Ejemplos de expansión y contracción por el calor

Casi todos los materiales aumentan de tamaño cuando se calientan y lo reducen cuando se enfrían. Este comportamiento, llamado dilatación y contracción térmica, explica por qué los puentes tienen juntas, por qué los cables de la luz cuelgan más en verano o por qué un tarro se abre mejor bajo el grifo de agua caliente. Aquí encontrarás más de 60 ejemplos reales en sólidos, líquidos y gases, la fórmula para calcularla y ejercicios resueltos.

¿Qué es la expansión y contracción por el calor?

La dilatación térmica es el aumento de longitud, superficie o volumen que experimenta un cuerpo al subir su temperatura; la contracción térmica es el proceso inverso al enfriarse. Se debe a que, al recibir energía, las partículas del material vibran o se mueven con más amplitud y necesitan más espacio, de modo que la distancia media entre ellas crece. Es un fenómeno físico: la sustancia no cambia su composición, solo sus dimensiones, y el efecto es reversible.

En los sólidos se describe con la ecuación de la dilatación lineal: ΔL = α · L₀ · ΔT, donde α es el coeficiente de dilatación lineal propio de cada material, L₀ la longitud inicial y ΔT la variación de temperatura. Para el volumen se usa ΔV = β · V₀ · ΔT, y en sólidos isótropos β ≈ 3α.

Características

• Es proporcional a la longitud inicial y al cambio de temperatura (en rangos moderados).
• Depende del material: los metales se dilatan más que el vidrio o la cerámica.
• Los gases se dilatan muchísimo más que líquidos y sólidos; a presión constante su volumen es proporcional a la temperatura absoluta (ley de Charles).
• Es reversible: al volver a la temperatura inicial, el cuerpo recupera su tamaño, salvo que se haya roto o deformado.
• Genera fuerzas enormes si se impide: una pieza que no puede dilatarse se curva, se agrieta o empuja lo que tiene alrededor.
• Tiene excepciones: el agua entre 0 °C y 4 °C se contrae al calentarse y al congelarse aumenta alrededor de un 9 % su volumen.

Material	Coeficiente α aproximado (por °C)
Aluminio	23 × 10⁻⁶
Cobre	17 × 10⁻⁶
Acero	11-13 × 10⁻⁶
Hormigón	10-14 × 10⁻⁶
Vidrio común	≈ 9 × 10⁻⁶
Vidrio borosilicatado (tipo Pyrex)	≈ 3,3 × 10⁻⁶
Invar (aleación hierro-níquel)	≈ 1,2 × 10⁻⁶
Cuarzo fundido	≈ 0,5 × 10⁻⁶

Ejemplos de expansión y contracción por el calor

En construcción e ingeniería civil

1. Las juntas de dilatación de los puentes, que dejan un hueco dentado entre tramos del tablero.
2. Los apoyos deslizantes o de neopreno sobre los que descansan las vigas de un viaducto.
3. La Torre Eiffel, cuyo hierro se dilata en verano y hace variar su altura del orden de 15 cm.
4. Las juntas cortadas en las losas de hormigón de aceras y pavimentos.
5. Las grietas que aparecen en fachadas sin juntas tras varios ciclos de calor y frío.
6. Las vías de tren antiguas, con huecos entre carriles para que no se curvaran en verano.
7. Los carriles soldados actuales, que se instalan pretensados para soportar la dilatación sin huecos.
8. Los carriles que se deforman (pandeo) en olas de calor extremas.
9. Los cables del tendido eléctrico, que cuelgan más (mayor flecha) en verano y se tensan en invierno.
10. Las liras o compensadores de dilatación de las tuberías de vapor y calefacción.
11. Las juntas de silicona entre azulejos y en los marcos de las ventanas.
12. Los rodapiés que se separan unos milímetros del parqué para que la madera pueda moverse.
13. El asfalto que se agrieta en invierno por contracción.
14. Las armaduras de acero del hormigón armado, que funcionan porque ambos materiales tienen coeficientes casi iguales.

En casa y en la cocina

15. Abrir un tarro con tapa metálica poniéndola bajo el agua caliente: el metal se dilata más que el vidrio.
16. El vaso de vidrio común que se rompe al echarle agua hirviendo (choque térmico).
17. Las fuentes de vidrio borosilicatado, que resisten el horno porque apenas se dilatan.
18. Dos vasos encajados que se separan metiendo agua fría en el de dentro y caliente en el de fuera.
19. El crujido de la sartén metálica al calentarse o enfriarse bruscamente.
20. Los radiadores que hacen ruidos de «clac» al encenderse la calefacción.
21. La puerta de madera o metal que encaja peor en verano y queda holgada en invierno.
22. El termo de agua caliente con vaso de expansión, que absorbe el aumento de volumen del agua.
23. Las botellas de agua que revientan en el congelador porque el hielo ocupa más que el agua.
24. El bizcocho que sube en el horno, en parte porque el gas de las burbujas se expande.
25. Las palomitas de maíz, que estallan cuando el agua del grano se convierte en vapor a presión.

