ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALINSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FISICA B

Título de la práctica:

Dilatación Térmica

Profesor:

Ing. José Alexander Ortega Medina

Nombre:

Robert Roca Figueroa

Fecha de entrega del informe:

Miércoles, 20 de julio de 2011

Paralelo:

6

Año - Término:

I Término 2011

RESUMEN:

Mediante esta práctica se estudió la expansión lineal de un sólido como consecuencia del cambio de la temperatura, calculando también su coeficiente de expansión lineal.

Se trabajó con varillas de hierro (Fe), cobre (Cu) y una de vidrio, con la cual se experimentó un fenómeno conocido como dilatación térmica, que al variar temperatura a estos cuerpos, se produce un aumento lineal de longitud.

El volumen, el área o la longitud de estos materiales son aumentados con la temperatura.

Se calculó experimentalmente el coeficiente de expansión de estos materiales y se comparó a los valores teóricos para determinar de qué material son dichos materiales.

OBJETIVO:

Determinar el coeficiente de expansión lineal de diferentes materiales.

EQUIPO: Dispositivo para dilatación térmica (figura 1) Generador de vapor Regla Termómetro

FUNDAMENTO TEÓRICO:

La materia se expande cuando es calentada y se contrae cuando es enfriada. La cantidad de expansión es considerable en los gases, es apreciable en los líquidos y pequeña en los sólidos. Sin embargo, aún en los sólidos la cantidad de expansión es de tal magnitud que no puede ser despreciada en el diseño de maquinaria y aparatos industriales, particularmente si se espera sea considerable la variación de temperatura.

Este fenómeno se explica por la teoría de la Energía Cinética Molecular de la Materia. De acuerdo con esta teoría la energía cinética (y por lo tanto la velocidad) de las moléculas de una sustancia se incrementa con el incremento de la temperatura, si las moléculas adquieren gran energía se mueven con gran velocidad y chocan unas otras violentamente dando como resultado que su distancia media resulte aumentada.El volumen, el área o la longitud del material entonces son aumentadas con la temperatura.

200mm

4mm

∆x

e

En el caso de varillas metálicas o alambres esta expansión es mayor en longitud (expansión lineal).

En la figura 2, sea L1 la longitud de la varilla de metal a la temperatura inicial t 1 y L2 su longitud a alguna temperatura t 2. El coeficiente de expansión lineal definido como el cambio en longitud por unidad de la longitud original por cambio en grados de la temperatura.

Expresado como una fórmula:

α=L2−L1

L1(t¿¿2−t1)¿

Si:

L2−L1=e

Entonces:

α= eL1(t¿¿2−t1)¿

Determinación de e

e4mm

= ∆ x200mm

e= 150∆x

Vidrioe

8mm= ∆ x200mm

e= 125

(∆ x )

Además la longitud de un cuerpo a la temperatura t (°C) está dada por la ecuación:

LT=L0(1+α ∆ t)

Donde L0 representa la longitud inicial de la varilla.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Dispóngalos aparatos en la forma indicada en la figura 1.2. Mida la longitud inicial L1 de la varilla y regístrela en el informe de esta

práctica.3. Tome la lectura inicial de la temperatura ambiente.4. Encere la escala5. Conecte la manguera del generador de vapor, espere que salga vapor y

déjelo escapar por un minuto o más. Tome entonces varias lecturas en la escala y anote la temperatura en el desfogue.

6. Completamos las preguntas que se encuentran al final de la práctica.

TABLA DE DATOS:

Material

L1±1,0(mm) ∆ x ±1,0 (mm) T 1(⁰C ) T 2(⁰C )

Fe 495 19 24 95

Cu 495 30 24 93

vidrio 495 6 24 90

CÁLCULOS:

Determine el incremento en la longitud de la barra (e)

Barra de Hierro (Fe)e= 150∆x

e= 150

(19)

e=0 ,38 [mm ]

Barra de Cobre (Cu)e= 150∆x

e= 150

(30)

e=0 ,6 [mm ]

Barra de vidrio e= 125∆ x

e= 125

(6)

e=0 ,24 [mm]

Obtenga el coeficiente de dilatación lineal de la varilla utilizada en esta práctica

α= e

495 (t¿¿2−t1)=

∆ x50

495( t¿¿2−24)(Cu y Fe )=

∆ x25

495( t¿¿2−24)(vidrio )¿¿

¿

Barra de Hierro (Fe)α= ∆ x

24750(t ¿¿2−24 )¿

α= 1924750(95−24)

α=1 ,08 x10−5 [ ºC−1 ]

Barra de Cobre (Cu)α= ∆ x

24750(t ¿¿2−24 )¿

α= 3024750(93−24)

α=1 ,75x 10−5 [ ºC−1 ]

Barra de vidrio α= ∆ x

24750(t ¿¿2−24 )¿

α= 612375(90−24)

α=7 ,35 x10−6 [ ºC−1 ]

Encuentre la diferencia relativa entre el valor teórico y el valor experimental del coeficiente de dilatación lineal. Utilice la diferencia % = (Teo - Exp)(100%)/Teo

%Fe=|1,20 x10−5−1,08 x10−5

1,20 x10−5 |x100%=10 ,0%

%Cu=|1,70x 10−5−1,75 x 10−51,70 x 10−5 |x 100%=2,94%

% vidrio=|0,7 x10−5−0,73 x10−5

0,7 x10−5 |x 100%=4,0%

TABLA DE RESULTADOS:

Material

L1±1,0(mm) ∆ x ±1,0 (mm) e (mm) T 1(⁰C ) T 2(⁰C )

Fe 495 19 0,76 24 95

Cu 495 30 0,6 24 93

vidrio 495 6 0,12 24 90

GRÁFICOS:

DISCUSIÓN:

Equipo de práctica

Tabla de datos: La temperatura final t 2 influye en nuestros cálculos del valor del incremento en la longitud de la barra (e). La toma correcta de estos datos será importante para la obtención de resultados con errores mínimos.Cálculos: Aplicar correctamente las fórmulas y datos fue la clave para que la práctica tenga éxito. Calculamos el incremento en la longitud de la barra (e) y el coeficiente de dilatación lineal (α), se obtiene valores aproximados lo que se puede decir que los cálculos fueron los correctos.Tabla de resultados: Terminando de realizar los cálculos, se procede a completar la tabla. Se puede apreciar los efectos que tiene cada barra, su temperatura final, dilatación lineal, etc.Observación: La correcta observación de estos experimentos, nos llevarán a una correcta explicación de estos fenómenos.Resultados: Como resultados tenemos la explicación de los fenómenos que hemos observado.

CONCLUSIONES:

Determinamos valores que fueron aproximadas a los resultados esperados.

Las fórmulas expuestas cumplen con la aproximación de resultados, según los cálculos que hicimos.

Como resultados obtuvimos: α=1 ,08 x10−5 [ º C−1 ], α=1 ,75x 10−5 [ ºC−1 ], α=7 ,35 x10−6 [ º C−1 ], entonces pudimos concluir que los materiales con que trabajamos fueron: hierro, cobre y vidrio respectivamente, ya que sus valores experimentales se aproximan al valor teórico de estos.

Al calcular el valor de hierro obtuvimos un 10% de error comparado con el valor teórico, al calcular el valor del cobre se obtuvo un 2.94% de error comparado con su valor teórico, y un 4% de error para el vidrio. Los errores son aceptable y se puede decir que la práctica fue desarrollada exitosamente.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:

Guía de Laboratorio de Física B.Física Universitaria – Sears, Zemansky.