FÍSICA II
FACULTA FACULTAD D DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES NATURALES
JUNIO 2015-A 2015- A
DILATACIÓN LINEAL I.K Fernáne! "#$r%!& C. '#()án C*n%r& +.J. M%,( +$(&K.J. On$(( +(ere&K.L. "#$/e R()%/&M. $$()/ Escuela Profesion Profesional al de Ingeniería Ingeniería Ambiental, Ambiental, Universidad Universidad Nacional Nacional del Callao Callao Av. Av. Juan Juan Pablo Segundo Segundo 3!, 3!, "ellavista Callao Callao
Re($!(% e 1 e 3#n$% e 20154 re/en(% e 26e 3#n$% e 2015 RESUMEN
Mediante este informe se estudió la expansión lineal de un sólido como consecuencia del cambio de la temperatura, calculando también su coeciente de expansión lineal. Se trabajó con una varilla de metal con la cual se experimentó un fenómeno conocido como dilatación térmica, que al variar su temperatura, se produce un aumento lineal de su longitud. El volumen, el área o la longitud de estos materiales metales! son aumentados con la temperatura. " partir de la reali#ación de esta experiencia podemos anali#ar el proceso de dilatación lineal térmica que sufren los sólidos, $ enfocarnos en determinar el coeciente de dilatación térmica que sufre una varilla %omogénea. &a dilatación es un fenómeno f'sico que presentan todos los materiales, que consiste en el aumento de la longitud de un material al aumentarle la temperatura a este. (on este informe se lograron vericar lo estudiado en teor'a $ entender lo que sucede en la vida cotidiana. Palabras claves . : )ilatación lineal, coeciente de dilatación lineal .
INTRODUCCIÓN El presente trabajo es acerca de la dilatación lineal, e lineal, este ste trabajo tiene el fin de consolidar nuestros conocimientos sobre el tema, con el fin también de hacernos conocer los cambios que sufren los materiales con respecto a sus longitudes por medio de las variaciones de temperatura. Con la terminación del trabajo sabremos el significado de la palabra dilatación, sus leyes, etc. El calor que que se comunica a un cuerpo se divide en dos partes: una que se conserva y es perceptible, que calienta el cuerpo y la otra que desaparece en cuanto a calor, transformándose enrabajo enrabajo !ecánico, !ecánico, cuyo resultado es el aumento del volumen o "ilatación#, demostrable por medio de una simple e$periencia. %plicaremos calor a tres barras metálicas cobre cobre,, hierro y aluminio y observaremos su dilatación lineal &una dimensión' (e define dilatación lineal de la barra metálica: #al n)mero representa el aumento que adquiere la unidad de longitud &mm, *m, cm, etc.' de esta cuando su temperatura se eleva en un grado Celsius#.
FUNDAMENTO TEÓRICO
1.1Dilatación 1.1Dilatación lineal +a dilata dilatació ción n es un efecto efecto natural natural muy conocid conocido o y que ocurre cuando las dimensiones de los cuerpos aumentan en presencia de la elevación de la temperatura, salvo algunas e$cepciones que veremos mucho más adelante o quiá en otro post. +o curioso de la dilatación es que cuando este fenó fenóme meno no ocur ocurre re,, desp despué ués s de cier cierto to tiem tiempo po y que que la temper temperatu atura ra vuelve vuelve a su estado estado origin original al o normal normal,, todo todo cuerpo dilatado vuelve a su estado inicial.
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FÍSICA II
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES
JUNIO 2015-A
DILATACIÓN LINEAL 1.2 ¿Por qué ocurre la dilatación?
(i bien la dilatación es un fenómeno natural pero con una determinada e$plicación, y esto se basa desde su origen, es decir- todo lo que ocupa un lugar en el espacio tiene masa y a su ve está formada por un conjunto de átomos. ecordar: En los sólidos los átomos están demasiados juntos y ordenados unos a otros, eso da que tenga la forma estructural que lo caracteria, también conocida como red cristalina del sólido. %l conservar esa estructura, los átomos al elevarse la temperatura tienden a separarse a cierta distancia unos a otros, eso ocasiona que el sólido aumente de tama/o, es decir: que se dilate. 0agamos ahora el siguiente análisis con una barra de aluminio.
