Coeficient de dilatació

Un coeficient de dilatació és una relació que mesura el canvi relatiu de longitud o volum que es produeix quan un cos sòlid o un fluid experimenta un canvi en algun paràmetre com ara la temperatura, la pressió o la concentració.

Junta de dilatació d'un pont. Si les juntes de dilatació no es tinguessin presents en el disseny de l'estructura, la dilatació tèrmica dels materials a temperatures elevades generaria unes tensions mecàniques tan grans que podrien fracturar el pont.

Coeficient de dilatació tèrmica

El coeficient de dilatació tèrmica, o coeficient de dilatació isòbara, és el quocient que mesura el canvi relatiu de longitud o volum que es produeix quan un cos sòlid o un fluid experimenta un canvi de temperatura a pressió constant. Durant una transferència de calor, l'energia que està emmagatzemada en els enllaços intermoleculars entre dos àtoms canvia; quan l'energia emmagatzemada augmenta, també ho fa la longitud d'aquests enllaços (el material pateix una dilatació tèrmica). Per tant, els sòlids solen expandir-se quan s'escalfen i contraure's quan es refreden.

El coeficient de dilatació tèrmica se sol denotar per α (alfa). Les seves unitats són K^-1 (o, cosa que és el mateix, °C^-1) i es defineix per:

$\alpha ={\frac {1}{\mathrm {V} }}\left({\frac {\partial \mathrm {V} }{\partial \mathrm {T} }}\right)_{p}~$

On V és el volum, T és la temperatura i p significa que la transformació és a pressió constant.

Per a sòlids, el tipus de coeficient de dilatació tèrmica que se sol usar és el coeficient de dilatació lineal α_L (o simplement α). Per a una dimensió lineal qualsevol, el coeficient de dilatació tèrmica lineal es pot mesurar experimentalment comparant el valor d'aquesta magnitud abans i després de cert canvi de temperatura:

$\alpha _{L}={\frac {d\ln L}{dT}}\approx {\frac {1}{L}}{\frac {\Delta L}{\Delta T}}$

D'altra banda, pel que fa a gasos i líquids, se sol utilitzar coeficient de dilatació tèrmica volumètric α_V, que ve donat per l'expressió:

$\alpha _{V}={\frac {d\ln V}{dT}}\approx {\frac {1}{V}}{\frac {\Delta V}{\Delta T}}$

Per a materials isòtrops se sol complir la següent relació:

${\alpha _{V}}=3\alpha _{L}$

Llista de coeficients de dilatació tèrmica

Article principal: Llista de coeficients de dilatació tèrmica dels elements

Coeficient de dilatació tèrmica volumètric d'un polipropilè semicristal·lí

A continuació es llisten alguns valors de coeficients de dilatació tèrmica per diferents materials.

Material	Coeficient de dilatació tèrmica lineal αL a 20 °C (K-1)	Coeficient de dilatació tèrmica volumètric αV a 20 °C (K-1)	Notes
Acer	11,0-13,0 x 10−6	33-39 x 10−6	Depèn de la composició
Bronze	17,5 x 10−6
Coure	17 x 10−6	51 x 10−6
Diamant	1 x 10−6	3 x 10−6
Ferro	11,8 x 10−6	33,3 x 10−6
Ferro colat	10,5 x 10−6
Formigó	12 x 10−6	36 x 10−6
Invar	1,2 x 10−6	3,6 x 10−6	36% Ni + 64% Fe
Titani	8,6 x 10−6
Llautó	18,5 x 10−6	57 x 10−6
Nylon	30 x 10−6
Pyrex	4 x 10−6
Polipropilè	150 x 10−6	450 x 10−6
Porcellana	4,0 x 10−6
PVC	52 x 10−6	156 x 10−6
Quars	0,33 x 10−6	1 x 10−6
Vidre	8,5 x 10−6	25,5 x 10−6

Vegeu també

• Coeficient de dilatació adiabàtica