BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PA RA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA UNEFA – UNEFA NUCLEO ARAGUA – ARAGUA – SEDE SEDE MARACAY – NUCLEO
CALOR Y DILATACION DE LAS SUSTANCIAS 1. RESUMEN Un cuerpo o sustancia puede variar su contextura o su estado natural en el ambiente, por motivo de la variación en su temperatura natural, en el se observaran los cambios gracias al aumento o disminución de los grados caloríficos de dicho estado natural del material, el calor y dilatación dilatación que se le genera o se se le sea sea suministrado a la sustancia provocara en ella una reacción muy notoria dependiendo ya sea del material o de la sustancia que este en uso, es decir en algunos casos el material cambiara su textura, textura, en otros su estado, estado, pero ambos serán cambios muy evidentes para nuestras observaciones. Este dicho proceso se llevara a cabo con el instrumento calórico indicado, el dilatómetro, en el se darán a conocer cómo cambia o reacciona mediante este proceso una barra de aluminio sometida a dicho calor o cambio creciente de temperatura natural.
2. INTRODUCCIÓN: Al someter un material cualquiera o sustancia a cambios de temperaturas o dilataciones de manera creciente generara en ella una serie de reacciones muy evidentes para la extracción de conocimientos de nuestro escrito, en este caso como material central de nuestra investigación será usado una vara de aluminio que será expuesta a dilatómetro para sus cambios de temperatura, con el fin de observar sus cambios generados, o los cálculos de los coeficiente tanto de la dilatación lineal o de su temperatura del material.
Calor y dilatación están directamente relacionados uno con el otro, ya que al someter un material a una temperatura más alta de lo normal dependiendo del material su contextura, contextura, flexibilidad, longitud, volumen será alterado de su estado natural antes de dicho aumento de calor.
El calor de un cuerpo no es más que un cambio o variación en su temperatura natural la cual viene expresada en grados centígrados, cada sustancia dependiendo del ambiente en que se encuentre posee una temperatura inicial de acuerdo al sitio donde esté ubicado, es decir cada uno dependerá del ambiente en el cual este desenvuelto. La dilatación va de la mano con los cambios calóricos de los cuerpos, al someter un cuerpo a una temperatura mucho mas ascendente de lo normal dependiendo del material o sustancia serán observados cambios en ellos muy evidentes en su textura, su longitud, su volumen entre otras. Como cada material posee un coeficiente de temperatura distinto, es decir no todos por medio del calor reaccionan de la misma manera, o cambia a la misma temperatura. Los coeficientes de dilatación son los cambios crecientes de longitud que experimenta la unidad de la longitud al aumentar su temperatura en un grado específico. Uno de los efectos del cambio de temperatura de un cuerpo es el cambio en sus dimensiones originales, aparte su empleo en los termómetros la dilatación tiene multitudes de aplicaciones una de ella es el termostato, aparato destinado a mantener la temperatura constante, usados en vehículos y otros artefactos, donde la temperatura de un cuerpo o un lugar determinado es continua. El dilatómetro es un instrumento de medición encargado en generar calor para producir un material determinado cambios en sus coeficientes de dilatación. En algunos casos de algunos libros de física los coeficientes de la dilatación lineal media de varios sólidos son comunes en los intervalos de 0 °C a 100°C esto sin contar el hielo que por su condición es de -10 °C a 0°C.
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2.1. Efectos de la dilatación térmica del metal
directamente proporcional al tamaño inicial l 0 y al cambio en la temperatura Γt , es decir:
=
=
.
