DILATACIÓN LINEAL RESUMEN.La prácti práctica ca consis consiste te en determ determinar inar los distint distintos os coeficientes de dilatación lineal de distintos mate materi rial ales es sóli sólido dos. s. Prim Primer eram ament ente e se mide miden n los los tubo tubos, s, luego se coloca una manguera de goma a un generador de vapor y al tubo hueco, mientras el vapor de agua entra dentro dentro el el tubo, tubo, este este se cali calient enta a y se dilat dilata. a. Con Con un term termis isto tor r y un test tester er calc calcula ulamo mos s la temp temper erat atur ura a del del tubo.
Usando
la
ecuación:
α =
∆L
L 0 ⋅ ∆t
calc calcul ulam amos os
el
coeficiente de dilatación. Los resultados fueron: - α del -
I.
acero: α del aluminio: α del cobre:
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA I.1
Objetivo gee!"# Calcul ular ar - Calc
exper experim imen enta talm lmen ente te el coef coefic icie ient nte e de dilatación del cobre, acero y aluminio para un buen uso de estos materiales a distintas temperaturas.
I.$ I. $
Obje Ob jeti tivo vo e% e%&e &e'( '()i )i'o 'o eterm rmin inar ar - ete
expe experi rime ment ntal alme ment nte e la vari variac ació ión n de longitud del cobre en un intervalo de temperatura para para calc calcul ular ar por por form formul ulas as su coef coefic icie ient nte e de dilatación.
- ete eterm rmin inar ar
expe experi rime ment ntal alme ment nte e la vari variac ació ión n de longitud del acero en un intervalo de temperatura para para calc calcul ular ar por por form formul ulas as su coef coefic icie ient nte e de dilatación.
- ete eterm rmin inar ar
expe experi rime ment ntal alme ment nte e longitud del aluminio en temperatura para calcular coeficiente de dilatación.
la un por
vari variac ació ión n intervalo formulas
de de su
1
II.
JUSTI*ICACIÓN !n los procesos de construcción de ma"uinarias, aparatos, viviendas, etc. !n los "ue se usan metales, el ingeniero necesita saber "ue longitud tendrán a la temperatura del medio en la "ue se usaran dichos metales, ya "ue algunos podr#an cambiar considerablemente su tama$o y as# provocar errores graves.
III. +IPÓTESIS La longitud de un metal aumenta proporcionalmente al aumento de temperatura, manteni%ndose en su misma fase sólida.
IV.
VARIABLES
,.1. V"!i"b#e ie&eiete La temperatura. ,.$. V"!i"b#e% e&eiete% La longitud del metal. V.
LIMITES / ALCANCES Lo "ue se alcan&ará con esta práctica será el valor aproximado de coeficiente de dilatación del cobre, acero y aluminio.
VI.
MARCO TEÓRICO
0.1. Di#"t"'i.'umento de tama$o de los materiales, a menudo por efecto del aumento de temperatura. Los diferentes materiales aumentan más o menos de tama$o, y los sólidos, l#"uidos y gases se comportan de modo distinto. 1 (odos los materiales se expanden o se dilatan cuando se les a$ade calor y se contraen cuando se les extrae calor cuyo efecto principal es de variar su temperatura, sin tratar de llegar al punto donde se produ&ca un cambio de fase. !n el caso de un sólido cuando se dilata por el aumento de temperatura e"uivale a afirmar "ue la separación entre sus átomos )o mol%culas* ha aumentado, o sea 1
+iblioteca de Consulta icrosoft - !ncarta - //0. 1 23345//6 icrosoft Corporation.
2
esto es por"ue vibran con mayor amplitud, entonces tienen mayor energ#a cin%tica. 2
0.$. Coe)i'iete% e i#"t"'i #ie"# La variación de longitud de un material es proporcional a la variación de temperatura del mismo material y a su longitud inicial, o sea: ∆L α ∆t
∆L
α
)2* )*
L0
!n conclusión se obtiene: ∆L α L 0 ⋅ ∆t
)4*
Para salvar esta proporcionalidad, se introduce una constante: ∆L = α ⋅ L 0 ⋅ ∆t )6* e donde la constante se denomina coeficiente dilatación lineal, y se la obtiene mediante: α =
∆L
de
)0*
L 0 ⋅ ∆t
!n la tabla se muestran los coeficientes de dilatación lineal de algunas sustancias sólidas, expresados en 7C52.
