¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (2023)

La dilatación volumétrica es un fenómeno físico que implica una variación en las tres dimensiones de un cuerpo.El volumen o las dimensiones de la mayoría de las sustancias incrementan cuando son sometidas a calor; este es un fenómeno conocido como dilatación térmica, no obstante también existen sustancias que se contraen al calentarse.

Aunque los cambios de volumen son relativamente pequeños para sólidos, son de gran importancia técnica, principalmente en situaciones donde se desea unir materiales que se expanden de manera distinta.

La forma de algunos sólidos sufre distorsión al calentarse y pueden expandirse en algunas direcciones y contraerse en otras. Sin embargo, cuando solo hay dilatación en un determinado número de dimensiones, existe una clasificación para tales expansiones:

  • La dilatación lineal ocurre cuando predomina la variación en una dimensión en particular, como el largo, ancho o alto del cuerpo.
  • La dilatación superficial es aquella donde predomina la variación en dos de las tres dimensiones.
  • Finalmente, la dilatación volumétrica implica una variación en las tres dimensiones de un cuerpo.

Índice del artículo

  • 1 Conceptos básicos relacionados con la dilatación térmica
    • 1.1 Energía térmica
    • 1.2 Calor
    • 1.3 Temperatura
  • 2 ¿Cuáles son las propiedades básicas de la dilatación térmica?
  • 3 ¿Cuál es la causa fundamental de la dilatación térmica?
    • 3.1 Dilatación lineal
    • 3.2 Dilatación superficial
    • 3.3 Dilatación volumétrica
  • 4 Ejemplos
  • 5 Bibliografía

Conceptos básicos relacionados con la dilatación térmica

Energía térmica

La materia está formada por átomos que se encuentran en movimiento continuo, ya sea trasladándose o vibrando. La energía cinética (o de movimiento) con la que los átomos se mueven se denomina energía térmica, entre más rápido se muevan, mayor energía térmica poseen.

(Video) DILATACIÓN VOLUMÉTRICA / definición / ejemplos / ideas prácticas

Calor

El calor es la energía térmica transferida entre dos o más sustancias o desde una porción de sustancia a otra a escala macroscópica. Esto significa que un cuerpo caliente puede ceder parte de su energía térmica y afectar a un cuerpo cercano a él.

La cantidad de energía térmica transferida depende de la naturaleza del cuerpo cercano y del medio que los separa.

Temperatura

El concepto de temperatura es fundamental para estudiar efectos de calor, la temperatura de un cuerpo es la medida de su habilidad para transferir calor a otros cuerpos.

Dos cuerpos en contacto mutuo o separados por un medio adecuado (conductor de calor) estarán a la misma temperatura si no existe flujo de calor entre ambos. De igual forma, un cuerpo X se encontrará a una temperatura mayor que la de un cuerpo Y si el calor fluye de X a Y.

¿Cuáles son las propiedades básicas de la dilatación térmica?

Claramente está relacionada con un cambio de temperatura, a mayor temperatura mayor expansión. También depende de la estructura interna del material, en un termómetro, la expansión del mercurio es mucho mayor que la expansión del vidrio que lo contiene.

¿Cuál es la causa fundamental de la dilatación térmica?

Un incremento en la temperatura implica un incremento en la energía cinética de los átomos individuales en una sustancia. En un sólido, a diferencia de un gas, los átomos o moléculas se encuentran estrechamente juntos, pero su energía cinética (en forma de pequeñas y rápidas vibraciones) separa entre sí a los átomos o moléculas.

Esta separación entre átomos vecinos se hace cada vez mayor y da como resultado un aumento de tamaño del sólido.

(Video) Explicación y Ejemplos de Dilatación Volumétrica

Para la mayoría de las sustancias en condiciones ordinarias, no hay una dirección preferente en la que ocurra la dilatación térmica, y el aumento de la temperatura incrementará el tamaño del sólido por una cierta fracción en cada dimensión.

