Ingeniería Mecánica y Eléctrica: Laboratorio Física II

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLGICA DE LIMA SUR !UNTELS"

!n"eniería #e$nia % El&tria Laboratorio Físia !! Experimento 05

TEMA:

“DILATACION TERMICA “DILATACION Y CALOR” INTEGRANTES: -

código:

Blas Galicia, JUAN. Carbajal Cabrera, DENIS. Ccanchi Santia!, JESSICA. $inian! %&s'(e), J*+N JU. Sinche Ccah(ana Ccah(ana,, JA JA% %IE-. /aa /a a -!r(e -!r(e), ), AD+NIS.

Profesor: Mg. Percy Víctor Cañote Fajardo

Villa El Salvador 21-06-14 Lima-Perú

2012200129 2012200016 20122001"# 2012200021 20122000# 2012200120

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OBJETIVOS

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Calcular de manera experimental los coeficientes de expansión lineal de varillas de diferentes materiales. nali!ar nali!ar el fenómeno fenómeno físico físico de la dilatación dilatación lineal.

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Comprender la relación "ue existe en la estructura del material y dic#o fenómeno.

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$%serv $%servar ar las reaccion reacciones es de distint distintos os material materiales es sometid sometidos os a diferen diferentes tes temperaturas.

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&xperimentar como se trasmite calor en los diferentes cuerpos.

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Calentar los cuerpos de muestra de igual masa y mediante un calorímetro determinar su capacidad a%sor%ente de calor.

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Calcular el calor específico con las ecuaciones matem'ticas dadas.









MARCO TEÓRICO DILATACIÓN DILATACIÓN TÉRMICA TÉRMIC A (e denomin denomina a dilatac dilatación ión t)rmica t)rmica al aumento aumento de longitud* longitud * volumen o algun alguna a otra otra dimensión m)trica "ue sufre un cuerpo físico de%ido al aumento de temperatura "ue "ue se prov provoc oca a en el por cual cual"u "uie ierr medi medio. o. +a cont contra racc cció ión n t)rm t)rmic ica a es la disminución de propiedades m)tricas por disminución de la misma.

Coeficiente de dilatación ,unta de dilatación de un puente. (i estas juntas no se construyesen* construyesen* la dilatación dilatación t)rmica t)rmica de los material materiales es cuando cuando aumenta aumentase se la tempera temperatura tura generar generaría ía unos unos esfuer!os tan grandes "ue fracturarían el puente. Para calcular estas juntas se necesita conocer el coeficiente de dilatación t)rmica. &l coef coefic icie ient nte e de dila dilata taci ción ón es el cocie ocient nte e "ue "ue mide mide el cam% cam%io io rela relati tivo vo de longitud o longitud o volumen "ue volumen "ue se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente cam%ia de temperatura provocando temperatura provocando una dilatación t)rmica. t)rmica . e forma forma gene genera ral* l* duran durante te una una trans transfer feren encia cia de calor * la ener energí gía a "ue "ue est' est' almacenada almacenada en los enlaces intermoleculares intermoleculares entre dos 'tomos cam%ia. 'tomos cam%ia. Cuando la energía almacenada aumenta* tam%i)n lo #ace la longitud de estos enlaces. sí* los los sólido lidos s normalm malme ente se expanden al calen lentarse rse y se contra traen al enfriarse / este comporta comportamien miento to de respues respuesta ta ante ante la temperat temperatura ura se expresa expresa mediante el coeficiente coeficiente de dilatación dilatación t)rmica 0típicamente 0típicamente expresado en unidades unidades -/ de 1C 23

&n la construcción construcción civil* por ejemplo* para prevenir prevenir posi%les trincas y rupturas rupturas por causa de dilatación t)rmica de los materiales* se utili!an 4folgas5 llamadas como juntas de de dilatación. dilatación.









