UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL

CURSO : Física II

TEMA : Coeficientes de DilataciónLineal

ALUMNOS : Novoa Hidalgo, AlonsoNúñez Yuptón, MiguelRodríguez León, JoseTenorio Zanabria, Marcia

PROFESOR : Estrada Bazán, Carlos Manuel

Lima – Perú2015

EXPERIMENTO 21: COEFICIENTES DE DILATACIÓN LINEAL

1. OBJETIVODeterminar los coeficientes de dilatación lineal de tres materiales (aluminio, cobre y vidrio).

2. EQUIPO EXPERIMENTALLos materiales utilizados para desarrollar el siguiente experimento fueron:

Fuente de vapor de agua.

Aparato de dilatación térmica lineal.

Una regla de un metro, graduada en milímetros.

Tres tubos: cobre, aluminio y vidrio.

Un transportador.

Un Vernier

3. FUNDAMENTO TEÓRICOCALOREl calor se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR CONDUCCIÓN

El proceso por el que se transmite calor de un punto a otro de un sólido se llama Conducción.En la conducción se transmite energía térmica, pero no materia. Los átomos del extremo que se calienta, empiezan a moverse más rápido y chocan con los átomos vecinos transmitiendo la energía térmica.

CONVECCIÓNLa convección es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a otro de un fluido (líquido o gas) por el movimiento del propio fluido. Al calentar, por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta antes, se hace menos densa y sube, bajando el agua de la superficie que está más fría y así se genera un proceso cíclico. En la convección se transmite energía térmica mediante el transporte de materia.

RADIACIÓNLa radiación es el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse por el vacío. La energía que los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía radiante. Por ejemplo, la Tierra recibe energía radiante procedente del Sol, gracias a la cual la temperatura del planeta resulta idónea para la vida.

Todos los cuerpos radian energía en función de su temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la energía de la radiación que emiten. Las radiaciones se clasifican, de menor a mayor energía en:

Las radiaciones de alta frecuencia son las que tienen más energía (rayos gamma, rayos X, ultravioleta).Todos los cuerpos absorben radiación, pero también reflejan parte de ella. Los cuerpos que absorben las radiaciones, pero reflejan muy pocas, se perciben como oscuros o negros (si no reflejan ninguna). Por el contrario, los cuerpos que reflejan las radiaciones y absorben muy pocas, se perciben como claros o blancos (si las reflejan todas).

ENERGÍA TÉRMICALa energía térmica es la energía cinética (relacionada con el movimiento) media de un conjunto muy grande de átomos o moléculas. Esta energía cinética media depende de la temperatura, que se relaciona con el movimiento de las partículas (átomos y moléculas) que constituyen las sustancias.

LA TEMPERATURA

La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro. Las escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a - 273 ºC.En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0 ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado.En la escala Kelvin se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven (temperatura más baja posible). Esta temperatura equivale a -273 ºC de la escala Celsius.

Conversión de temperaturas

COEFICIENTE DE DILATACIÓNEl coeficiente de dilatación es el cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente cambian de temperatura provocando una dilatación térmica.De forma general, durante una transferencia de calor, la energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos átomos cambia. Cuando la energía almacenada aumenta,

también lo hace la longitud de estos enlaces. Así, los sólidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse; este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica. (Típicamente expresado en unidades de °C-1):

Algunos coeficientes de dilatación, que son constantes cuando el cambio de temperatura es menor que 100°C Hormigón: 1.2×10−5

Acero: 1.2×10−5

Hierro: 1.2×10−5

Plata: 3×10−5

Oro: 1.5×10−5

Plomo: 3×10−5

Zinc: 2.6×10−5

Aluminio: 2.4×10−5

Latón: 1.8×10−5

Cobre: 1.7×10−5

Vidrio: 0.7a0.8×10−5

Cuarzo: 0.04×10−5

Hielo: 5.1×10−5

Diamante: 0.12×10−5

Grafito: 0.79×10−5

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1°Se armó el equipo como se muestra en la guía de Laboratorio.

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Para el tubo del vidrio:

LoVidrio=60,8cm

3° Se midió el ángulo que giro el alfiler para poder hallar la variación de longitud.

