Practica 8 - LAB Fisica II - Equipo 2 PDF

Preview

Summary

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓNFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICALABORATORIO FISICA IIPráctica 8Dilatación LinealINSTRUCTOR: Roel Castañeda GomezSEMESTRE: JUNIO - JULIO 2021BRIGADA: 107MATRICULA NOMBRE PROGRAMA EDUCATIVO1945835 Ximena Contreras Rodriguez IMA1947235 Diego Patricio Castañe...

Description

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

LABORATORIO FISICA II Práctica 8 Dilatación Lineal INSTRUCTOR: Roel Castañeda Gomez SEMESTRE: JUNIO - JULIO 2021 BRIGADA: 107

MATRICULA

NOMBRE

PROGRAMA EDUCATIVO

1945835

Ximena Contreras Rodriguez

IMA

1947235

Diego Patricio Castañeda Flores

IAS

1947538

Jared De Leon Rodriguez

IEA

1964706

Erick Adrián Calvo Villarreal

ITS

FECHA DE ENTREGA: 12/07/21

HIPÓTESIS:

En esta práctica se analizará un sistema de dilatación lineal para determinar el coeficiente de dilatación de una varilla metálica a la cual le vamos aplicar calor mediante un baño de temperatura constante, trataremos de predecir qué pasará con su comportamiento en procesos diferentes. El principal objetivo de esta práctica es de que observemos que la dilatación de la varilla metálica es proporcional a la variación de temperatura a la cual es sometida la varilla. ¿Qué les ocurre a las dimensiones de un objeto metálico cuando varia su temperatura? El cambio en la temperatura del objeto (por medio del agua caliente) provocará una dilatación, por lo tanto, habrá un cambio en la longitud de la varilla. Se cree que los metales tienen la capacidad de aumentar su tamaño al aplicarles calor ya que en muchos objetos prácticos se puede notar este cambio aunque de un estado líquido a gas, se espera que suceda lo mismo de un proceso de solido a líquido. Pero todo esto se validará durante la práctica y los resultados obtenidos.

MARCO TEÓRICO: Dilatación lineal

Dilatación lineal es la variación de la longitud de un cuerpo, como respuesta a una variación en la temperatura. Aunque cualquier cuerpo puede dilatarse, los cálculos se aplican básicamente, a los metales. La dilatación se debe a que las partículas del cuerpo, empleó su energía cinética cuando absorben calor. Como consecuencia, aumenta la amplitud de sus movimientos. La dilatación lineal ocurre cuando un objeto experimenta dilatación a causa de una variación de temperatura, predominantemente en una sola dimensión. Ello se debe a características propias del material o a su forma geométrica. Se produce cuando predomina una dimensión frente a las otras dos. Ejemplos de cuerpos que se dilatan linealmente son: varillas, alambres, barras... La dilatación lineal de un cuerpo viene dada por la expresión: l=l0⋅⋅(1+λ⋅⋅ ΔT)

¿En qué consiste la dilatación lineal?

En un material sólido, los átomos mantienen sus posiciones relativas más o menos fijas alrededor de un punto de equilibrio. Sin embargo, debido a la agitación térmica, siempre están oscilando en torno al mismo. Al aumentar la temperatura, también aumenta la oscilación térmica, haciendo que las posiciones de oscilación media cambien. Esto es

debido a que el potencial de enlace no es exactamente parabólico y tiene asimetría alrededor del mínimo. Fórmula de la dilatación lineal y su coeficiente.

Para medir la dilatación lineal, partimos de una longitud de inicial L y una temperatura inicial T, del objeto del que se le quiere medir su dilatación. Supongamos que dicho objeto es una barra cuyo largo es L y las dimensiones de la sección transversal son mucho menores que L. Primero se somete dicho objeto a una variación de temperatura ΔT, de tal que la temperatura final del objeto una vez que se haya establecido el equilibrio térmico con la fuente de calor será T’= T + ΔT. Durante este proceso, la longitud del objeto también habrá cambiado a un nuevo valor L’= L + ΔL, donde ΔL es la variación de la longitud. Se define el coeficiente de dilatación lineal α como el cociente entre la variación relativa de longitud por unidad de variación de temperatura. La siguiente fórmula define el coeficiente de dilatación lineal α: 𝛼=

∆𝐿 𝐿 ∙ ∆𝑇

Dilatación térmica

De una forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o líquido), aumentamos la agitación de las partículas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partículas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatación térmica). Por otra parte, una disminución en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones (construcción térmica).

En resumen La dilatación térmica es el proceso por el cual los cuerpos aumentan su volumen cuando se aumenta su temperatura.

Tipos de Dilatación

1. Dilatación Lineal 2. Dilatación superficial 3. Dilatación Volumétrica

Calor

Calor es un tipo de energía que se produce por la vibración de moléculas y que provoca la subida de la temperatura, la dilatación de cuerpos, la fundición de sólidos y la evaporación de líquido. De una forma genérica, es una temperatura elevada en el ambiente o en el cuerpo. Se aplica también para referirse al modo de realizar algo con pasión, fervor y entusiasmo. De una forma simbólica, también expresa afecto, cariño. Procede del latín calor, calōris. Temperatura.