Dilatación lineal

El ejemplo más simple de dilatación es la expansión en una dimensión (lineal). Experimentalmente se encuentra que el cambio de longitud ΔL de una sustancia es proporcional al cambio de temperatura ΔT y la longitud inicial Lo (Figura 1). Podemos representar esto de la siguiente forma:

DL=aLoDT

dondeα es un coeficiente de proporcionalidad denominado coeficiente de dilatación lineal y es característico de cada material. Algunos valores de este coeficiente se muestran en la tabla A.

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (1)

El coeficiente de dilatación lineal es mayor para materiales que experimentan una mayor expansión por cada grado centígrado que se eleva su temperatura.

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (2)

Dilatación superficial

Cuando se toma un plano dentro de un cuerpo sólido, de modo que este plano es el que sufre la expansión térmica (Figura 2), el cambio en el área ΔA está dado por:

DA=2aA0

(Video) Dilatación volumétrica 1 | Vitual

donde ΔA es el cambio en el área inicial Ao, T es el cambio en la temperatura yα es el coeficiente de dilatación lineal.

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (3)

Dilatación volumétrica

Al igual que en los casos anteriores, el cambio en el volumen ΔV se puede aproximar con la relación (Figura 3). Esta ecuación usualmente se escribe de la siguiente forma:

DV=bVoDT

dondeβ es el coeficiente de dilatación volumétrica y es aproximadamente igual a 3∝ Λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 se muestran los valores de los coeficientes de expansión volumétrica para algunos materiales.

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (4)
¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (5)

En general, las sustancias se expandirán bajo un incremento de temperatura, el agua es la excepción más importante a esta regla. El agua se expande al aumentar su temperatura cuando esta es mayor que 4ºC.

Sin embargo, también se expande al disminuir su temperatura en el intervalo de 4ºC a 0ºC. Este efecto puede observarse cuando se pone agua dentro de un refrigerador, el agua se expande al congelarse y es difícil extraer el hielo de su contenedor por dicha expansión.

Ejemplos

Las diferencias en la dilatación volumétrica puede conducir a efectos interesantes en una estación de gasolina. Un ejemplo es el goteo de gasolina en un tanque que acaba de ser llenado durante un día caluroso.

(Video) 129. DILATACIÓN CÚBICA O VOLUMÉTRICA

La gasolina enfría el tanque de acero cuando es vertida, y ambos, gasolina y tanque se dilatan con la temperatura del aire circundante. Sin embargo, la gasolina se dilata mucho más rápido que el acero, y de esa manera se produce un goteo fuera del tanque.

La diferencia de dilatación entre la gasolina y el tanque que la contiene puede provocar problemas al leer el indicador del nivel de combustible. La cantidad de gasolina (masa) que queda en un tanque cuando el indicador alcanza en nivel de vacío es mucho menor en el verano que en invierno.

La gasolina tiene el mismo volumen en ambas estaciones cuando la luz de advertencia se enciende, pero debido a que la gasolina se dilata durante el verano, tiene una menor masa.

Como ejemplo, se puede considerar un tanque de gasolina de acero lleno, con una capacidad de 60L. Si la temperatura del tanque y gasolina es de 15ºC, ¿cuánta gasolina se derramará en el momento en el que alcancen una temperatura de 35ºC?

El tanque y gasolina aumentarán de volumen por el incremento de temperatura, pero la gasolina aumentará más que el tanque. De manera, que la gasolina derramada será la diferencia de sus cambios de volumen. Se puede utilizar entonces la ecuación de dilatación volumétrica para calcular los cambios de volumen:

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (6)

El volumen derramado por el incremento de la temperatura es entonces:

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (7)

Combinando estas 3 ecuaciones en una, se tiene:

(Video) DILATACIÓN VOLUMÉTRICA. EJERCICIOS DE DILATACIÓN

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (8)

De la tabla 2 se obtienen los valores del coeficiente de dilatación volumétrico, sustituyendo valores:

¿Qué es la dilatación volumétrica? (Con ejemplos) (9)

Aunque esta cantidad de gasolina derramada es relativamente insignificante en comparación de un tanque de 60 L, el efecto es sorprendente, ya que la gasolina y el acero se expanden muy rápido.