2°Se midió la longitud del tubo entre los puntos de apoyo (Lo). Luego se hirvió el agua en el matraz para calentar el tubo, y al calentarlo el tubo se dilata.

θVidrio=23°=23 °( π180 ° )=0,128π

DAlfiler= (0,07±0,005 )cm→RAlfiler=(0,035±0,0025)cm

T o=T ambiente=28,6 °C

T f=Tevaporacióndel agua=100 °C

Variación de la longitud del tubo del vidrio:

∆ LVidrio=2(RAlfiler )(θ)

∆ LVidrio=2 (0,035±0,0025 )(0,128 π )

∆ LVidrio=(0,028±0,002)cm

Coeficiente de dilatación lineal del vidrio:

∆ LVidrio=αVidrio (LoVidrio )(T f−T o)

0,028±0,002=αVidrio (60,8 )(100−28,6)

α vidrio=0.645 x 10−5±0.461 x10−6 1

℃

Porcentaje de error:

% error=(αVidrioteórico−αVidrioexperimental)

αVidrioteórico.100%

% error=(0,645×10−5−0,645×10−5)0.645×10−5 .100%

% error=0

Para el tubo de cobre:

Locobre=(60.8±0.5)m

Dalfiler=diametrodel alfiler

Dalfiler=0.7±0.5u ;u=1128

(escala )

Dalfiler= (0.7±0.0039 )mm

θcu=57℃=57( π180 )=0.32π

Variación de la longitud del tubo de vidrio:

∆ Lcobre=2Rθ

∆ Lcobre=2(0.035±0.00195)57(π180

)

∆ Lcobre=(0.0696±0.0039)mm

Coeficiente de dilatación lineal del cobre:

∆ Lcobre=Loα∆T ;α :coeficientede dilataciojn lineal

∆ Lcobre=Loα (T f−T o )

(0.0696±0.0039)mm=(60.8 )α (100−28.6 )

α cobre=1.603 x10−5±8.9 x10−7 1

℃

Porcentaje de error:

% error = αteorico−α experimental

αteorico.100% = (1.7−1.603 )10−5

1.7 x10−5 =5.7%

Para el tubo de aluminio:

LoAluminio=60,8cm

θAluminio=77 °=77 °( π180 ° )=0,4278 π

DAlfiler= (0,07±0,005 )cm→RAlfiler=(0,035±0,0025)cm

T o=T ambiente=28,6 °C

T f=Tevaporacióndel agua=100 °C

Variación de la longitud del tubo de aluminio:∆ LAluminio=2(RAlfiler)(θ)

∆ LAluminio=2 (0,035±0,0025 )(0,4278π )

∆ LAluminio=(0,094±0,00672)cm

Coeficiente de dilatación lineal del aluminio:∆ LAluminio=α Aluminio (LoAluminio )(T f−T o)

0,094±0,00672=αAluminio (60,8 )(100−28,6)

α aluminio=2.146 x10−5±1.547 x 10−6 1℃

Porcentaje de error:

% error=(αAluminioteórico−α Aluminioexperimental)

α Aluminioteórico.100%

% error=(2,4×10−5−2,146×10−5)2,4×10−5

.100%

% error=10,583%

6. OBSERVACIONES Colocar el vernier encima del tubo para mantenerlo fijo y para que

haya una mayor precisión al momento de hallar el ángulo que gira el alfiler.

Colocar la manguera de goma adecuadamente para que no haya fuga del gas que va hacia el mechero y el vapor de agua que sale del matraz al tubo.

Tener cuidado donde sale el vapor de agua del tubo, ya que uno podría quemarse con el vapor de agua.

7. CONCLUSIONES Y DISCUSIONES El coeficiente de dilatación lineal del aluminio experimental es:

α Aluminio=2,146×10−5±1,547×10−6 1

°C

El coeficiente de dilatación lineal del vidrio experimental es:

α cobre=1.603 x10−5±8.9 x10−7 1

℃

El coeficiente de dilatación lineal del cobre (experimental) es:

α cobre=1.603 x10−5±8.9 x10−7 1

℃

8. REFERENCIA PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA / Facultad de Ciencias de

la Universidad Nacional de Ingeniería / Edición 2009 / Pág. 91 – 92.

http://www.oocities.org/tallerdecienciascia/Teoria_de_errores.html