Laboratorio dilatacion termica

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Laboratorio dilatacion termica

  1. 1. Dilatación Térmica Carlos Mario Altamar Estrada Universidad del Atlántico Ingeniera Mecánica Fecha de entrega: 07/24/2013 Resumen Mediante este informe 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 una varilla de cobre con la cual se experimentó un fenómeno conocido como dilatación térmica, que al variar su temperatura, se produce un aumento lineal de su longitud. El volumen, el área o la longitud de estos materiales (metales) son aumentados con la temperatura pero no serán tratados en este informe. A partir de la realización de esta experiencia podemos analizar el proceso de dilatación térmica que sufren los sólidos, y enfocarnos en determinar el coeficiente de dilatación lineal térmica que sufre una varilla homogénea. La dilatación es un fenómeno físico que presentan todos los materiales, que consiste en el aumento de la longitud de un material a al aumentarle la temperatura a este. Con este informe se lograron resolver algunas dudas tenidas anteriormente en la vida cotidiana. El coeficiente de dilatación del cobre obtenido fue , con un margen de error del 10.58%. Palabras claves: dilatación térmica, coeficiente de expansión lineal, coeficiente de dilatación volumétrica, variación de la temperatura, variación de la longitud. Abstract This report was studied by linear expansion of a solid as a result of temperature change, also calculating the linear expansion coefficient. Worked with a copper rod with which experienced a phenomenon known as thermal expansion, that by varying the temperature, there is a linear increase in length. The volume, area or length of these materials (metals) are increased with temperature but not addressed in this report. After performing this experiment we analyze the process of thermal expansion suffering solids, and focus on determining the linear thermal expansion coefficient which undergoes a homogeneous rod. Dilation is a physical phenomenon which present all materials, which consists of increasing the length of a material to this temperature increase you. This report is taken to resolve some doubts earlier in everyday life. The coefficient of expansion of copper was obtained , with an error margin of 10.58%. Keywords: thermal expansion coefficient of linear expansion, volume expansion coefficient, variation in temperature, variation in length. * cmaltamar@gmail.com
  2. 2. Universidad del Atlántico 1. Introducción El objetivo general de esta práctica es obtener el coeficiente de dilatación térmica lineal del cobre. Además como objetivo específico observar el fenómeno de la dilatación lineal en cuerpos sólidos cuando son sometidos a calentamiento y comparar los diferentes coeficientes de dilatación de cada material. 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, transformándose en Trabajo Mecánico, cuyo resultado es el aumento del volumen o Dilatación, demostrable por medio de una simple experiencia. Aplicaremos calor a una barra metálicas de cobre y observaremos su dilatación lineal, ya que el material está constituido por átomos, entre más lejos estén los unos de los otros, se atraen, y entre más cerca estén, se repelen. Entonces, al aplicar un cambio de temperatura en una varilla los átomos que la componen, aceleran su movimiento, así chocando unos con otros. Por esto la varilla tiende a cambiar su longitud para que sus átomos vuelvan a estar estables. Por lo cual, se define dilatación lineal de la barra metálica: "al número que representa el aumento que adquiere la unidad de longitud de esta cuando su temperatura se eleva". * cmaltamar@gmail.com
  3. 3. Universidad del Atlántico 2. Discusión Teórica Cualquier tipo de material tiende a experimentar un fenómeno conocido como Dilatación térmica esto produce un aumento lineal de longitud al variarle la temperatura del mismo produciendo en este efectos tales como: La expansión lineal y expansión volumétrica. 