Dilatación térmica. - Reforma de la Educación Secundaria

Dilatación térmica.
En esta actividad estudiaremos la expansión de materiales debido a aumentos en su
temperatura.
Pensemos en una barra de aluminio de 10 metros de largo que se encuentra a una
temperatura de 20°C. Si la calentamos hasta una temperatura de 220°C, la barra se alargará
a una longitud de 10.05 metros.
¿Cuál fue el aumento en su temperatura? _______________________________________
¿Cuál fue el aumento en su longitud? __________________________________________
¿Cuánto es este aumento en centímetros? _______________________________________
¿Crees que éste es un aumento grande o pequeño en su longitud? ________________
_________________________________________________________________________
Tomemos ahora mediciones del aumento de longitud de la barra anterior cada 20°C de
aumento de temperatura. En la tabla siguiente se registraron estos valores (observa que el
aumento en la longitud está dado en milímetros):
Temperatura:
Aumento en la
temperatura:
Aumento en la
longitud (mm):
20°C 0°C 0
40°C 20°C 5
60°C 40°C 10
80°C 60°C 15
100°C 80°C 20
120°C 100°C 25
De acuerdo con los valores de la tabla, ¿podrías predecir el aumento en la longitud de la
barra cuando su temperatura llegue a 180°C? ____________________________________
De acuerdo con los valores de la tabla, ¿podrías predecir el aumento en la longitud de la
barra cuando su temperatura llegue a 320°C? ____________________________________
Advierte en la tabla que, para un aumento de 100°C, se observa un aumento en la longitud
de 25 milímetros. De acuerdo a esto, ¿qué aumento en la longitud debe haber para un
aumento de 200°C de temperatura? _______________________ ¿Cuánto es este aumento
en centímetros? _____________________________ Compara este resultado con el que
diste al inicio (deben ser iguales).

Los resultados anteriores demuestran que el cambio en la longitud de una barra es
proporcional al cambio en su temperatura. Esto se escribe en forma matemática de la
siguiente manera:
ΔL ∝ ΔT
Pasemos ahora a comparar la dilatación de varias barras de diferentes longitudes. Ya vimos
arriba que una barra de aluminio de 10 metros de largo se expande 25 milímetros cuando su
temperatura se eleva 100°C.
De acuerdo a lo anterior, ¿cuántos milímetros crees que se dilatará una barra de 5 metros
cuando se calienta 100°C? ___________________________________________________
La tabla siguiente presenta los aumentos en la longitud de varias barras de aluminio que se
han calentado 100°C. Obtén los datos que faltan.
Longitud de la
barra (m):
1
Aumento en la
longitud (mm):
5 12.5
10 25
20
50 125
100
Los resultados anteriores demuestran que el cambio en la longitud de una barra es
proporcional a la longitud original de la barra. Esto se escribe en forma matemática de la
siguiente manera:
ΔL ∝ Lo
En la tabla anterior encontramos que una barra de aluminio de 1 metro de longitud se dilata
2.5 milímetros cuando se calienta 100°C. Este aumento en la longitud puede expresarse
como 0.0025 metros.
Si la barra anterior de 1 metro se calentara solamente 1°C, ¿qué aumento en la longitud se
observaría? (expresa tu resultado en metros) _______________________ (sugerencia:
tienes ya el aumento en la longitud para cuando la temperatura se eleva 100°C. Divide este
aumento entre 100 para e ncontrar el aumento por cada grado).
Al aumento en la longitud de un material por cada metro y por cada grado de temperatura
se le llama su coeficiente de dilatación. Este coeficiente se representa por la letra griega
“alfa” (α). El coeficiente de dilatación del aluminio es de 0.000025 (este fue el resultado
anterior que encontraste). El coeficiente de dilatación del ladrillo es de 0.00001.

Los resultados de esta actividad se pueden sintetizar en una sola fórmula:
Discute su significado con toda la clase.
ΔL = α Lo ΔT
En las páginas anteriores estudiamos la expansión de una barra de aluminio. Determinamos
que una barra de 10 metros de este material se dilata 25 milímetros cuando se eleva su
temperatura 100°C. Esto es equivalente a decir que su coeficiente de dilatación es de
0.000025.
En la tabla siguiente damos datos similares de otros materiales sobre su dilatación.
Material:
Dilatación de 10 metros
de material a un aumento
de 100°C:
Coeficiente de
dilatación α :
Acero 12 mm 0.000012
Aluminio 25 mm 0.000025
Cemento 14 mm 0.000014
Cobre 16 mm 0.000016
Diamante 1 mm 0.000001
Hierro 10 mm 0.00001
Ladrillo 10 mm 0.00001
Oro 13 mm 0.000013
Parafina 130 mm 0.00013
Plomo 30 mm 0.00003
Vidrio 10 mm 0.00001
De acuerdo con la información de esta tabla, discute los siguientes puntos, primero con tu
equipo y después con toda la clase:
• ¿Es poco o es mucho lo que se dilatan los materiales al calentarse?
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____________________________________________________________________
• ¿Crees que es importante tomar en cuenta esta dilatación en la construcción de
puentes, vías de tren, edificios, etcétera?
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• ¿Existe mucha diferencia en la dilatación de los diferentes materiales? ¿Cuáles se
dilatan más? ¿Cuáles se dilatan menos?
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