DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS
DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS
OBJETIVOS El objetivo de esta práctica es determinar el coeficiente de dilatación lineal de tres metales diferentes: acero, aluminio y cobre. Dicho coeficiente nos expresa la dependencia de la longitud de las muestras con su temperatura y tiene importancia en el estudio de las ecuaciones de estado de los diferentes materiales, a través de las relaciones termodinámicas adecuadas. MATERIALES - Aparato dilatación térmica - Dilatómetro con manómetro de reloj - Tubo de cobre - Tubo de acero - Tubo de aluminio - Termómetro - Generador de vapor SISTEMA Este instrumento mide con precisión la expansión de tubos metálicos de Cobre, Acero y Aluminio cuando son calentados mediante vapor desde temperatura ambiente T hasta una temperatura próxima a 100 ºC. La expansión se mide con precisión mediante el reloj comparador (resolución 0,01 mm). Se incluye un termómetro que se introduce en el conducto del paso del vapor para permitir la medida de la temperatura.
Figura 1
MODELO TEÓRICO Los átomos que componen un sólido vibran en torno a una posición de equilibrio cuando el sólido se encuentra a una determinada temperatura. Si se produce un aumento de temperatura la amplitud de vibración de los átomos aumenta, lo cual se traduce en un incremento de la distancia promedio entre átomos vecinos. Se puede decir entonces que una consecuencia evidente del cambio de temperatura en un cuerpo es el cambio en sus dimensiones, el cual se denomina dilatación térmica.
Físico Yeimmy Londoño Gaitán – @yelogamail - https://www.youtube.com/channel/UCbpf2YwBPuzB26Gn4lHHJLw
DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS
Figura 2
Conociendo el incremento de temperatura Tf – Ti La expansión producida lf - li y la longitud inicial del tubo li podemos calcular el coeficiente de expansión térmica de los diferentes materiales bajo estudio según la fórmula:
𝜶=
𝒍𝒇 − 𝒍𝒊 𝒍𝒊 (𝑻𝒇 – 𝑻𝒊)
TOMA DE DATOS Y PRECAUSIONES 1. Mide con un metro, la longitud total del tubo a temperatura ambiente, desde el soporte plano en un extremo hasta el tope cilíndrico en el otro, tal y como aparece en la figura 2. Anota tus medidas en la tabla. 2. Monta el tubo sobre su soporte, tal y como aparece en la figura 3, apretando el tornillo del soporte en su extremo plano y apoyando el micrómetro sobre su tope.
Figura 3 3. Con un termómetro o termocupla, determina la temperatura del tubo, esta lectura será de la temperatura ambiente (Tamb). Para esta temperatura pon el micrómetro a cero girando su corona exterior. 4. Conecta los tubos de entrada y salida de vapor de agua en los extremos de la muestra que se está experimentando. Comprueba que el depósito de agua del generador de vapor está lleno en sus 3/4 partes y siendo así, conéctelo eléctricamente. 5. Mientras se calienta la muestra observa, simultáneamente, el micrómetro y apreciarás una relación directa entre el aumento de la temperatura de la muestra y su longitud. 6. Observa que cuando se dilata el tubo, el micrómetro gira en dirección opuesta, familiarízate con la lectura de la longitud. Espera a que la temperatura del tubo se estabilice, condición de equilibrio térmico. En ese momento anota la temperatura del tubo (T ebullición) y el aumento de longitud o dilatación del tubo ΔL, en la tabla. Físico Yeimmy Londoño Gaitán – @yelogamail - https://www.youtube.com/channel/UCbpf2YwBPuzB26Gn4lHHJLw
DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS
7. Repite el mismo proceso para los tubos restantes. 8. Completa los cálculos que se exigen empleando la ecuación, calcula los coeficientes de dilatación lineal para las tres sustancias estudiadas y sus correspondientes errores. Cobre (α ± Δα)
Acero (α ± Δα)
Aluminio (α ± Δα)
Tabla de valores aceptados, para coeficientes de expansión lineal:
MATERIAL Cobre Acero Aluminio
𝐱 𝟏𝟎−𝟔 17.6 11.3 a 13.5 23.4
BIBLIOGAFIA - Zemansky, M.W; Dittiman, R.H: "Calor y Termodinámica". Mc Graw Hill (1984). - ALONSO, MA & ROJO, O. "Física, Mecánica y Termodinámica". Ed. AddisonWesley, 1987 - Ventus, ciencia experimental
Físico Yeimmy Londoño Gaitán – @yelogamail - https://www.youtube.com/channel/UCbpf2YwBPuzB26Gn4lHHJLw
