Dilatacion de solidos -unsa PDF

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Summary

La dilatación térmica es el proceso mediante el cual se calienta un cuerpo sólido, la energía cinética de sus átomos aumenta de tal modo que las distancias de sus moléculas crecen, expandiéndose así el cuerpo o contrayéndose si es enfriado.
Si la expansión térmica es suficientemente pequeña en...

Description

DILATACIÓN LINEAL DE UN METAL A. Competencia Observar la expansión térmica lineal de un sólido. Determinar el coeficiente de dilatación lineal de sólidos, utilizando las relaciones matemáticas. B. Fundamentos teóricos La dilatación térmica es el proceso mediante el cual se calienta un cuerpo sólido, la energía cinética de sus átomos aumenta de tal modo que las distancias de sus moléculas crecen, expandiéndose así el cuerpo o contrayéndose si es enfriado. Si la expansión térmica es suficientemente pequeña en relación con las dimensiones iniciales de un objeto, el cambio en cualquier dimensión es, hasta una buena aproximación, proporcional al cambio de temperatura. Suponga que un objeto tiene una longitud inicial Li a lo largo de alguna dirección en alguna temperatura y la longitud aumenta en una cantidad ΔL para un cambio en temperatura ΔT. Ya que es conveniente considerar el cambio fraccionario en longitud por cada grado de cambio de temperatura, el coeficiente de expansión lineal promedio α se define como:

α=

∆L Li

(1)

∆T

Los experimentos demuestran que α es constante para pequeños cambios de temperatura. Para propósitos de cálculo, esta ecuación por lo general se reescribe como ∆ L=α Li ∆T

(2)

O como Lf − Li=α Li (T f −T i)

(3)

Donde Lf es la longitud final, Ti y Tf son las son las temperaturas inicial y final, respectivamente, y la constante de proporcionalidad α es el coeficiente promedio de expansión lineal para un material determinado y tiene unidades de (°C)-1.

Figura1. Cambio a la longitud de una varilla con un cambio en su temperatura

DILATACIÓN LINEAL DE UN METAL C. Cuestionario previo 1. Para una expansión térmica, ¿En que rango de temperaturas, se cumple que la variación de longitud ∆ L es directamente proporcional a la variación de temperatura ∆ T ?.

2. Dos cuerpos (varillas) del mismo material tienen las mismas dimensiones y aspecto exteriores, pero uno está hueco y el otro no. Si se aumenta su temperatura por igual, ¿su expansión lineal es la misma o distinta? ¿Por qué?.

3. Investigue y presente una tabla de los valores de coeficientes de dilatación lineal de diversos materiales, incluya el coeficiente de dilatación lineal del latón y del cobre.

DILATACIÓN LINEAL DE UN METAL D. Materiales, equipo y esquema           

Un dilatómetro lineal. Una varilla (probeta) de Latón. Una varilla (probeta) de Cobre. Una conexión de salida con conducto flexible y expansión terminal. Un batiente móvil fin de curso. Un Termómetro. Un matraz con tapón de hule, de 200 ml. Una cocina. Una pinza. Una regla de 50 cm. Una franela

Figura 1: Batiente móvil fin de curso tocando en la puntera del reloj comparador

Figura 3: Montaje del equipo

Figura 2: Posición de varilla

E. Procedimiento experimental y toma de datos 1. Arme el equipo según la figura 3, siga los pasos 2, 3, 4,5. 2. Fije la varilla de latón como se muestra en la figura 2, verifique si el batiente móvil fin de curso está tocando en la puntera del reloj comparador como se muestra en la figura 1. Verifique que todos los tornillos (no el micrométrico) se encuentren bien ajustados para que ellos no contribuyan al error experimental. 3. Verifique que la escala del reloj está indicando cero de referencia. 4 Llene de agua aproximadamente la mitad del matraz, coloque el tapón en el matraz, el tapón debe contener el termómetro y la conexión de salida con conducto flexible. (el termómetro y el conducto flexible no deben estar dentro del agua). 5 Coloque el matraz sobre la cocina, sujételo con una pinza al trípode. El profesor debe verificar el montaje del equipo antes de comenzar el experimento. 6

Usando una cinta métrica o regla metálica, determine la longitud inicial dela varilla de latón. La longitud inicial Li es la distancia entre los dos puntos de apoyo (esta es la parte de la varilla que tendrá influencia sobre la lectura del medidor). Registre su dato en la tabla 1

7 Mida la temperatura inicial

T i del sistema. Registre su dato en la tabla 1

8 Conecte la fuente de calor; espere a que se genere el vapor y que la varille alcance su equilibrio térmico. 9 Anote la lectura del reloj comparador ∆ L (el momento para tomar esta lectura es 15 segundos después de la estabilización en el reloj comparador). Registre su dato en la tabla 1 10 Mida la temperatura final Ti de la varilla. Registre su dato en la tabla 1 11 Retire la varilla de latón y coloque la varilla de Cobre, y repita los pasos 2, 3, 6, 7, 9, 10. Tabla 1:……………………………………………………… ∆ L() Li ( Ti ( ) ) Latón Cobre

Tf

F. Análisis de datos 1. Con base a los datos de la tabla 1, utilizando la ecuación 2, determine el coeficiente de dilatación lineal α y su incertidumbre de las varillas de latón y cobre. α Laton =( ±)

α cobre =( ±)

G. Comparación y evaluación 1. Compare porcentualmente los valores teóricos y experimentales de los coeficientes de dilatación Comente sus resultados.

H. Conclusiones 1. Tomando en cuenta la competencia, la toma de datos experimentales, los resultados y las comparaciones del experimento, escriba detalladamente las conclusiones.

I. Cuestionario final 1. A simple vista ¿Se nota la expansión de la varilla? ¿Por qué se tiene que usar un reloj comparador para medir los cambios de longitud?

2. ¿Qué factores influyen en la obtención experimental de los de los coeficientes de dilatación ?...