Donde se llama coeficiente de dilatación lineal, cuya unidad es el recíproco del grado, es decir [°C] -1. 2.5. Dilatación superficial
2.2. Aplicaciones de la dilatación térmica: La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato, como muestra la ilustración. La dilatación tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar. 2.3. Dilatación térmica La dilatación térmica corresponde al efecto en el cual, las sustancias se "agrandan" al aumentar la temperatura. En objetos sólidos, la dilatación térmica produce un cambio en las dimensiones lineales de un cuerpo, mientras que en el caso de líquidos y gases, que no tienen forma permanente, la dilatación térmica se manifiesta en un cambio en su volumen. 2.4. Dilatación lineal Consideremos primero la dilatación térmica de un objeto sólido, cuyas dimensiones lineales se pueden representar por l0, y que se dilata en una cantidad Γ L. Experimentalmente se ha encontrado que para casi todas las sustancias y dentro de los límites de variación normales de la temperatura, la dilatación lineal Γ L es
Es el mismo concepto que el de dilatación lineal salvo que se aplica a cuerpos a los que es aceptable y preferible considerarlos como regiones planas; por ejemplo, una plancha metálica. Al serle transmitida cierta cantidad de calor la superficie del objeto sufrirá un incremento de área: ΓA.
=
=
.
Donde γ se llama coeficiente de dilatación superficial. 2.6. Dilatación volumétrica La dilatación volumetrica de un líquido o un gas se observa como un cambio de volumen ΓV en una cantidad de sustancia de volumen V 0, relacionado con un cambio de temperatura Γt. En este caso, la variación de volumen ΓV es directamente proporcional al volumen inicial V 0 y al cambio de temperatura Γt, para la mayor parte de las sustancias y dentro de los límites de variación normalmente accesibles de la temperatura, es decir:
=
=
.
Donde β se llama coeficiente de dilatación volumétrica , medida en la misma unidad que el coeficiente de dilatación lineal 2 alfa. Se puede demostrar fácilmente usando el álgebra que:
Β= 3α Análogamente se puede obtener el dilatación superficial γ dado por:
coeficiente de
Y= 2α LABORATORIO DE FISICAII
1. ¿La temperatura es un concepto microscópico o macroscópico? Es microscópico, se ve a partir de las partículas pero que está presente en el objeto en si 2. ¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie?
3. CALCULOS Y RESULTADOS 3.1. Para calcular la longitud final del aluminio utilizamos la siguiente fórmula:
(L-Li)=&*Li*(T-Ti) Aluminio L-10=24*10-6*10*(100-20) L=24*10-6*10*800192.
Porque se congelan justamente cuando la temperatura de ambiente es mucho menor a la del lago mismo. Es decir, no se congelan solos, tiene que ver con la temperatura de su entorno. Obviamente, la parte que está en contacto directo con el exterior, es la primera en ser penetrada por el frío, y por ende, se congelan desde la superficie hacia el fondo, pero es un proceso paulatino, no ocurre todo golpe. También si se derritiese el hielo, la parte de la superficie sería la primera en descongelarse, pues el fondo, al llegarle menos calor, tarda más en derretirse. El agua tiende a conservar las temperaturas, y por eso su temperatura no cambia al mismo tiempo que la temperatura de ambiente.
L=10. 0192
Coeficientes
Longitud Final
Aluminio
10,0192
3 . ¿Puede usted explicar por qué la columna de mercurio primero desciende y después sube cuando se expone un termómetro de mercurio al calor? La columna de mercurio sube cuando se expone al calor debido al aumento de temperatura, esto se debe a que la variación de temperatura afecta el volumen del líquido de manera que el mismo se desplaza por el depósito que esta graduado.
4 . ¿Enumere por lo menos 5 aplicaciones en la que interviene la dilatación térmica?
3.2. PREGUNTAS.-
- La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. LABORATORIO DE FISICAII
- Aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar. - Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico. - El conocimiento del coeficiente de dilatación adquiere una gran importancia técnica en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril; estos van soldados unos con otros, por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.
llegara mucho más rápido a tal punto que no habrá más dilatación que el recipiente. 7¿Puede agregarse calor a una sustancia sin hacer que se eleve su temperatura? Si se puede agregar calor a una sustancia sin que se suba su temperatura. Esto sucede cada vez que ocurra un cambio de fase. Por ejemplo, el cambio de fase de líquido a vapor en el agua ocurre a los 100 °C. A atm de presión. Mientras el agua este en ebullición, su temperatura se mantiene fija en los 100 °C, a pesar de que puede seguir bajo la llama de un mechero
8¿De qué depende la capacidad calorífica de un cuerpo? La capacidad calorífica de un cuerpo, es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar 1 °k la temperatura en una determinada cantidad de una sustancia (usando el SI). La capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.
