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Coeficiente de dilatación

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Se denomina coeficiente de dilatación al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura experimentando una dilatación térmica.

Coeficientes de dilataciónEditar

De forma general, durante una transferencia de calor, la energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre 2 átomos cambia. Cuando la energía almacenada aumenta, también lo hace la longitud de estos enlaces. Así, los sólidos normalmente* se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse; este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica (unidades: ºC-1):


\alpha=\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)

  • esto no ocurre para todos los sólidos: el ejemplo más típico que no lo cumple es el hielo.

Sólidos Editar

Para sólidos, el tipo de coeficiente de dilatación más comúnmente usado es el coeficiente de dilatación lineal αL. Para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y después de cierto cambio de temperatura, como:

\alpha_L \approx \frac{1}{L}\frac{\Delta L}{\Delta T} =
\frac{d\ln L}{dT}

Puede ser usada para abreviar este coeficiente, tanto la letra griega alfa \alpha\; como la letra lambda \lambda\;.

Gases y líquidos Editar

En gases y líquidos es más común usar el coeficiente de dilatación volumétrico αV, que viene dado por la expresión:

\alpha_V \approx \frac{1}{V}\frac{\Delta V}{\Delta T} =
\frac{d\ln V}{dT}

Para sólidos, también puede medirse la dilatación térmica, aunque resulta menos importante en la mayoría de aplicaciones técnicas. Para la mayoría de sólidos en las situaciones prácticas de interés, el coeficiente de dilatación volumétrico resulta ser más o menos el triple del coeficiente de dilatación lineal:


{\alpha_V} \approx 3\alpha_L

Algunas propiedades de coeficientes de expasión volumetricas son:

Liquido Beta (10^-4/ºC), Alcohol 11, Benceno 12.4, Glicerina 5.1, Mercurio 1.8, Agua 2.1,

AplicacionesEditar

El conocimiento del coeficiente de dilatación (lineal) adquiere una gran importancia técnica en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril; estos van soldados unos con otros, por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.

Para ello, cogeremos la temperatura media en la zona y le restaremos la que tengamos en ese momento en el carril; el resultado lo multiplicaremos por el coeficiente de dilatación del acero y por la longitud de la vía a neutralizar.

Valores del coeficiente de dilatación lineal COEFICIENTES DE DILATACION

OXIDE
Dictionary of Ceramics Estimation of Glaze ExpansionAlfred University Technology of Enamels
(8) (9) (10) (11)
Hall Gilard & Dubral Mc Lindon Appen
 % Wt. Linear  % Wt. Linear  % Wt.Cubic  % Mol.Linear
x10-8/oC x10-8/oC x10-7/oC x10-7/oC
K2O 30.000 42-0.33p 9.000 465
Na2O 38.000 51-0.33p 11.400 395
CaO 15.000 7.5+0.35p 4.500 130
MgO 2.000 0.000 60
BaO 12.000 9.1+0.14p 3.900 200
SrO 160
ZnO 10.000 7.75+0.25p 3.000 50
Al2O3 5.000 2.000 1.950 -30
B2O3 2.000 -4+0.1p 0.870 See Notes
SiO2 See Notes 0.400 1.100 See Notes
ZrO2 2.100 -60
PbO 7.500 11.5-0.05p 2.400 See Notes
Li2O 270
P2O5 140
AsO5
TiO2 4.500 See Notes
MnO
CuO 30
CoO 50
FeO 55
NiO 50
Fe2O3 55
Cr2O3
SnO2 -45
To convert cubic expansion coefficients to linear expansion divide by 3To convert linear expansion coefficients to cubic expansion multiply by 3

Tabla 1: Coefficients of Thermal Expansion

Enlaces externosEditar


Tablas de coeficientes Editar

Ceramic Science for the Potter, Lawrence & West (West & Gerow)

Ceramic Glazes, Singer & German (Meyer & Havas)

Dictionary of Ceramics, Dodd (Gilard & Dubral)

Technology of Enamels, Vargin (Appen)

West & Gerow, Trans.Brit.Ceram.Soc. 70(7) pp.265-268 (1971), Estimation and Optimisation of Glaze Properties

Winkelmann & Schott, Ann.Physik 51 pg.735 (1894), Expansion Coefficients of Glazes

English & Turner, J.Am.Ceram.Soc. 10(8) pg.551 (1927), Relationship Between Chemical Composition and the Thermal Expansion of Glasses

Hall, J.Am.Ceram.Soc. 13(3) pg.182 (1930), The Influence of Chemical Composition on on the Physical Properties of Glazes

McLindon, Alfred University, 1965, Estimation of Glaze expansion from Chemical composition (McLindon)


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