TABLA I COE*ICIENTES DE DILATACIÓN LINEAL SUSTANCIA de icrosoft //0
VII. MARCO
Porcelana 8idrio 'cero ;ro Cobre Latón 'luminio Cinc
COE*ICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL 34C-15 4 3 2 26 2< 2= 6 3
x x x x x x x x
2/ 5 2/ 5 2/ 5 2/ 5 2/ 5 2/ 5 2/ 5 2/ 5
*2ete +iblioteca Consulta - !ncarta -
CONCEPTUAL
8ás"ue& ”gu#a de laboratorio de f#sica 99”, La Pa& – +olivia, 'gosto //0 2
3
6.1. Di#"t"'i.->e denomina dilatación al aumento de sus dimensiones "ue efecto del calor. 3
experimenta
un
cuerpo
por
6.$. Di#"t"'i #ie"#.- !s la dilatación en la "ue solo se tome barra.
en
cuenta
una
dimensión,
por
!?.:
una
6.7. Di#"t"'i %2&e!)i'i"#.- >e da cuando existe una variación de área, o sea var#a en dos dimensiones.
6.,. Di#"t"'i
'8bi'"
o
vo#29:t!i'".- ;curre
cuando
existe una variación de volumen.
6.;. Re%i%te'i".- propiedad de un ob?eto o sustancia "ue hace "ue se resista u oponga al paso de una corriente el%ctrica. 4
6.0. O<9(9et!o.-
'parato dise$ado resistencia el%ctrica en ohmios. 0
6.6. O<9io.- )e
para
medir
la
ohm *.
m. Fís. Unidad de resistencia el%ctrica del >istema 9nternacional, e"uivalente a la resistencia el%ctrica "ue da paso a una corriente de un amperio cuando entre sus extremos existe una diferencia de potencial de un voltio. )>#mb. @*.
6.=. Te9&e!"t2!".- agnitud f#sica "ue expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente.
VIII.
<
PROCEDIMIENTO E>PERIMENTAL
- 'rmar el sistema para el experimento, "ue consiste
-
en acoplar el generador de vapor al e"uipo de dilatación a trav%s de una manguera flexible. > se debe tapar una de los orificios "ue tiene la tapa de goma del generador de vapor y al otro se debe conectar la manguera flexible. edir la longitud del tubo a la temperatura ambiente. Colocar el tubo metálico en la base del e"uipo de dilatación, la agu?a de inoxidable debe penetrar en
!spino 'ndr%s ”A#sica Aundamental”, ;ruro – +olivia, ?unio del 233<. +iblioteca de Consulta icrosoft - !ncarta - //0. 1 23345//6 icrosoft Corporation. 3
4 5, 6, 7
4
-
-
-
la ranura del blo"ue y el soporte para presionar el resorte con la esfera en el calibrador. '?ustar el tubo de manguera para "ue no se mueva. Conectar el termistor al centro del tubo, alineando con el e?e del tubo, cuidando "ue exista un buen contacto entre ellos. Conectar los terminales del termistor al tester. edir la resistencia B2 del termistor a la temperatura ambiente. 'notar este valor en la tabla correspondiente. 'coplar los conductos o mangueras para transportar el vapor al interior del tubo. Ubicar y su?etar al final del tubo la escala circular. Colocar un blo"ue de madera para levantar la base del e"uipo, de modo "ue el vapor penetre y salga del tubo con facilidad y no existan condensados en su interior. Colocar al otro lado del tubo un recipiente de plástico o vidrio para recoger el vapor condensado. 8erificar "ue la agu?a en la escala circular mar"ue cero. Cuando el tubo se dilate o expanda, la agu?a debe moverse en sentido de las manecillas del relo?. 'coplar o conectar el generados de vapor, cundo comience a fluir el vapor, observar la escala del ohmetro, cuando el valor de resistencia "ue marca se estabilice, medir la resistencia B y anotar los valores en la tabla.
- Begistrar el incremento de longitud del tubo ) ∆L*, "ue marca la agu?a en la escala circular. Cada incremento en la escala circular corresponde a /./2 mm de incremento en la longitud del tubo. >e debe
-
tomar en cuenta, "ue ) ∆L* es la diferencia de la lectura inicial L / y la lectura en la escala circular. Begistre para cada caso el aumento de longitud en el aparato con dispositivo de amplificación. Bepita el procedimiento utili&ando varilla de distinto material.