Tipos de Dilatación   

ilatación +ineal ilatación (uperficial ilatación Volum)trica

Dilatación Lineal M's all' "ue la dilatación de un sólido suceda en todas las dimensiones* puede predominar la dilatación de apenas una de sus dimensiones so%re las dem's. $ a6n* podemos estar interesados interesados en una 6nica dimensión del sólido. &n este caso* tenemos la dilatación lineal 0+2









Dilatación S!pe"ficial +a dilatación superficial corresponde corresponde a la variación del 'rea de una placa* cuando sometida a una variación de temperatura. +as figuras a continuación* continuación* representan representan una placa rectangular a temperatura 7 o a temperatura 7 87 o.

Dilatación Vo Vol!#$t"ica l!#$t"ica &n este tipo de dilatación* vamos a considerar la variación del volumen* esto es* la dilatación en las tres dimensiones del sólido 0longitud anc#o y altura2. Veamos el ejemplo del cuadro de%ajo3









Relación ent"e Coeficientes

Dilatación del A%!a &n países donde los inviernos son rigurosos* muc#as personas dejan sus grifos goteando para no permitir "ue el agua contenida en el sistema de cañerías se conge congele* le* de%id de%ido o al pe"u pe"ueñ eño o flujo flujo de agua agua "ue "ue gotea gotea y evita evitarr "ue "ue explo explote te la instalación sanitaria. e la misma forma* en las laderas rocosas de estos países* con la llegada del inviern invierno* o* las aguas "ue se infiltran infiltran en las rajadura rajaduras s de la roca se congela congelan n y aumentan su volumen* provocando los desmoronamientos. &n regla regla gene general ral** al eleva elevarr la tempe tempera ratur tura a de una una susta sustanc ncia* ia* se verif verifica ica una una dilatación t)rmica. &n tanto* el agua al ser calentada desde 9 :C a ; :C* se contrae constituy)ndose una excepción al caso general. &ste fenómeno puede ser aplicado de la siguiente siguiente forma3 &n estado sólido* los 'tomos de oxígeno* "ue son muy electronegativos* se unen a los 'tomos de #idrógeno a trav)s de un enlace "ue se llama puente de #idrógeno. &n conse consecu cuen encia cia de esto* esto* entre entre las las mol)c mol)cula ulas* s* se forma forman n grand grandes es vacío vacíos* s* aumentando el volumen externo 0aspecto macroscópico2 Cuando el agua es calentada de 9 :C a ; :C* los puentes de #idrógeno se rompen y las mol)c mol)cul ulas as pasan pasan a ocupar ocupar los vacío vacíos s exist existent entes* es* prov provoca ocand ndo o así así una contracción. Por tanto* en el intervalo 9 :C a ; :C** ocurre excepcionalmente una disminución de volumen. Pero de ; :C a /99 :C* el agua se dilata normalmente.











+os diagramas a continuación ilustran el comportamiento del volumen y de la densidad en función de la temperatura.

&ntonces* a ; :C* se tiene el menor volumen para el agua y consecuentemente* la mayor densidad del agua en el estado lí"uido. $%servación3 +a densidad del agua en el estado sólido 0#ielo2 es menor "ue la densidad del agua en el estado lí"uido.

CALOR









Calo" espec&fico &l calor específic específico o es la energía necesaria para elevar / 1C 1C la la temperatura temperatura de de un gramo de materia. &l concepto de capacidad calorífica es calorífica es an'logo al anterior pero para para una una masa de un mol de susta sustanc ncia ia 0en 0en este este caso caso es neces necesar ario io conoc conocer er la estructura "uímica de "uímica de la misma2. &l calor específico es un par'metro "ue depende del material y relaciona el calor "ue se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura3

ónde3 &s el calor aportado al sistema. &s la masa del sistema. &s el calor específico del sistema. &s el incremento de temperatura "ue experimenta el sistema. +as unidades m's #a%ituales de calor específico son , < 0=g > ?2 y cal < 0g > 1C2.

