Indice
1.
Introducción
2. Objetivo
3. Materiales
4. Planificación
5. Método
6. Cálculos
7. Conclusiones
8. Bibliografía
1. Introducción
"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 tres
barras metálicas cobre, hierro y aluminio y observaremos su dilatación lineal
(una dimensión)
Se define dilatación lineal
de la barra metálica: "al numero representa el aumento que adquiere la
unidad de longitud (mm, Km, cm etc...) de esta cuando su temperatura se eleva en
un grado celsius".
2. Objetivo
El objetivo de este trabajo
practico es calcular experimentalmente el coeficiente de dilatación lineal a
para tres barras metálicas de cobre, aluminio y hierro respectivamente.
3. Materiales
- Dilatometro "Pasco"
- Regla
- Barras metálicas de cobre, hierro y aluminio
- Vaso precipitado
- Generador eléctrico de vapor
- Tester
4. Planificación
Se monta el sistema en el cual vamos a trabajar. Se inserta
la barra de metal sobre el dilatometro las cuales van conectadas por medio de un
cable, el reloj que mide la dilatación (cada muesca equivale a 0.01 mm) se
calibra en cero para así medir el D t o sea, dilatación.
A la barra metálica ya conectada al dilatometro se le
inserta una manguera que esta conectada al generador eléctrico de vapor para
que así el vapor fluya dentro de la barra metálica y ocurra la transmisión de
calor responsable de la dilatación.
El tester se calibra en 200 KW y se conecta al dilatometro
para medir la resistencia y por medio de una tabla de conversiones registrar la
temperatura.
Luego de medir la temperatura inicial y la longitud inicial
se deja pasar el vapor, registrando la dilatación y paralelamente la
temperatura. Y luego proceder a realizar los cálculos.
Fundamentos matemáticos
De la formula:
=
Donde:
=
Donde:
longitud
inicial (mm)
longitud
final (mm)
temperatura
inicial (° C)
temperatura
final (° C)
coeficiente
de dilatación lineal (
)
Entonces:
variación
de longitud (mm)
variación
de temperatura (
)
Despejando:
Por otro lado:
Finalmente tenemos que:
;
5. Método
Primeramente medimos las longitudes iniciales para cada
metal, luego determinamos por medio del tester las temperaturas iniciales.
Después de aplicado el calor se registro en el dilatometro
las variaciones de longitud y en el tester las temperaturas finales.
Para calcular la longitud final y la variación de
temperatura.
Los datos fueron resumidos en la siguiente lista:
Aluminio (Al)
705
mm.
108
109.85
23
8.3
8.240
88
1.08
mm.
65
706.08
mm.
Cobre (Cu)
705 mm.
98
100.00
25
17
17.321
67
0.904 mm.
42
705.904 mm.
Hierro (Fe)
705
mm.
112.3
109.85
23
13
12.932
75
0.607
mm.
52
750.607
mm.
6. Cálculos
Para aluminio:
Para cobre:
Para hierro:
7. Conclusiones
- Debido a que el coeficiente de dilatación a es
una constante para cada metal; la dilatación va a depender única y
exclusivamente de
.
- Si tenemos dos barras de un mismo material (vamos
a considerar para este ejemplo solo una barra de igual material) una de
mayor longitud que la otra le aplicamos la misma
los
van
a ser distintos para cada una de las barras en la de mayor longitud el
experimentado va a ser mayor, se demuestra lo anteriormente
dicho.
- Para la misma barra supongamos igual
para
distintas
como
a es constante solo va a depender la dilatación de
- La temperatura ambiente en casi todos los puntos
de la tierra sufre cambios... dia-noche, estacionales etc... por lo tanto
los objetos existentes en esos lugares obviamente se dilataran o se contraerán.
Para evitar que estos fenómenos produzcan daños, por ejemplo, en las vías
de FF.CC. en las grandes estructuras metálicas o de concreto armado. Se
dejan juntas de dilatación que son simplemente espacios que permiten la
dilatación.
- Los vidrios con a muy grandes como es el vidrio
común
al
sufrir dilatación esta zona (al sufrir una gran dilatación) va a ejercer
una fuerza sobre la zona que no se dilata provocando su rompimiento es por
eso que nosotros en el laboratorio debemos usar vidrio refractario por
ejemplo pyrex que tiene un coeficiente de dilatación mucho menor que
el vidrio común (
- Los cambios de temperatura que ocurrieron dentro
del laboratorio fueron muy influyentes en el desarrollo del trabajo practico
por ser un día lluvioso los calefactores se encontraban encendidos
generando una temperatura relativamente alta dentro del laboratorio, al
abrir las ventanas el cambio brusco de temperatura provoco un descontrol del
tester (cabe destacar la exactitud del tester) lo que nos obligo a repetir
el experimento una vez normalizada la temperatura.
- El hierro tuvo un coeficiente de dilatación
menor que el aluminio y que el cobre Fe< Al< Cu. Las razones que el
cobre sea mayor que el resto son que el cobre es un muy buen conductor del
calor y su afinidad con este hacen que el intercambio calórico sea mayor y
por ende su coeficiente de dilatación es elevado.
- Comparando los coeficientes de dilatación teóricos
de los metales anteriores me doy cuenta que el trabajo fue realizado con una
aceptable exactitud.
Aluminio:
a
a
Cobre: a
a
Hierro:
a
no
se encontró
a
8. Bibliografía
- FISICA GENERAL Con Experimentos Sencillos tercera
edición revisada y actualizada.
Beatriz
Alvarenga y Antonio Máximo.
- FISICA J. Langlebert escuelas publicas de Chile.
Trabajo enviado por:
Agustín Salgado
Jorge Ortiz
tumadre@mi.terra.cl
Químico Analista
Facultad de Ciencias Químicas
Universidad de Concepción