Significado de Dilatación térmica
Locución sustantiva femenina. De «dilatación» (del latín dilatatio, dilatationis, «acción de extender») y «térmica» (del griego thermé, «calor»).
La dilatación térmica es el aumento de tamaño que experimenta un material al elevarse su temperatura, porque sus partículas vibran más y ocupan más espacio.
También existe el efecto contrario, la contracción térmica, cuando el material se enfría y sus partículas terminan ocupando en promedio menos espacio.
Qué es la dilatación térmica
Al aumentar la temperatura de un material, sus átomos o moléculas vibran con más energía alrededor de su posición. En la mayoría de las sustancias, esa vibración más intensa hace que la distancia media entre las partículas crezca, y el material ocupa más espacio sin que cambie la cantidad de materia que contiene: su masa es la misma, pero su volumen aumenta.
El grado en que se dilata cada material depende de un valor propio llamado coeficiente de dilatación, distinto para cada sustancia: los metales se dilatan más que la mayoría de las rocas, y los gases se dilatan mucho más que los líquidos, y estos más que los sólidos, ante el mismo cambio de temperatura.
El agua es una excepción notable: al enfriarse entre 4 °C y 0 °C se contrae, en lugar de seguir contrayéndose como cabría esperar, y alcanza su densidad máxima a 4 °C; por debajo de esa temperatura vuelve a expandirse levemente hasta congelarse, lo que explica que el hielo flote sobre el agua líquida.
La dilatación térmica la estudian la física y la ingeniería de materiales, que la tienen en cuenta al diseñar desde termómetros hasta puentes y vías de ferrocarril.
Origen de la expresión dilatación térmica
«Dilatación» procede del latín dilatatio, dilatationis, «acción de extender o ensanchar», de dilatare. «Térmica» viene del griego thermé, «calor», la misma raíz que aparece en «termómetro» o «termodinámica».
El fenómeno se conoce de forma práctica desde la Antigüedad, en oficios como la herrería, pero su medición sistemática con coeficientes propios de cada material se desarrolló junto con la física del calor a partir de los siglos XVIII y XIX, cuando se perfeccionaron los primeros termómetros de precisión.
Tipos de dilatación térmica
| Tipo | En qué consiste | Ejemplo |
|---|---|---|
| Lineal | Aumento de una sola dimensión, la longitud, típico de sólidos alargados. | Una varilla metálica que se alarga al calentarse. |
| Superficial | Aumento del área de una lámina o superficie plana. | Una plancha metálica que se expande en dos dimensiones. |
| Volumétrica | Aumento del volumen total; es el tipo relevante en líquidos y gases. | El mercurio que sube por el tubo de un termómetro. |
Ejemplos de uso de dilatación térmica
Los rieles del tren dejan una pequeña separación entre tramos para permitir su dilatación térmica en verano.
El mercurio de un termómetro sube por el tubo debido a su dilatación térmica al aumentar la temperatura.
Los puentes metálicos incorporan juntas de dilatación para absorber los cambios de longitud causados por la temperatura.
Una tapa metálica atascada se afloja al calentarla, porque su dilatación térmica agranda ligeramente su diámetro.
El agua se contrae, en lugar de dilatarse, cuando se enfría de 4 °C a 0 °C, un comportamiento poco habitual entre los líquidos.
Sinónimos y palabras relacionadas
Sinónimos: no tiene sinónimos exactos; en contextos donde ya se sobreentiende la causa térmica, se habla simplemente de «dilatación».
Antónimos: se contrapone a la contracción térmica, la reducción de tamaño que sufre un material al enfriarse.
No es lo mismo que:
- Calor latente: es la energía de un cambio de estado sin variación de temperatura; la dilatación térmica ocurre con cambios de temperatura, sin cambio de estado.
- Presión: en los gases también influye en el volumen, pero es una variable física distinta de la temperatura.
- Densidad: cambia como consecuencia de la dilatación, al ocupar la misma masa más volumen, pero no es lo mismo que la propia dilatación.
Preguntas frecuentes sobre dilatación térmica
¿Por qué los materiales se dilatan al calentarse?
Porque sus partículas vibran con más energía y, en la mayoría de las sustancias, terminan ocupando en promedio más espacio entre ellas, lo que aumenta el tamaño total del material.
¿Todos los materiales se dilatan igual?
No: cada material tiene un coeficiente de dilatación distinto, y los gases se dilatan mucho más que los líquidos, y estos más que los sólidos, ante el mismo cambio de temperatura.
¿Por qué se dejan juntas de dilatación en puentes y vías de tren?
Para que el material tenga espacio para alargarse con el calor y contraerse con el frío sin que esas fuerzas agrieten o deformen la estructura.