Convertidor de dilatación térmica
Convierte un coeficiente de dilatación térmica lineal entre 1/°C, 1/K, µm/m·°C e in/in·°F. Introduzca un valor y seleccione la unidad de origen y la de destino. Nota: la calculadora actual da resultados incorrectos para algunos pares de unidades.
Convertir coeficientes de dilatación térmica entre unidades
Fórmula de la dilatación térmica
Donde:
- \(\alpha_{\mathrm{from}}\) — el coeficiente de dilatación térmica lineal introducido.
- \(\alpha_{\mathrm{to}}\) — el coeficiente expresado en la unidad de destino seleccionada.
- \(s\) — el valor de una unidad seleccionada expresado en 1/°C: \(s=1\) para 1/°C o 1/K, \(s=10^{-6}\) para µm/m·°C y \(s=1.8\) para in/in·°F.
Esta fórmula convierte el coeficiente sin alterar la dilatación física que describe. La calculadora actual no aplica estos factores correctamente en algunos pares de unidades; consulte la limitación más abajo.
Dilatación térmica – Ejemplo de cálculo
Ejemplo: convertir el valor predeterminado de 1 por grado Celsius a micrómetros por metro por grado Celsius.
\[1\,\mathrm{°C}^{-1}\times\frac{1}{10^{-6}}=1{,}000{,}000\,\mu\mathrm{m}/(\mathrm{m}\cdot\mathrm{°C})\]
Resultado: la conversión correcta es 1.000.000 µm/m·°C. Con estas selecciones predeterminadas, la calculadora actual muestra en cambio 0,000001; ese valor mostrado es incorrecto.
Cómo usar la calculadora
- Introduzca un número no negativo en Valor del coeficiente de dilatación. Use un coeficiente de dilatación lineal, no un cambio de longitud medido.
- Elija la unidad original del valor en Unidad de origen.
- Elija la unidad que desee en Unidad de destino.
- Lea el Coeficiente de dilatación térmica convertido. Antes de usar un resultado que involucre µm/m·°C o in/in·°F, verifíquelo con las relaciones de conversión siguientes: la calculadora actual puede mostrar un valor incorrecto.
Qué significa el coeficiente de dilatación térmica
El coeficiente de dilatación térmica lineal describe el cambio fraccionario de la longitud de un material por un cambio de temperatura. Un coeficiente de 12 µm/m·°C significa que, por cada 1 °C de aumento, una longitud de un metro que se expande libremente se alarga unos 12 micrómetros aproximadamente. El mismo coeficiente puede escribirse como \(12\times10^{-6}\,\mathrm{°C}^{-1}\) o \(12\times10^{-6}\,\mathrm{K}^{-1}\).
Los grados Celsius y los kelvins tienen intervalos de temperatura del mismo tamaño: un cambio de 1 °C es un cambio de 1 K. Por tanto, sus valores de coeficiente son idénticos, aunque las dos escalas de temperatura tengan puntos cero distintos. Un cambio de temperatura de 1 °F equivale a 5/9 °C, de modo que el coeficiente numérico por °F es 5/9 del coeficiente por °C. La parte de pulgada por pulgada es una razón de longitudes y no aporta ningún factor de conversión adicional.
Los ingenieros usan estos coeficientes para estimar cambios en las dimensiones cuando varía la temperatura, como el movimiento de una junta de un puente o el ajuste entre dos componentes. El coeficiente por sí solo no da un cambio de longitud: también se necesita la longitud original y el cambio de temperatura. Otras propiedades térmicas responden a preguntas distintas. Por ejemplo, la conductividad térmica se refiere a la facilidad con que un material conduce calor, mientras que el calor específico se refiere a la energía necesaria para cambiar su temperatura.
Comprobaciones de conversión y limitaciones
Importante: los factores de conversión actuales de la calculadora están invertidos para µm/m·°C y también son incorrectos para in/in·°F. Su resultado mostrado es fiable para la conversión entre 1/°C y 1/K, o cuando la unidad de origen y la de destino son idénticas, pero los resultados que involucren unidades distintas fuera de esos casos no deben usarse sin una comprobación independiente. El ejemplo resuelto muestra la discrepancia con las selecciones predeterminadas.
- \(1\,\mathrm{°C}^{-1}=1\,\mathrm{K}^{-1}=1{,}000{,}000\,\mu\mathrm{m}/(\mathrm{m}\cdot\mathrm{°C})\).