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 entre las moléculas crece, expandiéndose así el cuerpo, o contrayéndose si es enfriado. Estas expansiones y contracciones causadas por variación de temperatura en el medio que le rodea. Dilatación Lineal: Es el incremento de longitud que presenta una varilla de determinada sustancia, al momento de de aumentar su temperatura interna se logra observar una alargamiento con respecto de su longitud inicial gracias al delta de temperatura que es sometida la varilla L L0 T (Ecuación 1) Donde: α=coeficiente de dilatación lineal [1/C°], Lo= Longitud inicial. L= Longitud final, = Temperatura inicial, T = Temperatura final. En intervalos de temperaturas comprendidas entre 0°C y 100°C, la dilatación lineal es proporcional al aumento de temperatura. Así, puede verse que cuando se duplica o triplícala temperatura de una varilla, el alargamiento de ésta igualmente se multiplica por dos o por tres. La dilatación lineal es proporcional a la longitud inicial del cuerpo dilatado. Si este es homogéneo en la naturaleza de su composición, todas las unidades de su longitud se dilatan por igual, por lo que el alargamiento total aumentará cuanto mayor sea la longitud inicial del cuerpo que se calienta. Figura 1 * cmaltamar@gmail.com
  4. 4. Universidad del Atlántico 3. Métodos Experimentales Para realizar esta experiencia se necesitaron los siguientes elementos: Termostato de inmersión. cubeta. Dilatómetro. Termómetro y soporte. Varillas de cobre (637 mm Long). Mangueras o tubos plásticos. En primera instancia se eligió la varilla y se montó en el dilatómetro fijando a este dos mangueras por las cuales circulara el agua a cierta temperatura que llegará a la varilla, luego se procedió a llenar con agua a temperatura ambiente (29 C°) el dilatómetro, luego se sumergió el termómetro en esta agua para así medir la temperatura de la misma en intervalos fijos y por último se calibró el dilatómetro colocándolo en cero. Una vez todo listo se enciende el termostato y se toman las mediciones del dilatómetro cada cinco grados, tomando así un total de 10 medidas las cuales son tabuladas y posteriormente graficadas para su respectivo análisis. Datos Experimentales El incremento de la longitud de una varilla con la temperatura depende de su longitud inicial y del gradiente de temperatura aplicado , en la forma: ((Ecuación 1) Al observar la similitud de la ecuación 1 con la ecuación lineal se deduce que esta puede ser graficada de tal forma y que el valor de su pendiente puede ayudar a encontrar el coeficiente de dilatación lineal de cada varilla. Donde, son constantes. Teniendo (Ecuación 2) Hallamos el valor de la pendiente que atravesó la gráfica y despejamos el coeficiente de dilatación lineal de la ecuación 2. * cmaltamar@gmail.com
  5. 5. Universidad del Atlántico ( ° C) 0.06 34 0.11 39 0.16 44 0.21 49 0.26 54 0.31 59 0.35 64 0.40 69 0.45 74 0.50 79 Tabla 1 4. Análisis de Resultados y Discusión Ecuación de la recta  Según la gráfica el coeficiente experimental lo podemos hallar utilizando el valor de la pendiente y la ecuación 2. Calculo de errores: el valor obtenido experimentalmente se relaciona con el valor teórico de la constante de dilatación del cobre, encontrando así el error relativo. * cmaltamar@gmail.com
  6. 6. Universidad del Atlántico 5. Conclusiones Gracias a esta práctica de laboratorio se pudo determinar experimentalmente el coeficiente de dilatación lineal del cobre. Los valores experimentales obtenidos no fueron de alta exactitud debido a las condiciones en que fueron tomados ya que existen variables difíciles de controlar como son el contacto permanente de la varilla con el dilatómetro el cual en momentos no era permanente y el aspecto de cada varilla. Gracias a esta práctica se aprendió que los materiales se dilatan cuando experimentan aumento de temperatura y que este coeficiente es diferente para cada material y por tanto cada material adoptará diferentes características que los harán óptimos para aplicaciones dadas. Con esta información obtenida se puede deducir que el conocer los diferentes coeficientes de dilatación lineal de los materiales es de mucha importancia, sobre todo en nuestra carrera ya que será un factor fundamental a la hora de seleccionar algún material para un requerimiento dado. Agradecimientos Quiero agradecerle al profesor Alexander Oliveros, docente de la Universidad del Atlántico, por su guía en el desarrollo de este laboratorio, y a mis compañeros de clases por su gran trabajo de equipo. Referencias [1]. http://es.wikipedia.org/wiki/Dilataci%C3%B3n_t%C3%A9rmica [2]. http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/dilatacion-termica [3]. http://www.slideshare.net/dpiguave/dilatacion-termica-generalidades [4]. http://aula.tareasplus.com/Juan-Camilo-Botero/Fisica-Clasica/Dilataciontermica-de-liquidos * cmaltamar@gmail.com

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