Dilatacion Termica

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  • 1. ERICK CONDEPARALELO 4OBJETIVOSDeterminar el coeficiente de expansin lineal de diferentes materiales. RESUMENMediante esta prctica estudiaremos la expansin lineal de un slido como consecuencia del cambio de la temperatura, calculando tambin su coeficiente de expansin lineal. INTRODUCCINSucede a menudo que podemos aflojar una tapa de metal apretada de un frasco sometindola a la accin de un chorro de agua caliente. Al elevarse loa temperatura, la tapa de metal se dilata ligeramente con relacin al frasco del vidrio. No siempre es deseable la dilatacin trmica, las tuberas de las refineras suelen tener un bucle de expansin, con el fin de que la tubera no se deforme al elevarse la temperatura.Los materiales usados para obturaciones dentales tiene la propiedad de dilatacin similares a la de los esmaltes de los dientes. En la fabricacin de aeroplanos se disean a menudo remaches y otros afianzadores de modo que deben ser enfriados en hielo seco antes de su insercin, dejando luego que se dilaten para logra el ajuste perfecto.Los termmetros y los termostatos pueden estar basados en al diferencia de dilatacin entre los componentes de una laminilla bimetlica; vase en la figura adjunta.

2. ERICK CONDEPARALELO 4 Laminilla bimetlica, que consta de una laminilla de latn y una laminilla de acero soldadas entre s, a temperatura T0. A temperaturas ms altas de T0 se dobla como se muestra; a temperaturas ms bajas se dobla en sentido opuesto. Muchos termostatos funcionan segn este principio, usando el movimiento del extremo de la laminilla para formar o romper un contacto trmico En un termmetro de tipo bastante comn, la laminilla bimetlica tiene forma helicoidal, de modo que se enrolla y desenrolla con los cambios de temperatura; vase en la figura adjunta. Termmetro basado en una laminilla bimetlica. L a laminilla tiene forma helicoidal, que se enrolla y desenrolla al cambiar la temperatura. 3. ERICK CONDEPARALELO 4Los conocidsimos termmetros de lquido dentro del vidrio se basan en el hecho de que lquidos tales como el mercurio o el alcohol se dilatan en un grado diferente (mayor) de lo que hacen sus recipientes de vidrio. Podemos entender esta dilatacin considerando un modelo sencillo de la estructura de un slido cristalino. Los tomos se mantienen juntos en un arreglo regular por medio de fuerzas elctricas, que son como las que serian ejercidas por un conjunto de resortes que uniesen a los tomos. Podemos entonces formarnos un a imagen del cuerpo slido como si fuera un colchn de resortes microscpicos.Estos resortes son bastantes rgidos y no son ideales en absoluto, existiendo alrededor de 1023 de ellos por centmetro cbico. Los tomos de los slidos estn vibrando a cualquier temperatura. L amplitud de las vibraciones es de alrededor de 10-9 cm, mas o menos un dcimo de un dimetro atmico, y la frecuencia es de alrededor de 10-13 Hz. 4. ERICK CONDEPARALELO 4 Cuando aumenta la temperatura, los tomos vibran con una amplitud mayor, y la distancia promedio entre los tomos aumenta. Un slido se comporta en muchos sentidos como si fuese una coleccin de tomos unidos por fuerzas elsticas (representadas aqu por resortes) Esto conduce a una dilatacin de todo el cuerpo slido. El cambio en cualquier dimensin lineal del slido, tal como su longitud, su ancho, o su espesor, se llama dilatacin lineal. Si la longitud de esta dimensin lineal es L, el cambio de temperatura T causa un cambio en la longitud L. Por medio de la experimentacin hallamos que, si T es lo suficiente pequea, este cambio de longitud L es proporcional al cambio de temperatura T y a la longitud L. Por lo tanto, podemos escribir l = L T(Expansin trmica lineal)Donde , llamada el coeficiente de dilatacin trmica lineal, tiene valores diferentes para materiales diferentes de modo que tiene el significado de un cambio fraccionario en longitud por grado de cambio de temperatura. 5. ERICK CONDEPARALELO 4Teniendo en cuenta estas ideas, debera serle usted posible demostrar que, con un alto grado de presicion, el cambio fraccionario en el rea A por cambio de temperatura en grados de un slido isotrpico es 2, es decir A = 2 A T (Expansin trmica superficial)Un aumento en la temperatura suele aumentar el volumen de materiales tanto lquidos como slidos. Al igual que en la expansin lineal, se ha visto experimentalmente que, si el cambio de temperatura T no es muy grande, el aumento de volumen es aproximadamente proporcional a v y al volumen inicial V0 V = V0 T (Expansin trmica volumtrica)La constante se caracteriza las propiedades de expansin de volumen de un material dado; se llama coeficiente de expansin volumtrica. Las unidades de y son (1/K) (1/C) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEQUIPO UTILIZADO Dispositivo para dilatacin trmica Generador de vapor Regla Termmetro 6. ERICK CONDE PARALELO 4 A) MEDICINDEL COEFICIENTE DEDILATACINLINEAL DE UN SLIDO.1. Disponga los aparatos en la forma indicada en la figura. 