- \(1\,\mathrm{°C}^{-1}=\frac{5}{9}\,\mathrm{in}/(\mathrm{in}\cdot\mathrm{°F})\), aproximadamente 0,555556 in/in·°F.
- Para un coeficiente conocido \(\alpha\), un cambio de longitud pequeño y libre puede estimarse con \(\Delta L\approx\alpha L_0\Delta T\). Use unidades de temperatura compatibles para \(\alpha\) y \(\Delta T\).
Los coeficientes lineales pueden depender de la temperatura, la composición del material y la dirección dentro del material. La estimación del cambio de longitud supone un coeficiente aproximadamente constante en el intervalo de temperatura; no calcula tensiones cuando la dilatación está restringida. Si el calentamiento o el enfriamiento del material también es relevante, el convertidor de transferencia de calor se ocupa de una magnitud distinta y no sustituye a un cálculo de dilatación térmica.
Preguntas frecuentes
¿Cómo convierto µm/m·°C a in/in·°F a mano?
Multiplique el valor por \(10^{-6}\) y luego por \(5/9\). Por ejemplo, \(12\,\mu\mathrm{m}/(\mathrm{m}\cdot\mathrm{°C})\) se convierte en \(12\times10^{-6}\times5/9\approx6.67\times10^{-6}\,\mathrm{in}/(\mathrm{in}\cdot\mathrm{°F})\). La razón de longitudes no necesita conversión de metros a pulgadas: el numerador y el denominador cambian a la vez. Compruebe de forma independiente las conversiones que involucren estas unidades, porque esta calculadora puede mostrar un resultado incorrecto.
¿Cuál es un coeficiente de dilatación térmica lineal típico?
Depende mucho del material. Cerca de la temperatura ambiente, el acero al carbono suele estar en torno a 11–13 µm/m·°C, el aluminio en torno a 22–24 µm/m·°C y el vidrio borosilicato en torno a 3–4 µm/m·°C. Son comparaciones aproximadas, no especificaciones de diseño. Las aleaciones, el tratamiento térmico, el intervalo de temperatura y la dirección de medición pueden cambiar el valor; use datos del material exacto cuando las tolerancias sean importantes.
¿Puede un coeficiente de dilatación térmica ser negativo o cero?
Sí. Un coeficiente negativo significa que un material se contrae en la dirección medida a medida que aumenta su temperatura en el intervalo indicado. Algunos materiales de ingeniería y determinadas direcciones cristalinas presentan este comportamiento. Un coeficiente cercano a cero indica poco cambio de longitud en ese intervalo. La entrada de esta calculadora solo acepta valores no negativos, por lo que no puede representar un coeficiente negativo.
¿Es lo mismo un coeficiente de dilatación lineal que uno de dilatación volumétrica?
No. Un coeficiente lineal describe el cambio fraccionario de una longitud; un coeficiente volumétrico describe el cambio fraccionario del volumen. Para un sólido isótropo que se expande libremente con una dilatación pequeña, el coeficiente volumétrico es aproximadamente tres veces el lineal: \(\beta\approx3\alpha\). Ese atajo puede no aplicarse a materiales anisótropos ni a cambios grandes de temperatura. No convierta entre ambos cambiando solo las unidades.
¿Por qué difieren los coeficientes de dilatación publicados para el mismo material?
Un coeficiente publicado puede medirse a una temperatura o promediarse en un intervalo de temperatura especificado. El grado del material, la composición, el procesado y la dirección de medición también pueden diferir. Compruebe el intervalo de temperatura de la fuente y si su valor es un coeficiente lineal o volumétrico antes de comparar cifras. Para un intervalo amplio de temperatura, un único valor a temperatura ambiente puede dar una mala estimación del cambio de longitud.
¿Cómo estimo el cambio en una holgura entre dos materiales distintos?
Estime por separado el cambio de longitud de cada pieza con su propio coeficiente, longitud inicial y cambio de temperatura. Luego compare los movimientos en la dirección que afecta a la holgura. Para dos piezas de igual longitud calentadas por igual, la diferencia de dilatación es aproximadamente \((\alpha_1-\alpha_2)L_0\Delta T\). La holgura real también depende de cómo estén montadas las piezas y de dónde se mida cada longitud.