La dilatación térmica es el cambio de dimensiones que experimenta un material cuando cambia su temperatura. Estas veinte situaciones muestran cuándo varían longitud, área o volumen y por qué se dejan holguras en estructuras y mecanismos.
20 ejemplos de dilatación térmica
Cada tarjeta identifica una situación real y el tipo de cambio dimensional dominante.
- 1
Riel ferroviario
Lineal: la junta admite el alargamiento del acero.
- 2
Puente metálico
Lineal: los apoyos móviles evitan esfuerzos excesivos.
- 3
Cable eléctrico aéreo
Lineal: al calentarse aumenta su longitud y la flecha.
- 4
Tapa metálica caliente
Superficial: el orificio se amplía y facilita abrirla.
- 5
Termostato bimetálico
Lineal diferencial: dos metales se curvan al expandirse distinto.
- 6
Termómetro de líquido
Volumétrica: el líquido asciende al aumentar su volumen.
- 7
Tubería de agua caliente
Lineal: curvas y soportes absorben el cambio de longitud.
- 8
Tubería de vapor
Lineal: un compensador permite el movimiento térmico.
- 9
Pavimento de concreto
Lineal: las juntas reducen el riesgo de pandeo o grietas.
- 10
Vaso sometido a choque térmico
Diferencial: zonas a distinta temperatura se deforman desigualmente.
- 11
Anillo metálico calentado
Superficial: aumenta tanto el diámetro exterior como el del orificio.
- 12
Aro metálico de una rueda
Lineal: se monta caliente y aprieta al enfriarse.
- 13
Línea eléctrica en verano
Lineal: una temperatura mayor incrementa su longitud.
- 14
Combustible en un tanque
Volumétrica: el líquido necesita espacio libre para expandirse.
- 15
Agua oceánica más cálida
Volumétrica: su expansión contribuye al aumento del nivel del mar.
- 16
Globo de aire caliente
Volumétrica: el gas se expande y reduce su densidad a presión cercana a la atmosférica.
- 17
Bandeja de horno
Superficial: la lámina aumenta ligeramente sus dimensiones.
- 18
Pistón de motor
Lineal y volumétrica: la holgura contempla temperaturas de trabajo.
- 19
Instrumento de precisión
Lineal: se corrige la lectura por la expansión de sus piezas.
- 20
Fachada acristalada
Lineal: juntas y sellos permiten el movimiento de marcos y vidrio.
Qué es la dilatación térmica y cómo se calcula
La dilatación térmica es una propiedad física: un cuerpo cambia sus dimensiones cuando cambia su temperatura, sin que eso implique aumentar su cantidad de materia.
- ΔL = αL₀ΔT calcula expansión lineal libre.
- Si ΔT es positiva, normalmente hay expansión; si es negativa, contracción.
- Los coeficientes son aproximados y dependen del material y del intervalo térmico.
La longitud final se obtiene con L=L₀+ΔL. La fórmula no describe por sí sola los esfuerzos de una pieza restringida.
Dilatación lineal, superficial y volumétrica
El tipo depende de la dimensión que interesa medir. Las relaciones superficial y volumétrica con α son aproximaciones para sólidos isótropos y cambios moderados.
| Tipo | Relación | Qué cambia | Coeficiente |
|---|---|---|---|
| Lineal | ΔL = αL₀ΔT | Longitud | α en K⁻¹ o °C⁻¹ |
| Superficial | ΔA ≈ 2αA₀ΔT | Área de un sólido isótropo | 2α es una aproximación |
| Volumétrica en sólido | ΔV ≈ 3αV₀ΔT | Volumen de un sólido isótropo | 3α es una aproximación |
| Volumétrica en líquido | ΔV = βV₀ΔT | Volumen del líquido | Se usa β, no α lineal |
En líquidos se usa directamente el coeficiente volumétrico β. Por eso el mercurio o el alcohol de un termómetro no se tratan como barras con expansión lineal.
Cómo influyen la temperatura, el material y las restricciones
El cambio crece con la dimensión inicial, con |ΔT| y con el coeficiente del material. Dos piezas iguales pueden expandirse distinto si están hechas de materiales diferentes.
- Temperatura: usa la diferencia final menos inicial.
- Material: α o β no es universal y puede variar con temperatura y composición.
- Restricción: apoyos fijos pueden convertir la expansión impedida en esfuerzo térmico.
- Gradiente: un calentamiento desigual puede curvar o fracturar una pieza.
Las juntas, holguras y apoyos móviles controlan el movimiento sin eliminar el fenómeno.
Coeficientes, unidades y medición
α y β expresan cambio relativo por grado. Para diferencias de temperatura, un incremento de 1 K tiene el mismo tamaño que uno de 1 °C.
- Mide la dimensión inicial a una temperatura conocida.
- Registra la temperatura final y calcula ΔT.
- Elige α para longitud o β para volumen de un líquido.
- Mantén unidades compatibles y declara si el valor del coeficiente es aproximado.
Consulta unidades de medida para convertir metros, milímetros, áreas y volúmenes sin mezclar magnitudes.
10 ejemplos de dilatación térmica explicados
Estos casos desarrollan datos, relación, resultado, interpretación y límites del modelo.
- 1
Riel de acero
Datos: L₀=12 m; α=12×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=40 °C.
Cálculo: ΔL=αL₀ΔT=0.00576 m=5.76 mm.
Interpretación: El riel se alarga 5.76 mm si puede expandirse libremente.
Condición: El coeficiente es aproximado y depende del acero.
- 2
Barra de aluminio
Datos: L₀=2 m; α=23×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=50 °C.
