
Juego de anillo y esfera
Encendedor
Mechero
Gas
Cinta metrica
Dilatometro lineal
Parrilla de calentamiento
Trampa de vapor
Manguera de latex
Agua
DESARROLLO DE LA PRACTICA
Primeramente se dieron a conocer los conceptos basicos a cerca del tema.
Una vez que se tenian estos conceptos se pusieron a prueba de forma sencilla, usando una lamina
bimetalica. Como sabemos cada metal se dilata diferente, unos se expanden mas que otros a la
misma temperatura.
Como podemos observar en la imagen al calentar el bimetal este se dobla hacia un lado especifico
debido a que una parte de el se dilata mas rapido que el otro.

8. Para continuar la demostración de la teoria utilizamos unas herramientas llamadas juego de anillo
y esfera los cuales podemos observar en la siguiente imagen.
A temperatura ambiente la esfera paso facilmente a través del aro, una vez que la esfera estaba
del otro lado del aro esta se calento con ayuda de un mechero y al intentar sacarlo nos dimos
cuenta que en ese instante era imposible.
Una vez que la esfera bajo su temperatura fue posible que esta saliera del aro.
Ya que se comprobo el comportamiento de algnos solidos al ser expuestos a camibios de
temperatura se continuo con la busqueda del coeficiente de dilatación de dos varillas, una de
cobre y la otra de aluminio.
Para ello se utilizo un dilatometro aun lado habia un indicador de caratula que nos dió la lectura
del crecimiento de la varilla.

9. Antes de inicir las mediciones con las varillas se midio la temperatura ambiente con un
termometro y utilizando una cinta metrica se midio la longitud de ambas varillas. A esto le
llamamos condiciones iniciales de las varillas.
Las condiciones finales las tomamos con el dilatometro, a ciertas temperaturas, se midio la
dilatación de la varillas, en las siguientes tablas podemos observar los valores obtenidos.
Varilla de aluminio (Al) Varilla de cobre (Cu)
Temperatura L de la varilla Temperatura L de la varilla
23°C 601mm 23°C 600.05mm
100°C 602.07mm 100°C 601.27mm
90°C 602.04mm 90°C 601.25mm
80°C 601.92mm 80°C 601.14mm
De estas respuestas nos quedaremos con la De la misma manera para el caso del cobre
primera opción nos quedaremos con la primera opción

10. En el termometro que
se muestra en la
imagen se media la
temperatura a la que
se encontraba el metal,
con el indicador de
caratula que se observa
de lado dercho se
media el cambio de
longitude de la varilla.
Con la trampa de vapor
que se encuentra de
lado izquierdo se
atrapaba el vapor para
evitar algun accidente.
Acontinuación se calcularán lo errores de la medición comparando el valor obtenido
experimentalmente con el que encontramos en los libros.
Aluminio Cobre

11. CONCLUSIONES
Si somos observadores podemos notar que muchas de las cosas y materiales que están a nuestro
alrededor crecen al aumentar la temperatura, un desagradable ejemplo es un chicle, si la
temperatura del suelo es baja el chicle permanece pegado a él sin movimiento, en cambio si el
suelo está muy caliente este chicle se expande y senos pega en los pies, se estira más de lo que
desearíamos.
Al igual que con ese ejemplo existen muchos otros ejemplos cotidianos donde podemos ver la
dilatación de los cuerpos. Algunos de estos ejemplos se mencionaron al principio de este
documento, la separación de los puentes, de los rieles de las vías del tren entre otros.
Esta práctica ayuda a comprender de forma experimental el comportamiento de los metales
cuando les aumentamos la temperatura.
En el caso del aluminio el coeficiente de expansión lineal fue mayor al que se supone es el
correcto, además que se notó una desproporcionalidad en los resultados, esta
desproporcionalidad se observa al ver los resultados obtenidos, pero si tomamos en cuenta que el
coeficiente de expansión es muy pequeño la variación no es tan grande como parece al ver a
simple vista.
Por otro lado en el caso del cobre el resultado fue más acertado y hubo mayor proporcionalidad
en los resultados.

12. BIBLIOGRAFIA
http://deconceptos.com/ciencias-naturales/dilatacion
http://fisica.laguia2000.com/fisica-del-estado-solido/dilatacion-lineal-superficial-y-
volumetrica