INTRODUCCION
En el presente trabajo se muestran los resultados obtenidos en la práctica de Dilatación Lineal. Para esto utilizamos un aparato de dilatación lineal con una varilla de aluminio en su interior, medimos su longitud. Agregamos agua al sistema y dejamos que el sistema llegara a temperatura de equilibrio, medimos la temperatura del agua y nuevamente la longitud de la varilla de aluminio con el micrómetro. En la segunda parte de este laboratorio a calentamos el agua en un matraz hasta que llegara a su punto de ebullición y el vapor se ingreso al sistema que teníamos y dejamos que se equilibrara la temperatura. Luego tomamos la temperatura del sistema y medimos la elongación de la varilla de aluminio. A continuación se detalla todo este proceso, en el siguiente informe.
OBJETIVO
Determinar el coeficiente lineal de una varilla metálica APARATOS Y MATERIALES
Aparato de dilatación lineal
Termómetro
Regla métrica
Matraz Erlenmeyer
Tapón de goma
Fuente de voltaje
Bombillo
Fuente de calor (Estufa)
Manguera de Hule
Acceso a grifo de agua
Cronómetro
MARCO TEORICO
Los efectos comunes de los cambios de temperatura consisten en cambios correspondientes en el tamaño y en el estado de los materiales. Cuando se aumenta la temperatura, la distancia promedio entre los átomos también aumenta, y se produce la dilatación de todo el cuerpo sólido. El cambio de cualquier dimensión lineal del sólido, tal como su longitud, su anchura o su espesor, se llama una dilatación lineal. Si la longitud de esta dimensión lineal es L, el cambio en longitud, proveniente de un cambio ΔT en la temperatura, es ΔL. Experimentalmente se encuentra que, si ΔT es lo bastante pequeña, el cambio ΔL en longitud es proporcional al cambio en ΔT en la temperatura y a la longitud original L. Por lo tanto podemos escribir: ΔL
=
α
Lo
ΔT
En donde α, llamado coeficiente de dilatación lineal, tiene valores diferentes para materiales distintos, rescribiendo esta fórmula obtenemos: α
= 1 ΔL L ΔT
De modo que α representa el cambio fraccional de la longitud por cada cambio de un grado en la temperatura. El coeficiente α varia en los metales, donde un alto valor para el Zinc y el Aluminio, hasta valores muy bajos para el invar (aleación níquel-hierro). Es importante especificar las temperaturas entre las cuales se mide el ΔL ya que α varia en cierta medida con la temperatura. Para un metal en común, α se medirá en el intervalo de temperatura desde ambiente hasta unos 100 ºC
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Montar los aparatos como se muestran en la figura.
1. Asegúrese que la varilla descanse firmemente contra el tornillo del extremo izquierdo. 2. Haga fluir agua desde el grifo a través de la camisa hasta la boquilla de salida. 3. Lea la temperatura T 0 del agua cuando el termómetro muestre que se mantiene constante. Haga 4 lecturas con intervalos de 1 minuto. 4. Encuentre la longitud de la varilla L0 con la regla graduada. Repita 4 veces esta medición. 5. Gire lentamente el micrómetro hasta que el tornillo haga contacto con la varilla. Tome 4 lecturas (L0) Nota: se debe tener cuidado en no forzar demasiado el micrómetro contra la varilla. Se podrán evitar presiones
excesivas al girar el tornillo solo hasta que encienda el bombillo, sin hacer avanzar más allá de esta posición. 6. Cierre la llave y desconecte la manguera. El tornillo micrométrico deberá desenroscarse dos vueltas completas. 7. Conecte la manguera que proviene del generador de vapor. 8. Con el generador lleno hasta la mitad, caliente el agua hasta que el termómetro llegue al máximo y empiece a fluir vapor por la manguera hasta la muestra. Espere 5 o 10 minutos hasta que la varilla alcance el equilibrio con el vapor 9. Tome 4 lecturas del termómetro y del micrómetro l. Nota: Si las lecturas muestran una elevación gradual la muestra no ha alcanzado el equilibrio. Continué las lecturas si es necesario hasta que se alcance el equilibrio. Un buen método tomar lecturas cada minuto. 10. Las dos series de mediciones (a temperatura ambiente y calentada en equilibrio) permiten encontrar L – L0 y T – T 0. Nótese que ΔL es igual a las lecturas micrométricas final menos inicial.
HOJAS DE DATOS
Experimento Numero: _SEIS_; DILATACION LINEAL SECCION: 6:32 FECHA: _26 DE ABRIL DEL 2011_ TABLA I Longitud original (cm.)
Lectura Temperatura Lectura Temperatura micrométrica ambiente micrométrica Caliente (mm.) (º C) final (mm.) (º C)
1 2 3 4
MATERIAL DE LA MUESTRA: ______________________
TEMPERATURA DEL AGUA: ________________________
CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
1. Escriba la expresión para el coeficiente de dilatación lineal y defina cada uno de los términos.
α
= 1 ΔL L ΔT
Donde: α = Coeficiente de dilatación lineal ΔT = (temperatura caliente – temperatura ambiente) ΔL = (longitud final – longitud inicial) Lo = Longitud inicial 2. Haga el análisis de error en las mediciones tanto directas como indirectas. Trabaje con las unidades adecuadas para cada término de la ecuación registrando el número adecuando de cifras significativas.
3. Con la expresión final de las medidas que obtuvo en el análisis de error, encuentre el valor del coeficiente de dilatación lineal e indique su rango de error.
4. Compare el valor obtenido con los valores del coeficiente de dilatación lineal que aparece en la temperatura. Establezca la diferencia porcentual entre el valor teorico y el experimental.
CONCLUSIONES:
1. Se determinó el coeficiente lineal de una varilla metálica 2. La temperatura ambiente en casi todos los puntos de la tierra sufre cambios día y noche, estaciónales etc. Por lo tanto los objetos existentes en esos lugares obviamente se dilataran o se contraerán. Para evitar que estos fenómenos produzcan daños, por ejemplo, en las vías de ferrocarril, en las grandes estructuras metálicas o de concreto armado. Se dejan juntas de dilatación que son simplemente espacios que permiten la dilatación. 3. Los vidrios con muy grandes como es el vidrio común (9.0x10 -6)al sufrir dilatación esta zona (al sufrir una gran dilatación) va a ejercer una fuerza sobre la zona que no se dilata provocando su rompimiento es por eso que nosotros en el laboratorio debemos usar vidrio refractario por ejemplo vidrio(pyrex) que tiene un coeficiente de dilatación mucho menor que el vidrio común (3.2x10 -6)