&l calor específico de un material depende de su temperatura no o%stante* en muc#o muc#os s proces procesos os termod termodin' in'mic micos os su varia variaci ción ón es tan tan pe"ue pe"ueña ña "ue "ue pued puede e









+a capacidad capacidad calorífica calorífica de una sustancia es una magnitud "ue indica la mayor o menor menor dificult dificultad ad "ue present presenta a dic#a dic#a sustanc sustancia ia para para experime experimentar ntar cam%ios cam%ios de temperatura temperatura %ajo %ajo el suministro suministro de calor. calor. (e denota denota por por * se acostum%ra acostum%ra a medir medir en ,
ado "ue3

e igual forma se puede definir la capacidad calórica molar como3

Ca#'ios de fase &n la naturale!a existen tres estados usuales de la materia3 sólido sólido** lí"uido lí"uido y y gaseoso gaseoso.. l aplicarle calor a una sustancia* )sta puede cam%iar de un estado a otro.  estos procesos se les conoce como cam%ios de fase. +os posi%les cam%ios de fase son3









Cantidad de calor necesario para cambiar de estado una unidad de masa de un estado a otro. L

M =

Q

T"ans#isión T"ans#isión de calo" &l calor calor puede puede ser ser trans transmit mitido ido de tres tres formas formas distin distintas tas33 por por cond conducc ucció ión* n* por convección o por radiación.

Cond!cción t$"#ica t$"#ica

es el proceso "ue se produce por contacto t)rmico entr entre e dos dos ó m's m's cuer cuerpo pos* s* de%i de%ido do al cont contac acto to dire direct cto o entr entre e las las part partíc ícul ulas as individuales de los cuerpos "ue est'n a diferentes temperaturas* lo "ue produce "ue las partículas lleguen al e"uili%rio t)rmico. &jemplo33 cuc#ara met'lica en la ta!a de t). &jemplo

Con(ección t$"#ica t$"#ica

sólo se produce en fluidos 0lí"uidos o gases2* ya "ue impl implic ica a movi movimi mien ento to de vol6 vol6me mene nes s de flui fluido do de regi region ones es "ue "ue est' est'n n a una una temperatura* a regiones "ue est'n a otra temperatura. &l transporte de calor est' insepara%lemente ligado al movimiento del propio medio. &jemplo3 los calefactores dentro de la casa.









dist distin inta ta temp temper erat atur ura a en un lí"u lí"uid ido o o gas gas en movi movimi mien ento to.. &n el caso caso de la conducción* la temperatura de calentamiento depende del tipo de material* de la sección del cuerpo y del largo del cuerpo. &sto explica por "u) algunos cuerpos se calientan m's r'pido "ue otros a pesar de tener exactamente la misma forma* y "ue se les entregue la misma cantidad de calor.











MATERIALES

Dilatómetro • Calorímetro •









madera, hierro, aluminio de apor •

•

Generador









)ROCEDIMIENTO Di$#%#ció& %'r(ic# !. Instal Instale e el dilat dilatóm ómetr etro, o, el termóm termómetr etro o " el gener generado adorr de apor apor,, como se muestra en la #gura. $ome $ome lectura de la temperatura temperatura ambiente T % " la longitud de las arillas L%.









3. )ara determi determinar nar el e(uiale e(uialente nte en gramos gramos de agua del calorímetro* ierta +g de agua de cao en el calorímetro, agite " luego de unos minutos mida la temperatura T %, caliente +% g de agua entre +% " -%C, mida la temperatura T " agregue al calorímetro, agite " mida la temperatura de e(uilibrio. /. )esar )esar el calorímet calorímetro ro limpio limpio " seco, ierta ierta !%%g !%%g de agua agua de cao. cao. )or otro otro lado lado haga haga herir herir agua hasta su punto de ebullición, sumer'a cuidadosamente el sólido al agua en ebullición, luego introdu0ca introdu0ca el sólido dentro del calorímetro, remuea el calorímetro hasta (ue llegue al e(uilibrio t1rmico " mida la temperatura de e(uilibrio.

C#$or $#%e&%e de ,#)ori-#ció& de$ #g.#



















C*lc!los + Res!ltados









Reco#endaciones



7ener cuidado de no acercarse a la cocina cuando est' #irviendo el agua.









BIBLIO,RA-.A Li'"os 

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Ingeniería Mecánica y Eléctrica: Laboratorio Física II

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