En líquidos

26. El termómetro de mercurio: el metal líquido sube por el capilar al dilatarse.
27. El termómetro de alcohol teñido, el habitual en exteriores.
28. La gasolina que rebosa del depósito lleno de un coche aparcado al sol.
29. Los rociadores contra incendios con ampolla de vidrio: el líquido interior se dilata y la rompe (la ampolla roja estándar actúa a unos 68 °C).
30. El aceite del motor, que aumenta de volumen al alcanzar la temperatura de funcionamiento.
31. El vaso de expansión del circuito de refrigeración del coche.
32. La subida del nivel del mar por la dilatación térmica del agua oceánica al calentarse el clima.
33. Los lagos que se hielan solo en superficie: el agua a 4 °C, más densa, queda en el fondo.

En gases

34. El globo aerostático, que asciende porque el aire caliente se expande y pesa menos por litro.
35. Un globo de fiesta que se encoge si se mete en el congelador y recupera su tamaño al sacarlo.
36. El globo que se arruga de forma espectacular al sumergirlo en nitrógeno líquido.
37. Los neumáticos, que pierden presión en las mañanas frías y la ganan tras rodar.
38. El balón que bota peor en un día de frío.
39. La botella de plástico vacía y cerrada que se abolla al sacarla de un coche caliente a la noche fría.
40. El aerosol que no debe exponerse al calor porque el gas comprimido se expande y puede reventar el envase.
41. La brisa marina: el aire sobre la tierra caliente se dilata, asciende y es sustituido por aire del mar.
42. Las corrientes de convección que mueven el aire caliente de un radiador hacia el techo.
43. El termoscopio de Galileo, uno de los primeros instrumentos basados en la dilatación del aire.

En la industria y la técnica

44. El zunchado o ajuste por contracción: se calienta un aro y se encaja en caliente sobre un eje; al enfriarse queda apretado.
45. El montaje de rodamientos calentándolos en baño de aceite o por inducción.
46. Los aros de hierro que el herrero colocaba al rojo sobre las ruedas de madera de los carros.
47. Las láminas bimetálicas de los termostatos, que se curvan porque cada metal se dilata distinto.
48. El disparo térmico de los interruptores magnetotérmicos, también basado en un bimetal.
49. La holgura entre pistón y cilindro en los motores, calculada para la temperatura de trabajo.
50. Los péndulos de reloj compensados (de parrilla o de mercurio), ideados para que el periodo no cambie con el calor.
51. Las reglas y patrones de medida de invar, que casi no varían con la temperatura.
52. Los espejos de grandes telescopios, fabricados con vitrocerámicas de dilatación casi nula.
53. Las placas de vitrocerámica de las cocinas, que soportan cambios bruscos de temperatura.
54. Los empastes dentales, cuyo material debe dilatarse de forma parecida al diente para no despegarse.
55. El fuselaje del Concorde, que se alargaba en vuelo varios centímetros (las fuentes citan entre 15 y 30 cm) por el calentamiento aerodinámico.
56. El experimento del anillo y la bola de ‘s Gravesande: la bola caliente no pasa por el anillo; fría, sí.

En la naturaleza

57. La termoclastia: las rocas de los desiertos se fisuran por la dilatación diurna y la contracción nocturna.
58. La gelifracción: el agua que se congela en las grietas de las rocas las parte en la alta montaña.
59. Los chasquidos que hace el hielo de un lago helado al cambiar la temperatura.
60. Las grietas de los glaciares y los témpanos que se fracturan al calentarse por el sol.
61. Las tormentas de verano, que se forman cuando el aire caliente y húmedo asciende y se expande.
62. El trueno, causado por la expansión violenta del aire calentado por el rayo.

Tipos de dilatación térmica

• Lineal: predomina una dimensión (carriles, cables, varillas).
• Superficial: aumenta el área de una placa o lámina (chapas, losas). Su coeficiente es ≈ 2α.
• Volumétrica: aumenta el volumen total; es la que se estudia en líquidos y gases (coeficiente β ≈ 3α en sólidos).
• Dilatación anómala: comportamiento inverso al habitual, como el del agua entre 0 y 4 °C.

La contracción es simplemente la variación negativa: la misma ecuación con ΔT menor que cero.

Ejercicios resueltos

Importancia

Conocer la dilatación es imprescindible en ingeniería: un puente de cientos de metros puede variar decímetros entre invierno y verano y, si no se prevé, la estructura se daña. También permite fabricar termómetros, termostatos y protecciones eléctricas, montar piezas mecánicas sin tornillos y entender procesos naturales como la meteorización de las rocas, la circulación de la atmósfera o la subida del nivel del mar. Para profundizar, consulta los ejemplos de equilibrio térmico, los ejemplos de estado gaseoso y la diferencia entre fenómenos físicos y químicos.

Preguntas frecuentes

Referencias

• Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología, vol. 1. Barcelona: Reverté.
• Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería, vol. 1. México: Cengage Learning.
• Hewitt, P. G. Física conceptual. México: Pearson Educación.

Cómo citar este artículo

Equipo de Conceptualia. (2026). «Ejemplos de expansión y contracción por el calor». Conceptualia. https://conceptualia.es/ejemplos/ejemplos-de-expansion-y-contraccion-del-calor/

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Sobre el autor

Conceptualia — El equipo editorial de Conceptualia redacta y revisa cada concepto para que sea claro, riguroso y útil, con ejemplos y ejercicios cuando ayudan a entenderlo.