ABSTRACT
RESUMEN
.
INTRODUCCION Y OBJETIVOS En esta práctica estaremos calculando el coeficiente de dilatación lineal en un sólido en este caso una varilla metálica, de diferentes materiales. Aplicaremos calor a tres barras metálicas cobre, latón y aluminio y observaremos su dilatación lineal (una dimensión). Analizaremos la grafica de la curva obtenida de temperatura vs el alargue de la varilla. Los objetivos que pretendemos alcanzar en esta práctica de laboratorio son los siguientes: • • •
El objetivo de este trabajo practico es calcular experimentalmente el coeficiente de dilatación lineal a para tres barras metálicas homogéneas de latón, aluminio y cobre respectivamente. Explicar a nivel atómico la dilatación de un sólido con la temperatura. Identificar las Características de α (coeficiente de dilatación lineal).
MARCO TEORICO En física el efecto de que 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, se denomina dilatación.
• 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 ΔL. Experimentalmente se ha encontrado que para casi todas las sustancias y dentro de los límites de variación normales de la temperatura, la dilatación lineal ΔL es directamente proporcional al tamaño inicial l0 y al cambio en la temperatura Δt, es decir:
= donde [°C]-1.
=
.
se llama coeficiente de dilatación lineal, cuya unidad es el recíproco del grado, es decir
• Dilatación superficial Es el mismo concepto que el de dilatación lineal salvo que se aplica a cuerpos a los que es aceptable y preferible considerar como regiones planas; por ejemplo, una plancha metálica. Al serle transmitida cierta cantidad de calor la superficie del objeto sufrirá un incremento de área: ΔA.
=
=
.
donde γ se llama coeficiente de dilatación superficial.
• Dilatación volumétrica La dilatación térmica de un líquido o un gas se observa como un cambio de volumen ΔV en una cantidad de sustancia de volumen V0, relacionado con un cambio de temperatura Δt. En este caso, la variación de volumen ΔV es directamente proporcional al volumen inicial V0 y al cambio de temperatura Δt, 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. Se puede demostrar fácilmente usando el álgebra que:
Análogamente se puede obtener el coeficiente de dilatación superficial γ dado por:
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
P
DATOS OBTENIDOS Básicamente en el laboratorio empleamos el sensor, donde obtuvimos los siguientes datos: Sabiendo que: •
La longitud inicial de la barra fue de: 41cm
Después del procedimiento experimental, anteriormente realizado, obtuvimos:
GRAFICOS Aluminio:
ANALISIS 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? Este fenómeno se debe a que en este sistema lo que primero se caliente es el vidrio, lo que provoca que este se expanda y el mercurio descienda para ocupar el espacio dejado por la dilatación del mismo. Luego de este proceso el mercurio asciende hasta encontrar su equilibrio térmico marcando la temperatura a la que se encuentra el agua2. Una placa metálica tiene un orificio circular. Si se incrementa la temperatura de la placa, ¿aumenta o disminuye el área del orificio?. Explique. Si a la placa metálica se le aumenta la temperatura en esta se va expandir el orificio aumentando el radio del mismo provocando un aumento en el área del orificio (A=πr²) Si una lamina tiene hueco el área de esta se dilata en la misma proporción del material que lo rodea. Para demostrarlo se puede imaginar el hueco lleno de material de la lamina y después de la dilatación se quita este material en consecuencia el área del hueco que queda es igual al área del material sustraído.
3.
¿El coeficiente de dilatación lineal de cualquier material es mayor cuando se expresa en °C-1 o en °F-1?
4.
¿Es posible que una varilla metálica, en un proceso de dilatación térmica, se alargue un 5%?
CONCLUSIONES
A través de la realización de la práctica, se pudo comprobar de forma experimental, que la dilatación térmica teórica tanto del aluminio, latón como el cobre, se asemejan y se aproximan a la dilatación térmica experimental realizada en el laboratorio, teniendo en cuenta la temperatura a que fue expuesta y a su respectivo cambio de longitud.
BIBLIOGRAFIA • •
WILSON, Jerry D. Física con aplicaciones, Segunda Edición. Editorial McGraw-Hill, 1991. SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.