2. Mida la longitud inicial L1 de la varilla y regstrela en elinforme de esta prctica.3. Tome la lectura inicial de la temperatura ambiente.4. Encere la escala.5. Conecte la manguera del generador de vapor, espere quesalga vapor y djelo escapar por un minuto o ms. Tomeentonces varias lecturas en la escala y anote latemperatura en el desfogue 7. ERICK CONDEPARALELO 4 RESULTADOS TABLA DE DATOSL1 (m)X (mm) T1 (C) T2 (C) 0.487 0.00533.0 0.5 26.0 0.198.0 0.1 0.487 0.00524.0 0.5 26.0 0.198.0 0.1 Incremento en la longitud de la barra (e)x (x)e =e = 5050e1 = X1/50e1 = (x1)/50 e1 = 33.0/50 e1 = 0.5/50 e1 = 0.66 mm e1 = 0.01 mm e2 = X2/50e2 = (x2)/50 e2 = 24.0/50 e2 = 0.5/50 e2 = 0.48 mm e2 = 0.01 mm 8. ERICK CONDE PARALELO 4 Coeficiente de dilatacin lineal de la varilla e e[ L(T 2 T 1)] + e[ L(T 2 T 1) + ( T 2 + T 1)] a =L(T 2 T 1) a =[ L(T 2 T1)] a1 = e1 / L(T2- T1) a1 = 0.66*10-3/ 0.487(98-26) a1 = 1.8*10-5 (C) -1a1 = [ e1[L(T2-T1)] + e1[ L(T2-T1)+(T2+T1)]] / [L(T2-T1)] 2 a1 = [0.01*10-3 [0.487(98-26)] + 0.66*10-3[0.1(98-26)+(0.1+0.1)]] / [0.487(98-26)] 2 a1 = 0.4*10-5 (C) -1 a2 = e2 / L(T2- T1) a2 = 0.48*10-3/ 0.487(98-26) a2 = 13.2*10-6 (C) -1a2 = [ e2[L(T2-T1)] + e2[ L(T2-T1)+(T2+T1)]] / [L(T2-T1)] 2 a2 = [0.01*10-3 [0.487(98-26)] + 0.48*10-3[0.1(98-26)+(0.1+0.1)]] / [0.487(98-26)] 2 a2 = 0.3*10-6 (C) -1 a1 = (1.8 0.4) *10-5 [C] -1a2 = (13.2 0.3) *10-6 [C] -1 9. ERICK CONDE PARALELO 4 ERROR DE LA PRCTICA terico (cobre) = 1.7 * 10-5 (C) -1 terico exp erimental%=terico1.7 1.8%=1.7 * 100 % % = 5.88 terico (hierro) = 12.0 * 10-6 (C) -1 terico exp erimental%=terico12.0 13.2%=12.0 * 100 % 10. ERICK CONDEPARALELO 4% = 10 DISCUSINLos clculos que realizamos arrojaron como resultado (1.8 0.4) *10-5 [C] -1 y (13.2 0.3) *10-6 [C] -1 por lo que podemos decir que corresponde al coeficiente de dilatacin trmico del cobre y el hierro respectivamente, pero como toda prctica se presentan errores, donde fue en un 5.88% y 10% respectivamente, surgen por ciertos factores que se deben considerar, como es al momento de medir la longitud inicial de la varilla y la temperatura inicial, ya sea por el mal uso de los instrumentos, o por la falta de presicin al momento de registrar las mediciones. Elegirbiennuestrosistema dereferencia, no deben existir fuerzas horizontales de compresin sobre los extremos de la varilla adems no debe tener ondulaciones, el material no debe poseer aleaciones y su densidad debe ser homognea, tratar de ser lo mas preciso al tomar la temperatura final (temperatura a la que se dilata el cuerpo). Teniendo en cuenta todas esta consideraciones nuestra practica ser lo mas precisa permitindonos acercarnos mas a los valores deseados 11. ERICK CONDE PARALELO 4CONCLUSINGracias a la prctica se pudo determinar el coeficiente de expansin lineal de diferentes cuerpos que en nuestro caso resulto ser el cobre y el hierro.Los efectos comunes de cambios de temperatura son cambio de tamao y de estado de materiales. Cuando aumentamos la temperatura se incrementa la distancia media entre los tomosdebido a la absorcin de energa, esto conduce a la dilatacin del cuerpo slido conforme se eleva la temperatura.Por lo que observamos que el coeficiente de dilatacin trmica lineal es una constante de proporcionalidad que relaciona la dilatacin con la variacin de temperatura y sta constante es propia de cada material. ANEXOSa) De acuerdo a los resultados obtenidos, de qu metalest hecho la varilla? Explique.Una vez realizado todos los clculos, los resultados queobtuvimos se asemejan al coeficiente de dilatacin trmicadel cobre y del hierro, por lo que podemos concluir queestn hechos de estos materiales.b) Tomando en cuenta el aparato que utiliz, seale porqu no se obtuvo una concordancia exacta en la preguntaanterior.Debido al mal uso del equipo, como tambin no ser, precisosal momento de registrar las mediciones, elegir bien nuestrosistema de referencia, las temperaturas tomadas deben ser 12. ERICK CONDEPARALELO 4 lo mas precisa para que nuestros resultados se aproximen alos deseados. c) Indique alguna aplicacin prctica de utilizar una varilla bimetlica En los interiores de los termostatos existe una varilla bimetlica, que consta de una laminilla de latn y una laminilla de acero soldadas entre s. A temperaturas ms altas de T0 se doblan; a temperaturas ms bajas se doblan en sentido opuesto, usando el movimiento del extremo de la varilla se puede formar o romper un contacto trmico. d) Por qu no es conveniente llenar completamente el tanque de gasolina de un automvil? Cuando el automvil est en funcionamiento, se calienta, producto de este calentamiento, la gasolina en el interior del vehculo se expande, por lo que al momento de llenar el tanque se lo hace parcialmente, ya que si se lo hara por completo la gasolina se derramara o podra provocar el rompimiento del tanque de gasolina a cambien de esta expansin volumtrica. BIBLIOGRAFA Sears, Zemansky, Young y Freedman. Fsica universitaria. Alonso, M. y Finn, E. Fsica Pearson. http://www.monografias.com/ Serway. Fisica univers