Bibliografía

  1. Yen Ho Cho, Taylor R. Thermal Expansion of Solids ASM International, 1998.
  2. H. Ibach, Hans Lüth Solid-State Physics: An Introduction to Principles of Material Science Springer Science & Business Media, 2003.
  3. Halliday D., Resnick R., Krane K. Physics, Volume 1. Wiley, 2001.
  4. Martin C. Martin, Charles A. Hewett Elements of Classical Physics Elsevier, 2013.
  5. Zemansky Mark W. Calor y Termodinámica. Editorial Aguilar,1979.

FAQs

¿Qué es la dilatación volumétrica y ejemplos? ›

Con el nombre de dilatación se conoce al proceso de expansión de volumen que sufren ciertos elementos o cuerpos, generalmente como consecuencia de un cambio de temperatura. Por ejemplo: los sistemas de tuberías, los cables de los tendidos eléctricos.

¿Qué es la dilatación volumétrica? ›

Es el incremento del volumen (Tercera Dimensión) de un cuerpo en forma de un sólido geométrico por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Cúbico (KC) al incremento del volumen que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en 1°C.

¿Cómo se resuelve la dilatación volumétrica? ›

¿Que ocurrir durante la dilatación volumétrica? ›

Cuando un área o superficie se dilata, lo hace incrementando sus dimensiones en la misma proporción. 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.

¿Qué es la dilatación lineal superficial y volumétrica? ›

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 L0 y temperatura θ0.

¿Quién descubrio la dilatacion volumetrica? ›

Gay-Lussac, Louis-Joseph (1778-1850).

¿Qué es la dilatación lineal y un ejemplo? ›

Dilatación lineal es la variación de la longitud de un cuerpo, como respuesta a una variación en la temperatura.
...
Dilatación de los líquidos.
Sustanciacoeficiente γ en ºC-1
Alcohol etílico0,75×10-3
Glicerina0,49×10-3
Mercurio0,182×10-3
25 Jun 2020

¿Qué provoca la dilatación de los cuerpos ejemplos? ›

La dilatación , es un efecto del calor, el cual es el aumento de tamaño de un material al calentarse. La mayoría de los cuerpos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Cuando un cuerpo se calienta, las moléculas se mueven más rápido, chocan fuertemente y se separan entre ellas.

¿Qué es la dilatación y cuántos tipos hay? ›

Llamamos dilatación al cambio de dimensiones que experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se varía la temperatura, permaneciendo la presión constante. La mayoría de los sistemas aumentan sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura.

¿Cómo se mide la dilatación? ›

“La dilatación se mide a través del tacto vaginal: con los dedos índice y corazón se realiza un tacto a través de la vagina llegamos al cuello y valoramos el borramiento o la dilatación en el caso que esté borrado, consistencia, es decir, si está rígido o blando, posición, si está centrado o posterior es decir hacia ...

¿Cómo resolver problemas de dilatación? ›

126. Problema 1 de DILATACIÓN LINEAL - YouTube

¿Cómo resolver problemas de dilatación cubica? ›

130. Problema 1 de DILATACIÓN CÚBICA O VOLUMÉTRICA

¿Cómo ocurre y cuál es la importancia de conocer la dilatación de un material ejemplo? ›

La dilatación térmica de los materiales es el aumento de volumen, generalmente imperceptible, de un cuerpo durante la elevación de su temperatura a presión constante. Esta dilatación se explica por el aumento de la agitación térmica de las partículas que forman el cuerpo.

¿Que nos indica el coeficiente de dilatación volumétrica? ›

El coeficiente de dilatación (o más específicamente, el coeficiente de dilatación térmica) es el cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente cambia de temperatura provocando una dilatación térmica.

¿Cuánto se dilata el agua? ›

El agua se expande un 9% a un 10% de su volumen al congelarse. Lo más curioso es que los materiales y elementos de la naturaleza se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Por eso, si llenamos una botella de agua y la congelamos, se puede romper.

¿Cómo cambia el volumen de los objetos con los cambios de temperatura? ›

Cuando un cuerpo recibe calor, aumenta la energía cinética de sus partículas y se mueven con más velocidad. Al moverse más rápidamente tienden a ocupar más espacio y por ello, aumenta el volumen del cuerpo.

