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LABORATORIO DE FISICA I

INFORME: VII “DILATACION LINEAL” CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMA ALUMNOS:  TEJADA SANCHEZ ERWIN FRANKLIN 0831229

PROFESOR:

PROF. INCA RODRIGUEZ, JORGE LUIS CICLO: II SECCION: JUEVES à08:00 – 09:40

TURNO: Mañana

2012 – I En este caso has empleado un buen criterio……18 Jorge Inca

Objetivos: 

Determinación experimental del coeficiente de dilatación lineal, de los materiales; latón, aluminio y vidrio.



Verificar experimentalmente temperatura.

la variación de la longitud

con la

MARCO TEÓRICO

 

 





         

La experiencia muestra que los sólidos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La dilatación y la contracción ocurren en tres (3) dimensiones: largo, ancho y alto. A la variación en las dimensiones de un sólido causada por calentamiento (se dilata) o enfriamiento (se contrae) se denomina Dilatación térmica. La dilatación de los sólidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la energía térmica y esto hace que aumente las vibraciones de los átomos y moléculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio más alejadas que las originales. Este alejamiento mayor de los átomos y de las moléculas del sólido produce su dilatación en todas las direcciones. Es el cambio de cualquier dimensión lineal del sólido tal como su longitud, alto o ancho, que se produce al aumentar su temperatura. Generalmente se observa la dilatación lineal al tomar un trozo de material en forma de barra o alambre de pequeña sección, sometido a un cambio de temperatura, el aumento que experimentan las otras dimensiones son despreciables frentea la longitud. Si la longitud de esta dimensión lineal es L, a la temperatura to y se aumenta la temperatura a T, como consecuencia de este cambio de temperatura, que llamaremos Δt se aumenta la longitud de la barra o del alambre produciendo unincremento de longitud que simbolizaremos como ΔL Experimentalmente se encuentra que el cambio de longitud es proporcional al cambio de temperatura y la longitud inicial. L. Podemos entonces escribir: Donde: L: longitud inicial Lf: longitud final T: temperatura Tf: temperatura final Α: coeficiente de dilatación lineal o coeficiente promedio de expansión lineal, tiene unidades de (ºC) Con:



coeficiente de dilatación α para diferentes materiales se puede calcular con la siguiente fórmula:    







Siendo L la longitud del tubo de prueba hasta el eje giratorio. El incremento que experimenta la unidad de longitud al aumentar 1 ºC su temperatura, se denomina “Coeficiente de Dilatación Lineal” (α). El aparato de dilatación térmica sirve para la medición simultánea y para la comparación de los coeficientes de dilatación térmica de cuerpos en forma de tubos de diferentes materiales. Sobre un carril de aluminio se encuentra tres tubos de prueba conectados con el distribuidor de vapor por medio de tubos de silicona. Cada uno de los extremos libres de los tubos se encuentra sobre un eje giratorio que lleva un índice a una escala especular vertical, para indicar directamente la dilatación de los tubos debida al vapor caliente. Los materiales usados son sólidos isotrópicos.

PARTE EXPERIMENTAL

I.

EQUIPOS Y MATERIALES:



Ap ara to de

dilatación térmica:





Generador de vapor:

Termómetro:



Agua:



Extensión eléctrica:



Wincha:



Vernier o pie de rey:

II.

PROCEDIMIENTO: 1) Se coloca verticalmente la escala especular sobre el carril soporte. 2) Se colocan y aprietan los índices debajo de los tubos de tal forma que se pueda leer la variación de la longitud. 3) Todos los índices se ponen en cero.

4) El generador de vapor se llena de agua hasta la mitad, se coloca sobre la placa calentadora. Se coloca la tapa de corcho y se asegura con el estribo de sujetación.

5) El aparato de dilatación térmica se conecta con el generador de vapor por medio del distribuidor de vapor utilizando una manguera.

6) Para recoger el agua de condensación se coloca un recipiente debajo de los extremos de los tubos. 7) S e mide la temperatura T del ambiente. 8) Se conecta la placa calentadora. 9) Se deja fluir vapor por los tubos de prueba hasta que ellos han logrado la temperatura de ebullición del agua de 100 ºC y al mismo tiempo

se

observan

las

des

de

los

índices

en

los

tubos.

10) Se lee en la escala la dilatación de la longitud de los tubos ∆L (1mm de cambio de la longitud corresponde a 4cm de desviación en la escala). 11) Se mide la diferencia d temperatura ∆ T con respecto a la temperatura ambiente. OBS: Tenga mucho cuidado con el agua caliente.