- un vaso al que hachamos agua hirviendo rápidamente, puede estallar, esto se debe a que las paredes interiores que están en contacto con el agua dilatan y la exterior. No le da tiempo.
5. ¿Enumere algunas objeciones para usar el agua dentro de un tubo de vidrio como termómetro?
Elementos comunes y sus coeficientes de calor
a) Por la acción del cambio de temperatura del agua si se pasa del estado natural a hervida el tubo no aguantara y se reventara. b) La densidad del agua es menos densa que la del mercurio es decir, no aguantara lo mismo que puede aguantar el mercurio. c) Por los componentes del agua, su estado natural con el tiempo no permanece de igual forma, es decir del estado líquido con el tiempo se evaporara. 6. ¿Cree usted que la dilatación del líquido y la del recipiente alcanzan la misma temperatura magnitud para una cierta temperatura? No necesariamente ya que dependiendo del recipiente o del líquido, los coeficientes de dilatación de ambas experimentos son diferentes, el líquido por ser más denso que un recipiente de cualquier material al someterse a una temperatura, cambiara su estado siendo dilatado o
9¿De qué depende el calor específico de una sustancia? Se considera una sustancia intensiva, por lo que es representativa de cada sustancia, mientras que la capacidad calorífica, de la cual depende es una propiedad extensiva y es representativa de cada cuerpo particular. 10¿De una explicación de por qué las regiones costeras tienden a tener un clima más moderado que las que se encuentran tierra adentro?
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Las regiones costeras tienen un clima más moderado por que las brisas marinas atenúan el calor durante el día y las brisas terrestres limitan la irradiación nocturna. El agua tiene mucha inercia térmica, es decir, tarda mucho en calentarse, pero también tarda más en enfriarse en comparación con las áreas continentales. Por esto las masas de agua son el más importante agente moderador del clima.
El objeto microscópico pero su origen fundamento va en las partículas más pequeñas.
o
Dilatómetro
4. MATERIALES Y METODOS USADOS:
Dilatómetro
Vara de aluminio
Termómetro
El proceso de experimentación de nuestro trabajo se baso en el desarrollo de la única experiencia desarrollada en el laboratorio, la cual fue denominada experiencia para los cálculos de la dilatación de un material específico por medio de los cambios de su temperatura natural. Se someterá una vara de aluminio a un cambio de temperatura, dicha vara como longitud inicial posee tiene 49,9cm, temperatura inicial o de ambiente 24 °C y como temperatura del aluminio o del material usado 50 °C. A continuación el instrumento que será usado en nuestra experiencia, el dilatómetro será calibrado en 0 y entre punta y punta tendrán una longitud de 50cm, donde el cual por medio del cambio de la temperatura se obtendrán las longitudes finales del material y sus coeficientes de dilatación, dicho coeficiente es proporcional a la variación de la temperatura. La separación inicial de la vara con la punta del dilatómetro es de 1cm aproximadamente, el instrumento comienza a generar calor y a expulsar los gases, luego de unos segundos medimos la temperatura hasta donde el material no varíe es decir no haya más coeficiente de temperatura o de la dilatación. Variación de temperatura
1/L= ΓT/ΓL Por los cambios de temperaturas de un grado para un sólido es de 3α, esto es ΓV= 3 α VΓT. Ya habido hablado de la dilatación lineal que fue utilizada en nuestra experiencia, también podemos acotar que podemos calcularle a él la dilatación cubica, es decir por medio de la siguiente fórmula:
5. DISCUSION.Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, o se encogen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.
L= Lo (1+ α ΑΓ). Coeficiente de dilatación del aluminio = 24*10 -6.
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6. BIBLIOGRAFIA.-
http://www.portalplanetasedna.com.ar/dilatacion.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Dilataci%C3%B3n_t%C3%A9r mica http://quimicalibre.com/efectos-del-calor-la-dilatacion/ http://www.mailxmail.com/b-efectos-del-calor-en-ladilatacion-de-los-solidos
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