Procedimiento:

-Para esta práctica lo primero que se debe hacer es despejar el coeficiente de expansión de la fórmula que conocemos, después obtenemos o medimos los otros valores necesarios como la longitud de la barra, para obtener la temperatura inicial observamos el aparato antes de encenderlo. -Después debemos calibrar el micrómetro para mostrar la escala necesaria; teniendo esto sólo queda encender el equipo y esperar, el procedimiento que realiza el equipo es que se caliente el agua y la hace circular por toda la barra, aumentando su temperatura y por consiguiente su longitud. -La barra está controlada para crecer sólo hacia un lado, por lo que el micrómetro nos dice la diferencia de longitud. -Al tener todos los datos, sólo queda sustituirlos en la fórmula y obtener el coeficiente de las dos barras 3 veces para hacer un promedio de cada una y visualizar en una tabla de valores a qué material corresponde este.

CÁLCULOS:

Δ𝐿 . 02mm = 1 𝑥 10−4 = 𝐿𝑖 Δ𝑇 50 cm(4) Δ𝐿 . 02mm 𝜶= = = 8 𝑥 10−5 𝐿𝑖 Δ𝑇 50 cm(5) 𝜶=

Temperatura Valor del Desviación Temperatura Longitud Longitud Coeficiente Diferencia Inicial micrómetro Inicial inicial Final de de expansión Temperatura 𝑇𝑓 𝑇𝑖 Δ𝐿 𝐿𝑖 𝐿𝑓 α Δ𝑇 37°C

.02mm

.04mm

41°C

50 cm

50.02cm

1 𝑥 10−4

4°C

51°C

.02mm

.06mm

56°C

50 cm

50.02cm

8 𝑥 10−5

5°C

44°C

.02mm

.09mm

54°C

50 cm

50.01cm

4 𝑥 10−5

10°C

71°C

.02mm

.11mm

84°C

50 cm

50.01cm 3.07 𝑥 10−5

Δ𝐿 . 02mm = 4 𝑥 10−5 = 𝐿𝑖 Δ𝑇 50 cm(10) Δ𝐿 . 02mm 𝜶= = = 3.07 𝑥 10−5 𝐿𝑖 Δ𝑇 50 cm(13) 𝑳𝒇 = 𝐿𝑖 +α𝐿𝑖 Δ𝑇= 50+1 𝑥 10−4(50)4°C= 50.02cm 𝜶=

𝑳𝒇 = 𝐿𝑖 +α𝐿𝑖 Δ𝑇= 50+8 𝑥 10−5(50)5°C= 50.02cm 𝑳𝒇 = 𝐿𝑖 +α𝐿𝑖 Δ𝑇= 50+4 𝑥 10−5(50)10°C= 50.01535cm 𝑳𝒇 = 𝐿𝑖 +α𝐿𝑖 Δ𝑇= 50+3.07 𝑥 10−5(50)13°C= 50.01995cm

Gráficas:

13°C

DESARROLLO:

Materiales y aparatos - Calentador de agua - Varilla metálica de diferentes materiales - Termómetro - Cinta métrica - Micrómetro • Para comenzar despejaremos el coeficiente de expansión de la fórmula que conocemos. • después obtenemos o medimos los otros valores necesarios como la longitud de la barra. • Y con esto vamos a obtener la temperatura inicial la cual observaremos antes de encenderlo. • Se calibrará el micrómetro y se esperará para observar cómo se calienta el aparato del laboratorio. • Se obtendrán los datos y mediciones de temperatura necesarias. • Posteriormente se realizarán los caculos.

PREGUNTAS:

Concluya acerca del comportamiento de los materiales durante un proceso de calentamiento. R= Durante el calentamiento los materiales tienden a dilatarse haciendo que sufran un cambio físico a lo largo y ancho, cada material tiene un coeficiente de dilatación lineal diferente.

¿Es importante para las instalaciones tecnológicas tener en cuenta las variaciones de las dimensiones de los materiales sometidos a cambios de temperatura? Si o no y por qué R= Sí, es importante porque cada material reacciona diferente a los cambios de temperatura por esto hay que estar documentado del material que se va a usar para obtener el mejor provecho de sus propiedades.

CONCLUSIÓN: Como conclusión puedo decir que analizamos lo que viene siendo un sistema de dilatación lineal para calcular el coeficiente de dilatación de una varilla metálica, como objetivo principal de esta práctica fue el observar que la dilatación de la varilla metálica sea proporcional a la variación de temperatura a la cual fue sometida la varilla. La hipótesis que fue planteada sobre los metales y su dilatación finalmente después de realizar la práctica se pudo corroborar que fue verídica, gracias a el trabajo en equipo y mucho empeño logramos concluir esta práctica satisfactoriamente. Tenemos como nombre que la “dilatación lineal” es la variación de la longitud que tiene un cuerpo, como respuesta a la variación que da la temperatura. Todos los cuerpos pueden dilatarse, pero los cálculos se aplican principalmente, a los metales. Como un ejemplo podemos mencionarles el simple hecho de la expansión térmica en las vías del tren, estás están sujetas a temperaturas extremadamente altas a medida que pasan los vagones y la agitación de sus átomos hace que el ferrocarril se expanda....