SISTEMA EXPERIMENTAL

1. ACTIVIDAD

Determinar experimentalmente el coeficiente de dilatación lineal del latón, aluminio y vidrio. Datos del aparato de dilatación lineal: Tubos de prueba : latón, aluminio y vidrio Dimensiones : 700 mm x 6 mm Φ Longitud de medida : 60 cm Tabla Nº1: medidas experimentales

DATOS Longitud inicial L (cm) Longitud final Lf (cm) Temperatura inicial T (ºC) Temperatura final Tf (ºC)



Para el latón



Para el Aluminio



Para el vidrio

latón

MATERIAL Aluminio

vidrio

60

60

60

60.07

60.08

60.025

25

25

25

82.5

86

84

Tabla Nº2: comparación de coeficiente de dilatación. Material

Coeficientes Latón

aluminio

vidrio

Coeficiente de dilatación lineal de Referencial (αref)

18 x 10-6

22.4 x 10-6

7.3 x 10-6

Coeficiente de dilatación lineal experimental (αexp)

17.39 x 10-6

21.8 x 10-6

7.06 x 10-6

Error relativo porcentual ( εrel(%) )

3.38%

2.67 %

3.28%

 Para el laton



Para el aluminio



Para el vidrio

CUESTIONARIO

1) ¿Calcule el coeficiente de dilatación lineal de los materiales (latón, aluminio y vidrio) con la formula (5)? El coeficiente de dilatación lineal α para diferentes materiales se puede calcular con la siguiente fórmula:

 α => (0.63 – 0.6)/(0.6 x (83-21)) = 0.00806

(latón)

 α(aluminio) => (0.625 – 0.6)/(0.6 x (83-21)) =0.0034  α(vidrio) => (0.610 – 0.6)/(0.6 x (83-21)) = 0.0013  2) ¿Cuál de los materiales posee mayor coeficiente de dilatación lineal? Observando la tabla:

Latón Coeficiente de dilatación lineal (αref)

17.39 x 10-6

aluminio 21.8 x 10

-6

Vidrio 7.06 x 10

-6

El aluminio tiene mayor coeficiente de dilatación ya que este puede absorber calor y su expansión va ser mayor que el latón y el vidrio.

3) Qué es el material isotrópico? Se le llama isotrópico a un estado de esfuerzos que, en cada punto del medio, se manifiesta por medio de esfuerzos puramente normales, iguales entre si para todos los elementos de superficie trazados idealmente por el punto. El mas conocido es la presión hidrostática en los líquidos. El principio de Pascal expresa que el estado de esfuerzos propagado en un líquido en reposo por efecto de la atracción terrestre es isotrópico.

4) ¿Qué características debe tener un material para que se dilate homogéneamente? La respuesta para esta pregunta tiene mucha relación con la respuesta anterior, ya que, para que un material se dilate uniformemente, debe tener las mismas características físicas en todos sus rincones, como la densidad, volatilidad, etc. Es decir, debe ser un material ISOTROPICO Debe poseer una constante de elasticidad constante.

5) El hule tiene un coeficiente promedio de expansión lineal negativo. ¿Qué ocurre con el tamaño de un pedazo de hule cuando este se calienta? Como el hule tiene un coeficiente de expansión lineal negativo entonces definimos lo siguiente:

=

- ∆T

-

=-

T ; si se calienta la T 0

Por consiguiente: -

T -

0 0

Por lo tanto, el tamaño del hule se reduce porque tiene una expansión lineal negativa.

6) Un cojinete de anillo de acero tiene un diámetro interior que es 1mm más pequeño que un eje. ¿Qué se puede hacer para que encaje en el eje sin que se elimine el material?

7) ¿Qué pasaría si al calentar el vidrio de un termómetro se expandiera más que el líquido interno?

Vidrio: Mercurio:

=

T =

7.3 T

1.82

= 18.2

Lo que pasaría es que al comparar los coeficientes de dilatación del vidrio como del mercurio; se observa que el mercurio tiene mayor

coeficiente; por ende al expandirse el mercurio al interior del termómetro este se calienta por consiguiente el termómetro se rompería.

8) Un edificio con una estructura de acero tiene 50m de altura ¿Cuánto más alto será un día de verano cuando la temperatura es de 30º C que un día de invierno a -5º C.?

OBSERVACIONES:  Se tiene que hervir a una temperatura adecuada para poder tomar bien los datos.  Que con cada objeto que se puede apreciar la variación medida y temperatura  Debido al incremento de temperatura, los materiales utilizados en el experimento tienden a tener un mayor grado de expansión y dilatación, esto se debe a una propiedad inherente de los materiales de metal.

RECOMENDACIONES:  Calentar el generador de vapor unos minutos antes de proceder con la parte experimental, para así lograr un mayor dinamismo al trabajo.  

tomar bien las medidas de la temperatura para

CONCLUSIONES:  el coeficiente del aluminio tuvo de dilatación mayor, las razones de que el aluminio sea mayor que el restoes por ser un muy buen conductor del calor en comparación de los demás materiales y su afinidad con este hacen que el intercambio calórico sea mayor y por ende su coeficiente de dilatación es elevado.