¿Qué pasa con el volumen de los objetos sólidos cuando se calientan? ›

Cuando un cuerpo se calienta, aumenta su temperatura y el material que lo compone se dilata, es decir, aumenta su volumen y, por lo tanto, ocupa más lugar. Por el contrario, si la temperatura del material desciende y este se enfría, el material se contrae y disminuye su volumen.

¿Dónde se aplica la dilatación superficial? ›

la dilatación superficial es la expansión de una superficie que experimenta un cuerpo al ser calentado. El fenómeno de dilatación superficial se presenta, por lo general en placas metálicas o en láminas muy delgadas, donde podemos apreciar su espesor.

¿Qué material se dilata más rápido? ›

-Los gases son los cuerpos más dilatables y de dilatación más regular. El coeficiente de dilatación cúbica, único, que como en los líquidos se considera en estos cuerpos, se diferencia muy poco en los diversos gases.

¿Cómo se dilatan los líquidos? ›

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.

¿Cómo calcular la dilatación de un material? ›

125. DILATACIÓN LINEAL - YouTube

¿Cómo beneficia la dilatación irregular del agua a la vida de peces y otras especies acuáticas durante el invierno? ›

Gracias a la dilatación anómala del agua es posible la vida en los ecosistemas … ver más… A temperatura ambiente, el agua se dilata cuando la temperatura sube y se contrae cuando baja. Pero próximo al punto de congelación, a los 0 ºC ocurre lo contrario, lo cual es muy importante para la preservación de la vida.

¿Cuál es el coeficiente del vidrio? ›

El coeficiente de dilatación lineal del vidrio vale 9x10-6 ºC-1 y el de dilatación cúbica de la terpentina 97x10-5 ºC-1.

¿Cómo se calcula el coeficiente de expansión? ›

Para determinar el coeficiente de expansión térmica lineal se debe restar εs a εa y dividir el resultado entre el intervalo de temperatura correspondiente. Al valor obtenido se le debe sumar el coeficiente de expansión térmica αDMS que figura en el envase de las galgas.

¿Cuál es la diferencia entre la temperatura y el calor? ›

El calor se puede asimilar a la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número o del tipo.

¿Qué es variación de longitud en física? ›

Es el cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.

¿Qué es el calor desde el punto de vista de la ciencia? ›

En física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura.

¿Qué función surte efecto la dilatación en el mercurio? ›

Por ejemplo, en el termómetro de mercurio, mide la dilatación de este líquido, en una escala graduada. Un líquido más dilatado se corresponde con nuestra sensación fisiológica de mayor calor, mientras que cuanto menor es la dilatación, menos calor sentimos.

¿Cuál es la importancia de la dilatación de un material? ›

Es de mucha importancia conocer el porque se dilatan los objetos, ya que estos aumentan su volumen por aumento de temperaturas aplicados a ellos de distintas formas.

¿Cuando una barra de metal se calienta se dice que sufre un aumento en sus tres dimensiones y ha dicho aumento se le conoce como? ›

Se le llama dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura por cualquier medio.

¿Qué es la dilatación lineal y un ejemplo? ›

Dilatación lineal es la variación de la longitud de un cuerpo, como respuesta a una variación en la temperatura.
...
Dilatación de los líquidos.
Sustanciacoeficiente γ en ºC-1
Alcohol etílico0,75×10-3
Glicerina0,49×10-3
Mercurio0,182×10-3
25 Jun 2020

¿Qué provoca la dilatación de los cuerpos ejemplos? ›

La dilatación , es un efecto del calor, el cual es el aumento de tamaño de un material al calentarse. La mayoría de los cuerpos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Cuando un cuerpo se calienta, las moléculas se mueven más rápido, chocan fuertemente y se separan entre ellas.

¿Cómo se le conoce a la dilatación de líquidos y gases? ›

Se llama dilatación térmica al aumento en las dimensiones que experimenta un cuerpo material cuando se eleva su temperatura.

