Experiencia De Laboratorio 4

EXPERIENCIA DE LABORATORIO N° 4 (DILATACION DE SÓLIDOS)

AUTORES Mario Vásquez Carlos Vergara.

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ABSTRACT For this experience of laboratory we use a hollow rod of metal connected on the one hand to a steam generator (TD – 8556 A) in which there is a body of water at room temperature, that when warming up, the hot water steam passed through the rod warming up this as well and causing that this dilates. This is connected as well to a thermal expansion device (TD-8579). All this is connected as well to an interface so we can be able to analyze more precisely how much does the rod dilates and the temperature that the water in its boiling point reaches on the coast (Barranquilla).

RESUMEN Para esta experiencia de laboratorio contamos con una varilla de metal hueca conectada por un lado a un generador de vapor (TD – 8556 A) en donde se encuentra un cuerpo de agua a temperatura ambiente, que al calentar, el vapor de agua caliente pasara através de la varilla calentando esta a su vez y haciendo que esta se dilate. Esto a su vez se encuentra conectado a un aparato de expansión térmica (TD-8579). Todo esto esta a su vez conectado a una interfaz para poder analizar mas precisamente cuanto se dilata la varilla y la temperatura que alcanza el agua en su punto de ebullición en la costa (Barranquilla).

INTRODUCCION En esta experiencia de laboratorio observaremos y analizaremos el comportamiento y las características del coeficiente de dilatación lineal en un sólido (una varilla). Aprenderemos a calcular dicho coeficiente teniendo en mente las características del material y analizaremos la grafica resultante en donde aumentamos la temperatura del agua desde una temperatura ambiente hasta su punto de ebullición para que el vapor de agua caliente atraviese la varilla calentándola, haciendo que esta se dilate y a continuación medir y comparar estos datos con los proporcionados por el profesor.

OBJETIVOS • •

Determinar los coeficientes de dilatación lineal de varillas metálicas homogéneas. Interpretar las características de α (coeficiente de dilatación lineal).

PROCEDIMIETO EXPERIMENTAL En el laboratorio el objetivo era buscar el coeficiente de dilatación del material dado para cada mesa para lo siguiente se necesito un montaje, el cual consistía una varilla de un material diferente por mesa, que en nuestro caso fue de aluminio, a continuación se procedería dilatar el material por medio del generador de vapor y un aparato de expansión termina. Cuando el montaje del laboratorio ya está listo procedemos a empezar la experiencia y analizar los datos y las graficas en data estudio, al cabo de un tiempo se observo que la varilla se estaba dilatando, por medio de un eje rotación el cual como única función tenia era de demostrar que la varilla si se dilataba y cuanto, este mismo lo demostraba porque arco que se movía el eje rotacional era la misma longitud que se dilataba varilla de cobre, por último se obtuvo que el coeficiente de dilatación es aproximadamente el mismo al que se quería llegar.

DATOS OBTENIDOS Para una varilla de aluminio ∆T = 69.8 C° ∆L = 0.071 cm lo = 41cm Coeficientes de dilatación lineal: Teórico: 23x10-6 °C-1 Experimental: 24.809x10-6 °C-1

ANALISIS DE DATOS Analizando los datos obtenidos nos damos cuenta de que el porcentaje de error obtenido es un poco alto para la experiencia realizada ya que esta tiene mediciones muy exactas proporcionadas por la computadora, aunque esta no haga el trabajo completo y además esta es manipulada por una persona lo cual afecta en los resultados finales. En las graficas podemos observar la dilatación a lo largo de la varilla en milímetros y la forma en la que varia la temperatura del agua respectivamente de arriba hacia abajo. Podemos observar con la grafica de arriba que la varilla se dilata luego de cierto tiempo debido al cambio de temperatura que le proporciona el vapor de agua caliente a la varilla. Esta se dilata hasta cierto punto ya que el material ya no puede expandir más su estructura y se detiene. Luego de un tiempo cuando la varilla se haya enfriado vuelve a contraer sus partículas volviendo a su estado natural con su medida inicial.

CONCLUSION Nuestro objetivo del laboratorio era llegar al valor ideal de la dilatación del aluminio, pero como bien es conocida la física no es una ciencia exacta y por ellos tuvimos un margen de error del 7.865% ya que el valor ideal de la dilatación del aluminio es del 23x10-6, y obtuvimos una valor en la experiencia de 24.809x10-6, lo cual nos lleva al porcentaje ya mostrado. En nuestro grupo de laboratorio después de mirar todo el procedimiento experimental pues nos dimos cuenta de que hay muchos factores que hacen que obtengamos este margen de error, pero para nosotros los más significativos en la experiencia tiene que ver con lo siguiente: Al momento de medir la varilla, pues al ojo humano no tiene una capacidad muy exacta de medición de la misma, lo cual nos lleva perder o ganar según el caso cm o mm que al momento de realizar los cálculos se pierden estos datos y se generas estas situaciones con errores. Cuando se estaba terminado la experiencia para poder culminar la misma era necesario llegar a una temperatura ideal, de la cual se tenia conocimiento con le DataStudio pero este nunca pudo llegar si no a un valor bastante aproximado, pero acá también perdemos datos valiosos que se ven en nuestro margen de error. Para finalizar, los resultados obtenidos en las experiencias difieren en cierto margen de los teóricos debido a que la amortiguación ejercida por el ambiente influye sobre el movimiento.

PREGUNTAS: Cuando un termómetro de mercurio en vidrio a temperatura ambiente se sumerge en agua caliente, la columna de líquido inicialmente desciende y luego sube ¿a qué se debe este fenómeno? R/: Este fenómeno se debe a la manera en que se comportan las moléculas de mercurio dentro del vidrio que lo contiene al cambiar su temperatura desde la temperatura del mercurio en el ambiente y al cambio que este efectúa cuando va aumentando su temperatura para alcanzar un equilibrio térmico con el agua caliente en la que se sumerge. Una placa metálica tiene un orificio circular. Si se incrementa la temperatura de la placa, ¿aumenta o disminuye el área del orificio?. Explique. R/: Al afirmar que una placa metálica con un orificio circular aumenta su temperatura todas las dimensiones lineales cambian de la misma manera y si tal placa metálica se expande, entonces el agujero en esta también va a expandirse. ¿El coeficiente de dilatación lineal de cualquier material es mayor cuando se expresa en °C-1 o en °F-1? R/: El coeficiente de dilatación lineal se expresa en K-1 o en C°-1. ¿Es posible que una varilla metálica, en un proceso de dilatación térmica, se alargue un 5%? R/: Por más que un metal tienda a alargarse cuando se aumenta su temperatura este alargue no va a ser muy grande. Los cambios en las varillas en un proceso de dilatación térmica no son perceptibles al ojo humano y las variaciones son del orden de 1/1000, es decir, la elongación que se producirá en dicha varilla metálica no va a ser nunca de un 5%.

BIBLIOGRAFIA Notas de clase. Gráficas obtenidas de acuerdo a los datos de la experiencia. Guía: Física Calor-Ondas – Uninorte proporcionado por el profesor Serway, “Física I”, Tomo I. 4ta Edición. Ed. MC. Graw-Hill (1996).