Expansion
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Fïsica re-Creativa – S. Gil y E. Rodríguez 1 Objetivo En este experimento nos proponemos estudiar la variación de las dimensiones de un sólido cuando cambia su temperatura. Más específicamente, determinaremos el coeficiente de dilatación lineal de un material sólido. Introducción Es bien conocido el hecho de que un sólido se expande (contrae) cuando se lo calienta (enfría). La expansión o contracción del cuerpo de una dada dimensión L viene dada por: ( T L L T T L T L f f ∆ = ∆ - = a a 0 0 0 bien o ) ( 1 ) ( (1) donde a es el coeficiente de dilatación lineal, L 0 su longitud a T=T 0 y D L el valor del cambio de longitud al incrementarse la temperatura desde T 0 hasta la temperatura T f ; D T= T f – T 0 . I Actividad Determinación del coeficiente de dilatación térmica Para estudiar la dilatación térmica de un sólido se propone construir el dispositivo ilustrado en la Figura 1. El mismo consiste en un tubo de aluminio, cobre u otro metal que se desee estudiar. Es aconsejable un tubo de paredes delgadas (no más de 1.5 mm de espesor) y cuyo diámetro esté entre los 7 mm y unos 30 mm. Un clavo fino (de diámetro entre 1 a 2 mm), que atraviesa perpendicularmente un sorbete de gaseosa o varilla de madera blanda que servirá como fiel indicador, se coloca debajo de un extremo del tubo (ver figura 1). El otro extremo del tubo se lo fija a la mesa con una prensa. Se determina la longitud de tubo entre la mordaza y la ubicación del clavo de diámetro d. Detrás del fiel es útil disponer de un goniómetro (transportador) para medir el ángulo q entre el fiel y la vertical. Expansión térmica
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Fsica re-Creativa S. Gil y E. Rodrguez
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Objetivo
En este experimento nos proponemos estudiar la variacin de las dimensiones de un slido cuando cambia su temperatura. Ms especficamente, determinaremos el coeficiente de dilatacin lineal de un material slido. Introduccin
Es bien conocido el hecho de que un slido se expande (contrae) cuando se lo calienta (enfra). La expansin o contraccin del cuerpo de una dada dimensin L viene dada por:
( )TLL
TTLTL ffD=D
-+=
a
a
0
00 bien o )(1)( (1)
donde a es el coeficiente de dilatacin lineal, L0 su longitud a T=T0 y DL el valor del cambio de longitud al incrementarse la temperatura desde T0 hasta la temperatura Tf; DT= Tf T0.
IIActividad Determinacin del coeficiente de dilatacin trmica
Para estudiar la dilatacin trmica de un slido se propone construir el dispositivo ilustrado en la Figura 1. El mismo consiste en un tubo de aluminio, cobre u otro metal que se desee estudiar. Es aconsejable un tubo de paredes delgadas (no ms de 1.5 mm de espesor) y cuyo dimetro est entre los 7 mm y unos 30 mm. Un clavo fino (de dimetro entre 1 a 2 mm), que atraviesa perpendicularmente un sorbete de gaseosa o varilla de madera blanda que servir como fiel indicador, se coloca debajo de un extremo del tubo (ver figura 1). El otro extremo del tubo se lo fija a la mesa con una prensa. Se determina la longitud de tubo entre la mordaza y la ubicacin del clavo de dimetro d. Detrs del fiel es til disponer de un gonimetro (transportador) para medir el ngulo q entre el fiel y la vertical.
Expansin trmica
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Figura 1. Dispositivo para estudiar la dilatacin trmica de un slido.
Demuestre que la relacin entre el alargamiento del tubo y el ngulo que gira el
clavo es:
d
LD=q
Coloque un termistor u otro termmetro en la mitad de la distancia mordazaclavo.
El objetivo del termistor es registrar la temperatura media del tubo. Caliente el tubo con una pistola de aire caliente o bien un generador de vapor, de modo que el aire caliente o el vapor circule por el interior del tubo.
Represente q en funcin de la temperatura medida. Qu relacin encuentra entre
estas variables? A partir de este grfico determine el coeficiente de expansin trmica y compare su resultado con el valor tabulado para el material que us. Qu concluye?
GG Observaciones: La variacin de longitud de un slido con la temperatura debe tenerse en cuenta cuando se hacen diseos mecnicos; stos deben prever los efectos de la dilatacin o contraccin trmica en las estructuras.
qq
Termmetro (termistor)
Entrada de aire
Tubo metlico
Fiel indicador del ngulo
L
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&& Bibliografa
1. 700 Science experiments for everyone, UNESCO. A Doubble Book for Young
Readers, N.Y. 1962, IBSN: 0-385-05275-8.
2. Thermal expansion in a symmetrical environment, D. Thompson, Am. J. Phys. 62, 728 (1994).
3. Search for simplicity: thermal expansion, V.F. Wiesskopf and H. Bernstain, Am. J. Phys. 53, 1140 (1985).
