Dilatación y Contracción

Al aumentar la agitación de las moléculas de un sólido o líquido con un ascenso de temperatura, lo hace también la extensión de sus vibraciones. Las fuerzas que rigen la separación existente entre una molécula y otra actúan de manera que sus centros de vibración se apartan más entre sí. Este aumento de la separación de las moléculas se produce en el objeto entero al calentarse, haciendo que se dilate en todas direcciones. Dos puntos cualesquiera existentes dentro del sólido o del líquido se apartan más entre sí, y cualquier agujero o espacio interior de un cuerpo sólido se hace también mayor. Al enfriarse, se produce el efecto contrario, y el sólido o el líquido se contraen. Cuando alcanza la misma temperatura que tenía antes de su dilatación (o contracción) tiene también exactamente el mismo tamaño.

La dilatación lineal es:

La expansión producida en una dimensión cualquiera, y la cuantía de la misma se relaciona con el aumento de temperatura. Cada sustancia tiene una dilatación lineal propia, que es el aumento proporcional de longitud por grado Celsius (°C) (o Kelvin, K). En la mayoría de los metales, la dilatabilidad lineal varía entre 1/105 • K y 3/105 • K. La superficie de un sólido aumenta aproximadamente el doble de esa cantidad por grado, y el volumen unas tres veces.

Las dilataciones lineal y superficial

Carecen de importancia en los líquidos, porque cambian libremente de forma ajustándose a la del recipiente, que también puede dilatarse (o contraerse) con un cambio de temperatura. La dilatabilidad cúbica (del volumen) de la mayoría de los líquidos es aproximadamente de 1/104 • K.

Cuando se calienta un gas

Aumentan su presión o volumen -o ambos-, en dependencia de lo que aumente su recipiente. A 0 °C (2 73,15 K) la dilatabilidad de un gas sometido a volumen o presión constante es aproximadamente de 3,7/103, que equivale a 1/273. La presión de un gas decrece, o contrae su volumen, en esta proporción con cada grado de descenso de temperatura, por lo que, en teoría, un gas debería tener presión y volumen cero a la temperatura de cero absoluto (0 K o -273,15 °C). Pero en la práctica, los gases se licúan, para solidificarse después antes de que se pueda alcanzar este punto.

Casi todas las sustancias se dilatan cuando se calientan y se contraen al enfriarse; sin embargo, hay algunas que no lo hacen. Las aleaciones invar, de acero al níquel, tienen grados de dilatación bajísimos o incluso de cero (según la composición exacta de la aleación concreta); y el agua, que normalmente tiene una baja dilatación cúbica, se dilata de hecho cuando su temperatura desciende de los 4 °C al punto de congelación. Esto ocurre porque las moléculas se reordenan de tal modo que quedan más se paradas.

La dilatación y la contracción

Se evidencian a las claras en las estructuras grandes; los puentes metálicos, por ejemplo, se dilatan en un caliente día de verano. Y el calor producido por la fricción con la atmósfera hace que los aviones de pasajeros supersónicos aumenten de longitud varios centímetros cuando vuelan a toda velocidad. Hay que diseñar esas estructuras y aparatos de manera que esa dilatación no afecte su seguridad.

La dilatación puede tener también usos positivos.

Los pares bimetálicos se hacen de dos metales de diferente coeficiente de dilatación, por ejemplo, latón y hierro, soldados a todo lo largo. Cuando cambia la temperatura esos metales se dilatan o contraen en diferente medida, haciendo que el listón que forman se doble (su grado de flexión depende de la magnitud del cambio de temperatura). Se utiliza ese efecto en algunos termostatos.

El hielo flota

Porque es menos denso que el agua. El agua se contrae al disminuir su temperatura de 100 °C a 4 °C (temperatura de su máxima densidad) y se dilata después ligeramente al enfriarse hasta el punto de congelación (0 °C). De hecho, al congelarse, el agua se dilata considerablemente; es la presión de esa dilatación la que en ocasiones hace reventar las tuberías del agua en invierno e incluso hiende los peñascos. Por debajo de 0 °C el hielo se contrae ligeramente en su enfriamiento ulterior