FISICA

I Ciclo

Laboratorio Nº 3

“Dilatación térmica de sólidos”

INFORME

Integrantes del Grupo

ANGULO TEJADA, Jeffrey Carlos

BARRERA SANTOS, Eduardo Isaías

Profesor:

LLOSA DEMARTINI, Melchor Nicolás

Sección:

G2-1-G

Fecha de realización: 22 de Marzo

Fecha de Entrega: 5 de Abril

2010-I

INTRODUCCION:

Durante este laboratorio desarrollaremos la forma de hallar el coeficiente promedio de dilatación lineal por medio de la experimentación, este coeficiente es muy importante e lucrativo ya que nos permite hallar de una forma exacta la longitud en que se incrementara un material a cierta temperatura.

La dilatación es algo que está presente en nuestras vidas como por ejemplo las rieles del tren, las puertas al calentarse se dilatan y por eso algunas son duras, etc.

Gracias a este laboratorio podremos ampliar nuestros conocimientos sobre la dilatación saber el porqué algunos materiales se dilatan más que otros y encontraremos cual es la cantidad en que un material se dilata por cada grado centígrado en que su temperatura acrecienta.

OBJETIVO

Durante el desarrollo de este laboratorio tendremos en cuenta los siguientes objetivos:

Observar cualitativamente las características físicas que son requeridas para que un cuerpo al cual se le suministra energía térmica cambie de dimensión.

Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta el software Data Studio.

Utilizar el software Data Studio para verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada.

2. MATERIALES

Computadora personal con programa Data Studio instalado. Interface POWER Link

Sensor de temperatura Sensor rotacional Vaso de precipitados de 250ml

Matraz Quitazato de 250 mi Pinza universal, nuez doble (1), bases (2),varillas (3)

Varillas de Acero, Cobre y Vidrio Mechero Manguera y tapón Protector de sonda de temperatura.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

La mayor parte de cuerpos se dilatan cuando se incrementa su temperatura. Este fenómeno juega un papel importante en un gran número de aplicaciones en ingeniería. Por ejemplo, se deben de incluir uniones (junturas) de dilatación térmica en los edificios, carretes de concreto vías de trenes y puentes con el fin de compensar las variaciones en sus dimensiones a los cambios de temperatura.

La dilatación térmica global de un cuerpo es consecuencia del cambio en la separación media entre sus átomos o moléculas.

Supongamos que la dimensión lineal de un cuerpo a lo largo de alguna dirección es l para cierta temperatura. La longitud se incrementa en una cantidad ∆l par aun cambio de temperatura ∆ T.

Supongamos que la dimensión lineal de un cuerpo a lo largo de alguna dirección es / para cierta temperatura. La longitud se incrementa en una cantidad 11/ par aun cambio de temperatura ∆ T.

De manera experimental se encuentra que el cambio en la longitud es proporcional al cambio en la temperatura y a la longitud inicial siempre que ∆T sea suficientemente pequeño. Por lo tanto la ecuación básica para la dilatación de un sólido es:

Donde la constante de proporcionalidad a. se conoce como coeficiente promedio de dilatación lineal para un material dado. A partir de esta expresión se ve que:

α = 1 . ∆ l l ∆T

En otras palabras, el coeficiente promedio de dilatación lineal de un

sólido es el cambio fraccionario en la longitud (∆.l / l ) por cambio de un grado de temperatura. La unidad de a es el grado-l. Por ejemplo un cambio de 11.10-6 °Cl significa que la longitud del objeto cambia en 11 partes por millón de su longitud original por cada grado Celsius de cambio de temperatura.

PROCEDIMIENTO:

Antes de empezar el laboratorio debemos tener noción sobre la dilatación y la formula que usaremos será esta:

∆l=l0 .α.∆T

Seguidamente pasaremos a armar el montaje de la forma como se muestra en la figura:

El profesor aso a repartir la varilla a estudiar , en esta oportunidad nos

toco usar una varilla de cobre, antes de comenzar el experimento debemos asegurarnos de que todo este perfectamente en su lugar y los puntos donde se conecta la manguera deben estar bien asegurados para evitar fugas de vapor y así conseguir un optimo resultado.

Pasamos a configurar el data estudio para el desarrollo del experimento.o Ajustaremos el sensor de temperatura a 10Hz

o Ajustamos el sensor rotacional a 20Hz y lo configuraremos a

posición lineal y al sensor de movimiento final cambiaremos si escala bastidor.

o Arrastramos gráfica de temperatura y luego grafica uno a posición

lineal.

o Colocamos a ambas graficas a 5 dígitos después de la coma

decimal. Una vez configurado el data estudio pasamos a encender el mechero y

esperamos que el agua empiece a bullir. Cuando vemos que el gua empieza a hervir pasamos a iniciar el

experimento en el data estudio. Medimos la varilla del centro de la nuez al centro del de censor

resultándonos 363mm Una vez terminad la medición del experimento pasamos a confrontar los

resultados obtenidos para hallar “α” con la formula:

∆l=l0 .α.∆T

OBSERVACIONES

Durante el desarrollo del laboratorio pudimos que hubo una pequeña variación de longitud en la varilla que estudiamos pero esta variación no era observable a simple vista

Observamos que los coeficientes de dilatación α eran distintos aunque con un pequeñísimo margen de erro puesto a que los valores teóricos son aproximaciones.

Conclusiones

La variación de longitud de un cuerpo es difícilmente contempladle a simple vista en el laboratorio requerimos de un instrumento especial para medir esta

La dilatación es importante en la vida cotidiana ya que ayuda a hacer cálculos precisos sobre a qué temperatura se puede construir ciertos objetos etc.

Siempre es bueno tener en cuenta que mientras más calor le apliquemos a un cuerpo este aumentara de tamaño debido a que cada cuerpo posee un coeficiente de dilatación y para cada uno es distinto.

Resultados

Material usado: Cobre

l0 (mm) 367mm α Teórico ( 0C-1 ) 17x10-6

∆l ∆T α

l2-l1 0.399x10-4 T2-T1 0.052121 16x10-6

l4-l3 0.399x10-4 T3-T2 0.06702 18.56x10-6

l6-l5 0.1995x10-4 T4-T3 0.08185 17.52x10-6

l7-l6 0.1995x10-4 Ts -T4 0.09988 18.2x10-6

l8-l9 0.1995x10-4 T6-Ts 0.12104 16.5x10-6

Análisis Valor Teórico Valor Promedio Error Porcentual Experimental

a ( 0C -1) 17x10-6 17.356x10-6 2.09%

Cuestionario:

1. ¿Qué magnitud medida evidencia el cambio de dimensiones en la varillas?

Exprese según la tabla de datos el valor para cada una.

2. Con el valor del coeficiente dilatación obtenido, calcule para cada varilla la variación de área de su sección transversal

3. ¿Qué ángulo en radianes equivale a la variación de lo longitud de la varilla? Considera los datos del montaje y compara dicha variación con su variación lineal.

4. Según el grafico obtenido, indique para que tiempo los datos de posición y temperatura ya no cambian. ¿Qué significa esto en términos de dilatación y equilibrio térmico?