1o sé que a más de uno, las ecuaciones le causan mucha confusión, pero es fácil poder analiarlo, veamos lo siguiente. %l analiar el fenómeno, establecamos que la barra de aluminio está en condiciones iniciales, es decir, a temperatura inicial, y longitud inicial.
2ara ello, le pongamos nombre. 2or lo contrario +34 +ongitud 5nicial
+4 +ongitud 6inal
o4 emperatura 5nicial
4 emperatura 6inal
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+
Entonces, una variación de temperatura produce una di latación. +os cient7ficos empearon a medir distintas barras con diferente material para ver el comportamiento que ten7an al someterse a diferentes cambios de temperatura, entonces se dieron cuenta que la dilatación, depende de la longitud inicial y del aumento de temperatura, siendo proporcional a ambos, es decir.
Esto quiere decir que, esa ecuación nos permite calcular la dilatación de cualquier dimensión lineal8 (in embargo para fines de los ejercicios aqu7 resueltos, vamos a usar esa misma fórmula pero más desglosada. +a diferencia de longitud, entra la final y la inicial está dada por la ecuación:
eemplaando este valor en nuestra ecuación principal %hora esto nos queda.
"espejando la longitud final.
6actoriando el segundo miembro
ecordar también que-
Es decir, la temperatura final menos la temperatura inicial, nos da la diferencial de temperatura. En la fórmula también observamos una letra del alfabeto griego, 9alfa Esa constante de proporcionalidad, la reemplaaremos por cualquier coeficiente de dilatación lineal, es decir- el aluminio, el cobre, el vidrio com)n tienen distintas constantes de dilatación, pues no todos alcanan la misma longitud al dilatarse, algunos más que otros, y otros menos. 1.3. Coeficientes de dilatación .
;eamos la siguiente tabla de coeficientes de dilatación.
!%E5%+E( 1 E<=523(
ubo de aluminio >enerador eléctrico de vapor egla "ilatómetro ester !anguera eloj&que mide la dilatación'
23CE"5!5E?3
(e monta el sistema en el cual se va a trabajar .(e inserta la barra de metal sobre el dilatómetro las cuales van conectados por medio de un cable, el reloj que mide la dilatación, se calibra en @ para as7 medir la dilatación. % la barra metálica ya conectada al dilatómetro se le inserta una manguera que está conectada al generador eléctrico de vapor para que as7 el vapor fluya dentro de la barra metálica ya ocurre la transmisión de calor responsable de la dilatación. El tester se calibra a AB@* y se conecta al dilatómetro para medir la resistencia y por medio de una tabla de conversiones registrar la temperatura. +uego de medir la temperatura inicial y la longitud inicial se deja pasar el vapor, registrando la dilatación y paralelamente la temperatura .y luego se procede a realiar los cálculos. E(=+%"3(
?umero de ensayo D
emperatura
esistencia
∆ T
∆L
D@D.
AF.GH
II.HG
Dcm
A H
[email protected] [email protected]
AF.BJG AF.GHF
II.IG II.BG
Acm Hcm
F B
.B J.G
AB.DAB AG.FFA
IF.G GB.@G
Fcm Bcm
G I
GA.I AA.D
HB.FHB GD.HH
HJ.DG KA.FF
Gcm Icm
!
¿ @.@@DGH gr. −5
Constante de dilatación 4 A.F $
∆L
10
−3
4 J.GD$ 10
cm
C3?C+=(53?E( D' A' H'
F'
"el e$perimento podemos concluir que el fenómeno de dilatación lineal es natural de todos los cuerpos pero de manifiesta en diferente proporción seg)n sea la naturalea del material. El e$perimento es una demostración de la relación lineal que e$iste entre la temperatura y la variación de la longitud. 3bservamos que el tubo de aluminio se dilataba casi al m7nimo contacto con el vapor de agua caliente, esto debido a que el aluminio, al igual que todos los metales, son buenos conductores térmicos. +os cambios de temperatura que ocurrieron dentro del laboratorio fueron muy influyentes en el desarrollo del trabajo práctico generando una temperatura relativamente dentro del laboratorio.
