Determinacin de la longitud de onda de un laser de He-Ne con el interferometro de Michelson

Laboratorio de Fsica Calor y Ondas Grupo: bdL- Mesa: 1

Resumen

La prctica de laboratorio, que se describir a continuacin consisti bsicamente en conocer a que hace referencia el concepto de dilatacin lineal. Adems se aplic el concepto a ciertos materiales para demostrar la reaccin que produce la temperatura, es decir, los cambios de longitud que sufren los materiales a dicha temperatura.

Palabras clavesDilatacin lineal, longitud, temperatura

Abstract

The practice of laboratory, to be described below basically consisted of know as referred to the concept of linear expansion. Also applied the concept to certain materials to demonstrate the reaction which produces temperature, i.e., the length changes suffering materials at that temperature.

KeywordsLinear expansion, length, temperature

UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICASREA DE LABORATORIO DE FSICA FACULTAD DE INGENIERA

5

1. Introduccin

El calor que se comunica a un cuerpo se divide en dos partes: una que se conserva y es perceptible, que calienta el cuerpo y la otra que desaparece en cuanto a calor, transformndose en Trabajo Mecnico, cuyo resultado es el aumento del volumen o Dilatacin. Aplicaremos calor a dos barras metlicascobre y hierro, y observaremos su dilatacin lineal. La dilatacin lineal es aquella en la cual predomina la variacin en una nica dimensin, o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo. La experiencia muestra que los slidos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfran.

2. Fundamentos TericosEn algunas situaciones al variar la temperatura ocurren cambios en sus dimensiones por medio de un proceso al que llamamos Dilatacin: Es un proceso en el cual cambian las dimensiones de los slidos, lquidos y gases (como el cobre, hierro, etc.). En el momento en que vara la temperatura y presenta una presin constante. De una forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (slido o lquido), aumentamos la agitacin de las partculas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partculas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatacin trmica). Por otra parte, una disminucin en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reduccin en sus dimensiones (construccin trmica)

En la construccin civil, por ejemplo, para prevenir posibles trincas y rupturas por causa de dilatacin trmica de los materiales, se utilizan folgas llamadas como juntas de dilatacin.

Tipos de Dilatacin

Dilatacin LinealDilatacin SuperficialDilatacin Volumtrica

2.1 Dilatacin lineal El alargamiento de una varilla es directamente proporcional a la elevacin de la temperatura y al largo inicial de la varilla. Tambin es la expansin trmica que involucra el cambio de longitud de un cuerpo, se expresa de la siguiente forma:

Enun slido las dimensiones son tres, pero si predomina slo el largo sobre el ancho y el espesor o altura, como ser una varilla o un alambre, al exponerse a la accin del calor habr un incremento en la longitud y no as en el ancho y espesor llamada dilatacin lineal. Se ha demostrado en un laboratorio de Fsica al utilizar varillas de igual longitud y de distintas sustancias (hierro, aluminio, cobre) que el incremento en su largo (L) es diferente, dependiendo as de la naturaleza del material.

Imagen 1

2.2 DilatmetroEs un instrumento cientfico para medir el cambio del volumen. Son instrumentos utilizados para medir la expansin/contraccinrelativa de slidos en diferentestemperaturas.Un uso familiar de dilatmetro es el termmetro de mercurio, en el cual el cambio en el volumen de la columna del lquido se lee de una escala graduada. Porque el mercurio tiene una expansin termal bastante constante sobre gamas de temperaturas normales, los cambios de volumen se pueden relacionar directamente con la temperatura.2.3 Coeficiente de dilatacin Elcoeficiente de dilatacines el cociente que mide el cambio relativo delongitudovolumenque se produce cuando un cuerpo slido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio detemperaturaque lleva consigo unadilatacin trmica.=

Tabla 1

2.4 Mnimos cuadrados

Mnimos cuadradoses una tcnica deanlisis numricoenmarcada dentro de laoptimizacin matemtica, en la que, dados un conjunto de pares ordenados: variable independiente, variable dependiente, y una familia de funciones, se intenta encontrar lafuncin continua, dentro de dicha familia, que mejor se aproxime a los datos (un "mejor ajuste"), de acuerdo con el criterio demnimo error cuadrtico.

3. Desarrollo experimentalPara esta experiencia utilizamos los siguientes materiales: Cobre Dilatmetro Termmetro Pinza Regla de madera Como primera instancia medimos el cobre en la regla para hallar su longitud y su temperatura ambiente. Luego de esto lo colocamos en el dilatmetro para tomar su temperatura. Este dilatmetro tiene su escala en la que con ella cogamos tres intervalos y se prenda el fuego.

Imagen 1: temperatura del cobre

4. Clculos y anlisis de resultados

Tabla 2.NoLongitudinicialVariacin de la longitudTemperatura inicialTemperatura finalVariacin de la temperaturaCoeficiente de dilatacin linealCoeficiente de dilatacin lineal promedio

11790.12640141,19x

0,65x

1790.22648220,76x

1790.32656300,55x

1790.42664380,44x

1790.52674480,34x

21760.12636102,27x

1760.22640141,62x1,31x

1760.32644181,26x

1760.42654280,81x

1760.52664380,59x

Anlisis:En esta tabla se aprecia las temperaturas y las variaciones de estas mismas, tambin se observa la variacin de longitud, con estos datos podemos obtener el coeficiente de dilatacin lineal del elemento con el que se trabajo

Grafica 1.

?? Vs ??

Grafica 2.

En ambas graficas se aprecia que van ascendiendo a medida que se va aumentando la dilatando la varilla la variacin de temperatura aumenta tambin. Comparando el valor que aparece en las tablas de coeficiente de dilatacin del hierro es de 1,2x hallamos el error absoluto y el valor exacto y luego el porcentual. Error absoluto: Valor real- valor obtenido: Error relativo: 1,2x - 0,65x= 0,6xPorcentualmente seria 0,6x* (100) = 0,06 % de errorComparando el valor que aparece en las tablas de coeficiente de dilatacin del cobre es de 1,7x hallamos el error absoluto y el valor exacto y luego el porcentual. Error absoluto: Valor real- valor obtenido: Error relativo: 1,7x 1,2x= 1,1xPorcentualmente seria 1,1x * (100) = 0,1 % de error

5. CONCLUSIONTras realizar los respectivos experimentos en el laboratorio se puede concluir, que mediante la prctica realizada se logr determinar el coeficiente de dilatacin lineal. En el presente procedimiento los diferentes instrumentos utilizados nos permitieron obtener un valor experimental para la barra metlica (cobre) en el cual aplicamos calor.Se presentaron errores muy bajos ya que trabajamos con un dilatmetro a gas que sirvi para que los datos fusen ms exactos.

6. BIBLIOGRAFIA

Fsica Fundamental 1. Michael Valero. Editorial Norma,Colombia. 1996. Dilatacin lineal, En lnea, Disponible en [http://www.slideshare.net/ernestoyanezrivera/dilatacion-6802215] [ 22/03/2014] Dilatacin, En lnea, Disponible en [http://www.siiti.com.ar/prof-eugenio/dilata.htm] [22/03/2014]