Cálculo: ΔL=0.0023 m=2.3 mm.
Interpretación: El aluminio cambia más que un acero de igual longitud y temperatura.
Condición: La barra no está restringida.
- 3
Alambre de cobre
Datos: L₀=5 m; α=17×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=30 °C.
Cálculo: ΔL=0.00255 m=2.55 mm.
Interpretación: La longitud final es 5.00255 m.
Condición: Se desprecia la variación de α en ese intervalo.
- 4
Placa de vidrio
Datos: A₀=1.5 m²; α=9×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=60 °C.
Cálculo: ΔA≈2αA₀ΔT=0.00162 m².
Interpretación: El área aumenta unos 16.2 cm².
Condición: Se supone vidrio isótropo y expansión libre.
- 5
Lámina de acero
Datos: A₀=2 m²; α=12×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=80 °C.
Cálculo: ΔA≈0.00384 m².
Interpretación: La superficie aumenta aproximadamente 38.4 cm².
Condición: La aproximación omite términos de orden superior.
- 6
Recipiente de vidrio
Datos: V₀=1 L; α=9×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=50 °C.
Cálculo: ΔV≈3αV₀ΔT=0.00135 L=1.35 mL.
Interpretación: También aumenta la capacidad interior del recipiente.
Condición: Se usa 3α por tratarse de un sólido isótropo.
- 7
Combustible líquido
Datos: V₀=50 L; β=950×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=20 °C.
Cálculo: ΔV=βV₀ΔT=0.95 L.
Interpretación: El tanque necesita espacio libre para el volumen adicional.
Condición: β es un valor ilustrativo; depende del combustible y la temperatura.
- 8
Junta de expansión
Datos: L₀=30 m; α=12×10⁻⁶ °C⁻¹; ΔT=45 °C.
Cálculo: ΔL=0.0162 m=16.2 mm.
Interpretación: La holgura debe admitir al menos ese movimiento calculado.
Condición: El diseño real añade tolerancias y condiciones estructurales.
- 9
Barra restringida
Datos: La barra se calienta, pero sus extremos impiden alargarse.
Cálculo: La fórmula de expansión libre predice ΔL; la restricción transforma parte del efecto en esfuerzo térmico.
Interpretación: No debe afirmarse que la barra simplemente alcanza la longitud libre.
Condición: Calcular el esfuerzo requiere módulo elástico y condiciones de apoyo.
- 10
Acero y aluminio
Datos: L₀=1 m; ΔT=100 °C; α acero=12 y α aluminio=23, ambos ×10⁻⁶ °C⁻¹.
Cálculo: ΔL acero=1.2 mm; ΔL aluminio=2.3 mm; diferencia=1.1 mm.
Interpretación: Dos materiales unidos pueden curvarse o generar esfuerzos por expansión desigual.
Condición: Los coeficientes son aproximados.
Aplicaciones, prevención y riesgos
La ingeniería permite el movimiento térmico con juntas, bucles, compensadores y holguras. El objetivo es evitar que una expansión pequeña se convierta en deformación o esfuerzo importante.
- En vías, puentes y fachadas se reserva espacio para el alargamiento.
- En termostatos se aprovecha la expansión desigual de dos metales.
- En tanques se deja espacio para la expansión volumétrica del líquido.
- En vidrio se evita el choque térmico que produce deformación desigual.
La expansión de líquidos se expresa como cambio de volumen; la capacidad del recipiente también cambia y puede requerir corrección.
Errores frecuentes sobre dilatación térmica
Comprueba el objeto físico, el tipo de coeficiente, la dimensión inicial y las restricciones.
Usar obesidad o pupila dilatada como ejemplos térmicos
Cómo corregirlo: Separa usos biológicos de la dilatación física.
Aquí se estudia el cambio de dimensiones de materiales debido a la temperatura.
Asignar al mercurio un coeficiente lineal de barra
Cómo corregirlo: Usa el coeficiente volumétrico β.
Un líquido en un termómetro aumenta su volumen; no se modela como una varilla sólida.
Confundir calor con temperatura
Cómo corregirlo: Identifica ΔT como cambio de temperatura.
El calor es energía transferida; la fórmula usa la diferencia entre temperaturas.
Omitir L₀, A₀, V₀ o ΔT
Cómo corregirlo: Escribe magnitud inicial y cambio térmico.
La expansión depende del tamaño inicial y del intervalo de temperatura.
Suponer que todos los materiales se expanden igual
Cómo corregirlo: Usa el coeficiente y declara restricciones.
El material, la temperatura y los apoyos modifican la respuesta.
Ejercicios de dilatación térmica
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Sin comprobar
Preguntas frecuentes
Estas respuestas resumen el fenómeno, sus usos y sus límites.
¿Qué es la dilatación térmica?
Es el cambio de longitud, área o volumen de un material provocado por un cambio de temperatura.
¿Todos los materiales se dilatan al calentarse?
La mayoría se expande en intervalos habituales, pero la magnitud y hasta el signo pueden variar según material, estructura y temperatura.
¿Por qué se dejan juntas en puentes y vías?
Para permitir cambios de longitud sin generar esfuerzos excesivos, pandeo o grietas.
¿El mercurio tiene dilatación lineal?
En un termómetro se modela su expansión volumétrica con β; la expansión del recipiente también influye en la lectura.
Información editorial y cita
Cita APA (7.ª edición)
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Editorial Ejemplode
Actualización
21 de agosto de 2026
Publicado el 11 de noviembre de 2012.
Criterios de revisión
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