Universidad Del Norte
Abril 28 de 2010 N.R.C : 1912 Laboratorio de Física Calor y Ondas
LABORATORIO DE FISICA CALOR Y ONDAS DILATACION TERMICA
Maria Ximena Hoyos email:
[email protected] Ingeniería Civil
Karol Sastoque email:
[email protected] Ingeniería Industrial
Alexandra Solano email:
[email protected] Ingeniería Civil
Luis Combita email:
[email protected] Ingenieria civil
1. Objetivos: Determinar los coeficientes de dilatación lineal de varillas metálicas homogéneas. 2. Actividades de fundamentación teórica: Antes de llegar al laboratorio debes indagar acerca de los siguientes aspectos: Explicación a nivel atómico de la dilatación de un sólido con la temperatura. Interpretar la expresión L o = L o (1 +
T ) de la dilatación lineal de un
sólido. Características de
(coeficiente de dilatación lineal).
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3. Procedimiento: En esta experiencia se utilizan los sensores de temperatura y del movimiento de rotación, para medir la dilatación de una varilla que experimenta un cambio en su temperatura. Se utiliza el programa Data Studio para trazar las gráficas de dilatación y temperatura en función del tiempo, y de dilatación de la varilla en función de la temperatura, las cuales permiten establecer la relación empírica de la dilatación en función de la temperatura y determinar los coeficientes de dilatación de los materiales cobre, aluminio y latón. 4. Configuración del ordenador.
Está programado. 4.1. Calibración del sensor y montaje del equipo. Está programado el siguiente un montaje como se indica en la figura
4.2. Toma de datos:
Mida la longitud de la varilla (l0) a la temperatura del laboratorio. Tome la longitud desde el centro del pin hasta la arandela que ajusta la varilla en el otro extremo del aparato de expansión. Llene con agua el recipiente del generador de vapor hasta las ¾ partes, de inicio en DataStudio, encienda el generador de vapor. Cuando la varilla e haya dilatado y la temperatura estabilizado, apague el generador y pare.
Universidad Del Norte Observe las graficas de muestran la dilatación de la varilla en función del tiempo y el cambio de temperatura en que ocurre dicha dilatación e identifique el intervalo de temperaturas donde realmente se produjo la dilatación. Consigne los datos,
Ly
T , en una tabla de valores.
Repita el experimento para las otras varillas. A partir de los datos de la Tabla, calcule el coeficiente de dilatación lineal
para
cada una de las varillas. Compare los valores teóricos de
con los obtenidos experimentalmente y
calcule el porcentaje de error. Cuáles son las principales fuentes de error en el experimento?
4.2.1 Tablas Tabla 1 Material
L o (mm)
L (mm)
T (o C )
Aluminio
41
0.70
62.5
Cobre
42
0.55
67.3
Latón
41
0.57
68.4
Tabla 2: Coeficientes de dilatación lineal Material
x10-6(
1 ) C
(experimental)
o
Error relativo por ciento
Aluminio
2.4
2.7x10-5
12.5%
Cobre
1.7
1.9x10-5
14.1%
Latón
2.0
2.1x10-5
1.5%
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PREGUNTAS:
1. Cuando un termómetro de mercurio en vidrio a temperatura ambiente se sumerge en agua caliente, la columna de líquido inicialmente desciende y luego sube ¿a qué se debe este fenómeno?
Cuando introducimos el termómetro en el agua caliente, lo primero que recibe calor es el vidrio del termómetro, el cual se dilata y aumenta de sección el diámetro interior del tubo, así al ser mayor el área, el mercurio baja. Al momento el mercurio recibe suficiente calor para que todo esté a la misma temperatura, el mercurio empieza a subir. Una vez estabilizado el mercurio se puede tomar entonces las mediciones exactas.
2. Una placa metálica tiene un orificio circular. Si se incrementa la temperatura de la placa, ¿aumenta o disminuye el área del orificio? Explique.
En una placa con orificio, por medio de la dilatación superficial de los materiales, se puede comprobar que el tamaño del orificio también aumenta, dilatándose como si la placa estuviese entera.
3. ¿Es posible que una varilla metálica, en un proceso de dilatación térmica, se alargue un 5%? L=
0.05 L o =
Lo L T
T = 5/100
T
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Por la anterior ecuación nos damos cuenta que una varilla no se puede alargar un 5% ya que los coeficientes de dilatación están en el orden de 10-5, el
T entonces debe
estar en el orden de los miles para q la varilla se dilate, lo cual se encuentra muy lejos de los puntos de fusión de la mayoría de los materiales