6.1. Ite!&o#"'i e #" te9&e!"t2!" - Para
una temperatura cual"uiera le#da por el tester, ingresar con este valor a la tabla "ue se proporciona en esta gu#a. >i el valor le#do en ohmios tiene su correspondiente en grados cent#grados de la tabla, no existe problema, la
5
lectura de la temperatura contrario, si el valor le#do tabla, se debe hacer correspondiente entre los superior e inferior.
I>.
es directa. Caso no estuviera en la la interpolación, valores inmediato
ANÁLISIS / TRATAMIENTO DE DATOS TABLA II DATOS DE LABORATORIO R To $ R L L 1 N M"te!i"# 3995 3 5 3 3995 5 1
Cobre
34C5
T)
34C5
T 34C5
<60
24<.=
20.0
/.=
23
<=
03
$ 'luminio
<60
22.6
6/
/.<
2
60
6
7
<60
24=.4
4
/.00
23
03
6/
'cero
*UENTE !laboración Propia
?.1.
C@#'2#o e #o% 'oe)i'iete% 'ob!e "#29iio "'e!o.
e
i#"t"'i
e#
>egn la ecuación )0*: ∆L
α =
L 0 ⋅ ∆t
>ustituyendo y operando:
αcobre=
1.85 x 10-5 [ºC]
αaluminio =
3.91 x 10-5 [ºC]
6
αacero=
>.
1.84 x 10-5 [ºC]
CONCLUSIONES - Los coeficientes de dilatación del: 1.85 x 10-5 [ºC]
5 cobre es 5 aluminio es 5 acero es
3.91 x 10-5 [ºC]
1.84 x 10-5 [ºC]
- La variación de longitud del:
>I.
5
Cobre para un intervalo de temperatura desde 237C hasta <=7C es /.= mm
5
'luminio para un intervalo de temperatura desde 27C hasta 607C es /.< mm
5
'cero para un intervalo de temperatura desde 237C hasta 037C es /.00 mm
BIBLIORA*FA - +iblioteca de
Consulta icrosoft - !ncarta //0. 1 23345//6 icrosoft Corporation. 'ndr%s “A#sica +olivia, ?unio del 233<.
- !spino
Aundamental ”,
;ruro
“Eu#a de laboratorio f#sica básica 99 ” La Pa& – +olivia
- art#ne& Duan Carlos
Ben% ”Eu#a de laboratorio 99”, La Pa& – +olivia, 'gosto //0
- 8ás"ue&
de
-
–
de
f#sica
>II. ANE>OS C2e%tio"!io 7
a* F"u% son los materiales isótropos y anisótroposG b* FHu% sucede con las dimensiones del hueco "ue reali&a en una placa metálica, cuando se la dilata la mismaG c* FCómo se determina la longitud de la varilla a la temperatura de /7C y cual es el valor para cada una de las varillas utili&adasG d* FHu% error se podr#a cometer en la medición de la temperatura en los recipientes y no en el interior del tuboG e* FHu% es coeficiente de dilatación superficial y cbica, y cual es la relación con el coeficiente de dilatación linealG f* F!xpli"ue la dilatación de los cuerpos a nivel atómicoG
Re%&2e%t"%.a* 9sótropo.5 "ue tiene las mismas propiedades en toda su extensión. 'nisótropo "ue sus propiedades var#an en regiones de su cuerpo. b* Las dimensiones del hueco de un cuerpo cuando se dilata son las mismas con si estuviera relleno. c* >egn la relación presentada en la ecuación )0* es como se calcula la longitud de la varilla a /7 C. d* Hue habr#a mucha p%rdida de calor hasta el momento de medir. e* !l coeficiente de dilatación superficial es una constante de proporcionalidad para un ob?eto "ue se dilata en dos dimensiones y el coeficiente de dilatación cbica es la constante para una dilatación tridimensional. f* ' nivel atómico cuando aumenta la temperatura de un cuerpo los átomos comien&an a moverse con mayor velocidad, por"ue ad"uieren más energ#a, as# estos se van separando, siendo mayor la fuer&a de repulsión "ue la de atracción.
8
