FÍSICA II FACULTAD FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES NATURALES
FEBRERO 2015-V
EXPANSION EXPANSION TERMICA C.R Ayrton Giuseppe, C.Z Felix, B.T Luis Alberto , V.L. V.L. Luis Alberto, C.R. Cesar , Z. E. Umiña Celis Esuela !ro"esional #e $n%enier&a Ambiental, Uni'ersi#a# (aional #el Callao .
INTRODUCCION
Las dilataciones de los metales varian cuando se eleva su temperatura unos mas que otros, depend dependie iendo ndo de sus propi propieda edades des termod termodin inámi ámicas cas,, un coefic coeficien iente te que caract caracteri eriza za la propiedad de dilatación es el coeficiente de dilatación lineal, en esta sesión se determinara este coeficiente calentando la varilla con un generador de vapor y midiendo el cambio de longitud con un calibrador milimetrado y la temperatura con un termistor.
Objetivos: • •
Determinar el coeficiente de dilatación lineal de una varilla de cobre , aluminio y bronce. Determinar la relación entre la variación de longitud y la variación de temperatura.
MARCO TEORICO
Los cambios de temperatura
provoca provocarán rán la dilatació dilatación. n. En
afect fecta an el tam tamaño de los los
los los
cuerpos, pues la mayoría de
vibran
ellos se dilatan al calentarse
posiciones !as" sin embargo
y se contraen si se enfrían.
al cale calent ntar arse se aume aument ntan an su
Los gases se dilatan mucho
movi movimi mien ento to y se ale! ale!an an de
más que los líquidos, y éstos
sus
más que los sólidos.
dand dando o
En los los gase gases s y líqu líquid idos os las las
dilatación. #or el contrario, al
partículas
ba!ar
contra
chocan
otras
continua, calientan,
pero
unas
en
forma si
se
chocarán
sólido lidos s
las las
par partíc tícula ulas
alrededor
cent centrros com como la
de
de
vibr vibra ación ión
resul esulta tad do
temperatura
la las las
partículas vibran menos y el sólido se contrae.
DILATACIÓN DE SÓLIDOS $na barra de cualquier metal
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dimensiones% largo, ancho y
un sólido, cuando dos de sus
alto, por lo que su dilatación
dimensiones
es c&bica. 'in embargo en los
mayores que la tercera, y de
cuerpos
coeciente
sólidos,
como
son de
mucho dilatación
alambres, varillas o barras, lo
c&bica, cuando no hay una
más
dimensión
importante
aumento
de
es
el
longitud
que
que
predomine
sobre las demás.
e(perimentan al elevarse la temperatura,
es
decir,
su
dilatación lineal. #ara un sólido en forma de barra,
el
dilatación
coeciente lineal
de
)cambio
porcentual de longitud para un determinado aumento de la
temperatura*
encontrarse
en
puede las
correspondientes tablas. #or e!emplo, el coeciente de dilatación lineal del acero es de + - + /0 1 /+. Esto signica
DILATACIÓN DE LÍQUIDOS #ara los líquidos, el coeciente de dilatación c&bica )cambio porcentual de volumen para un determinado aumento de la temperatura* también puede encontrarse en tablas y se pueden hacer cálculos similares. Los termómetros comunes utili7an la dilatación de un líquido 8por e!emplo, mercurio o alcohol8 en un tubo muy no )capilar* calibrado para medir el cambio de temperatura.
que una barra de acero se dilata en + millonésimas partes
por
cada
2elvin
)+ 2elvin, o + 1, es igual a + grado 3elsius, o + 43*. 'i se calienta un grado una barra de acero de + m, se dilatará ,+ mm.
Esto
puede
parecer muy poco, pero el efecto es proporcional, con lo que una viga de acero de + m calentada grados se dilata ,5 mm, una cantidad que debe tenerse en cuenta en ingeniería. 6ambién se
DILATACIÓN LINEAL Es el incremento de longitud que presenta una arilla de determinada sustancia! con un largo inicial de un metro! cuando su temperatura se elea un grado Celsius . #or e!emplo% una varilla de aluminio de un metro de longitud aumenta .5 metros .5 ( +/0 m* al elevar su temperatura un grado centígrado. A este
incremento se le llama coe"ciente de dilataci#n lineal $ se representa con
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pequeñas variaciones de longitudes y vol&menes. #ara cuanticar este efecto se denen% 3oeciente promedio de e(pansión lineal%
9onde es la longitud inicial. :lgunos coecientes de dilatación lineal de diferentes sustancias se dan en el cuadro siguiente%
Dilataci#n olum)trica $ coe"ciente de dilataci#n olum)trica Dilataci#n c*+ica,- Implica el aumento en las dimensiones de un cuerpo. anc/o! largo $ alto! lo que signi"ca un incremento de olumen! por lo cual tam+i)n se
conoce como dilataci#n olum)trica. Coe"ciente de dilataci#n c*+ica,- Es el incremento de olumen que e0perimenta un cuerpo de determinada sustancia! de olumen igual a la unidad! Al elear su temperatura un grado Celsius. Este coe"ciente se representa con la letra griega +eta &1(. #or lo general, el coeciente de dilatación c&bica se emplea para los líquidos. 'in embargo, si se conoce el coeciente de dilatación lineal de un sólido, su coeciente de dilatación c&bica será tres veces mayor% 1 2 3 ',
Dada una presi#n constante 4 se calcula as5.
2 &6789(& 87 T(:
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Masa
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EXPANSION TERMICA Con una masa de ! gramos unida al .% .# resorte dejarla caer lentamente para obtener % 5 !.&% ".$5 el periodo y la frecuencia.
-ra*i%a obte!i'a
(omamos nota 5 segundos ayudados del sensor de movimiento y obtenemos la grafica
Se&u!'a a%tivi'a':
Co!%(usio!es •
El volumen dilatado o el volumen incrementado es directamente proporcional al volumen inicial y a la variación de la temperatura.
FIARN
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La energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos átomos cambia debido a una transferencia de calor. .9e las e(periencias anteriores, podemos concluir que para presiones
ba!as, constantes, la variación del coeciente de dilatación volumétrica )para la mayoría de gases*, es casi siempre la misma. Esta armación dependerá obviamente de las condiciones iníciales, y las del medio en donde se realice el e(perimento
;ecomendaciones ;erique que las mangueras no tengan perforaciones que no deberían ya que estas afectarán el e(perimento. ;ericar que el espacio a traba!ar este seco para no tener inconvenientes con los equipos.
Re*ere!%ias bib(io&r)*i%as •
6<=:'>, ?. )@* 'istemas de 3omunicaciones Eléctricas. #earson Educación. =é(ico.
•
9<$AL:', A. )* Bísica% #rincipios con :plicaciones.
•
'erCay. Bísica. Editorial =cAraC/Dill )+*. #ág. 5F5
•
=osca Aene, 6ipler #aul :llen. Bísica para la ciencia y la tecnología volumen +. Editor Geverte 0, Edición H. )pág. 5@*
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