¿Qué es la dilatación irregular del agua? ›

Es decir, aumenta de volumen: una masa de hielo tiene mayor volumen que la misma masa de agua. Este hecho se denomina dilatación anómala del agua. La densidad del agua varía con la temperatura, de forma que la densidad máxima (1 g/cm3) corresponde al agua líquida a una temperatura de 3,98 ºC. El hielo es menos denso.

¿Qué representa el coeficiente de expansión volumétrica de un fluido? ›

El coeficiente de dilatación (o más específicamente, el coeficiente de dilatación térmica) es el cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente cambia de temperatura provocando una dilatación térmica.

¿Cuál es el coeficiente del vidrio? ›

El coeficiente de dilatación lineal del vidrio vale 9x10-6 ºC-1 y el de dilatación cúbica de la terpentina 97x10-5 ºC-1.

¿Cómo sacar el área final en dilatacion superficial? ›

128. Problema 1 de DILATACIÓN SUPERFICIAL - YouTube

¿Cuál es la diferencia entre la temperatura y el calor? ›

El calor se puede asimilar a la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número o del tipo.

¿Qué se necesita para transformar el calor en trabajo? ›

Una máquina térmica es un dipositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua.

¿Qué es la dilatación y cuántos tipos hay? ›

Llamamos dilatación al cambio de dimensiones que experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se varía la temperatura, permaneciendo la presión constante. La mayoría de los sistemas aumentan sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura.

¿Cuál es el metal que menos se dilata? ›

Para resolver estos problemas se utiliza un material denominado Invar, una aleación de una parte de níquel por dos partes de hierro. Ya en 1897 el físico Charles Guillaume descubrió que este material tiene una expansión térmica muy pequeña, lo que le valió el premio Nobel en 1920.

¿Qué efecto produce el variar la temperatura en los cuerpos? ›

Cuando un cuerpo recibe calor, aumenta la energía cinética de sus partículas y se mueven con más velocidad. Al moverse más rápidamente tienden a ocupar más espacio y por ello, aumenta el volumen del cuerpo. Lo contrario ocurrirá si el cuerpo pierde calor.

¿Qué material se dilata más rápido? ›

-Los gases son los cuerpos más dilatables y de dilatación más regular. El coeficiente de dilatación cúbica, único, que como en los líquidos se considera en estos cuerpos, se diferencia muy poco en los diversos gases.

¿Cuál es el valor de la densidad del agua? ›

¿Cuánto se dilata el agua? ›

El agua se expande un 9% a un 10% de su volumen al congelarse. Lo más curioso es que los materiales y elementos de la naturaleza se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Por eso, si llenamos una botella de agua y la congelamos, se puede romper.

¿Qué es el calor específico del agua? ›

El calor específico del agua es 1 caloría/gramo °C = 4,186 julios/gramo °C que es mas alto que el de cualquier otra sustancia común. Por ello, el agua desempeña un papel muy importante en la regulación de la temperatura.

Videos

1. EJEMPLOS DE DILATACIÓN LINEAL, SUPERFICIAL Y VOLUMÉTRICA
(Teacher Santy)
2. EJEMPLOS DILATACIÓN VOLUMÉTRICA
(Profe Carlos Flores)
3. Física 2 - Dilatación Volumétrica
(Profesor Gustavo Gutiérrez)
4. Dilatación volumétrica
(Física Virtual Academia)
5. Ejemplo dilatación volumétrica
(Prof. Frasqueri)
6. Dilatación volumétrica
(CDF-Damaris Rosa)
Top Articles
Latest Posts
Article information

Author: Fr. Dewey Fisher

Last Updated: 11/21/2022

Views: 6188

Rating: 4.1 / 5 (62 voted)

Reviews: 85% of readers found this page helpful

Author information

Name: Fr. Dewey Fisher

Birthday: 1993-03-26

Address: 917 Hyun Views, Rogahnmouth, KY 91013-8827

Phone: +5938540192553

Job: Administration Developer

Hobby: Embroidery, Horseback riding, Juggling, Urban exploration, Skiing, Cycling, Handball

Introduction: My name is Fr. Dewey Fisher, I am a powerful, open, faithful, combative, spotless, faithful, fair person who loves writing and wants to share my knowledge and understanding with you.