La dilatación térmica y sus aplicaciones

¡Mpfmmmpppff! ¡Linaaa! ¿Me ayudas a abrir este tarro? ¡Se ha atascado! ¿Cómo podremos abrirlo? ¡Prueba este truco! Coge un bol y vierte agua caliente en él. Coloca el tarro cerrado dentro, boca abajo, de manera que la tapa quede sumergida. Déjalo así un par de minutos. Saca el tarro, y ahora a ver si se abre. ¡Anda! ¡Qué fácil! ¿Qué ha pasado?

El tarro y la tapa, al igual que todas las sustancias, están compuestos por partículas en movimiento. Este movimiento se ve afectado por la temperatura. Cuando se calienta una sustancia o un objeto, las partículas en su interior empiezan a moverse a más velocidad y a apartarse las unas de las otras. Esto hace que el material se expanda. La tendencia que tienen las sustancias a expandirse cuando se calientan se conoce como dilatación térmica.

Por otro lado, cuando enfriamos una sustancia, ocurre lo contrario. Las partículas en movimiento de la sustancia se ralentizan y se juntan. El volumen de la sustancia disminuye: la sustancia se contrae. Hablamos de dilatación térmica negativa, o contracción térmica. Lo mucho o poco que se expande o contrae un material depende del cambio de temperatura, la cantidad de material y las propiedades del material.

Cada material se expande en una proporción diferente. En el caso de nuestro tarro, al calentar el agua caliente la tapa de metal, el volumen de la tapa cambia y su diámetro aumenta. El cristal no se expande tanto, por lo que la diferencia de diámetro basta para poder desenroscar la tapa. Las proporciones en las que se expande cada material — los coeficientes de expansión — son muy importantes a la hora de construir un edificio, un puente u otra construcción grande. Estas construcciones suelen hacerse con hormigón, reforzado con barras de acero.

Las barras de acero tienen que expandirse y contraerse más o menos en la misma proporción que el hormigón. De lo contrario, el hormigón podría agrietarse y, con el tiempo, deshacerse. Las vías ferroviarias suelen estar expuestas a importantes cambios de temperatura. Si las vías van soldadas las unas a las otras, sin espacio entre ellas, no tendrán margen para expandirse cuando suba la temperatura. Las vías podrían combarse y deformarse y provocar el descarrilamiento de un tren.

Para evitar esa combadura, se usan segmentos de raíles más cortos, dejando un hueco entre ellos, porque la expansión es proporcional a la cantidad de material: los segmentos de raíl cortos se expanden menos que los largos. Los huecos entre los raíles permiten que que estos últimos se expandan sin deformarse. La dilatación térmica suele usarse para medir la temperatura, sobre todo con los termómetros de cristal tradicionales con líquido dentro. Estos tienen un tubo capilar que contiene un líquido determinado, alcohol por ejemplo. La escala del termómetro se corresponde con la cantidad de líquido que se expande en el interior del tubo capilar, dependiendo del cambio de temperatura.

Hay otros termómetros que tienen una banda especial hecha de dos tipos distintos de metal, unidos a todo el largo: una banda bimetálica. Los dos metales se expanden y contraen en distinta proporción al calentarse o enfriarse. Esto hace que la banda bimetálica se doble. Estas bandas suelen usarse en aparatos controladores de la temperatura: los termostatos. ¡A los gases también les afecta la dilatación térmica! Cojamos, por ejemplo, los neumáticos de un coche o una bici.

Normalmente, suelen llevar unas recomendaciones del fabricante que indican cuánto aire y presión pueden soportar. ¿Por qué? Pues porque cuando un coche o una bici van rápidos, el aire en el interior se calienta y se expande. Si el neumático tiene demasiado aire, ¡podría reventar! La mayoría de los materiales de nuestra vida diaria están expuestos a los cambios de temperatura, es decir, están todo el rato expandiendo y contrayéndose. Conocer la dilatación térmica les permite a los diseñadores, ingenieros y fabricantes crear mejores soluciones y productos. ¡Y puede resultar muy útil la próxima vez que no seas capaz de abrir un bote!