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EXPERIENCIA N 07

I. OBJETIVO

Determinar los coeficientes de expansin lineal de diferentes varillas metlicas usando un dilatmetro. Observar el comportamiento de los fluidos al cambio de temperatura. Calcular el coeficiente de dilatacin trmica del agua.

II. MATERIALES / EQUIPO

LABORATORIO DE FSICA II

1 Termostato de inmersin 1 Dilatmetro con reloj calibrador 1 Termmetro (-10 a +100C) 1 Cubeta de acrlico 2 Tornillos de ajuste 4 Abrazaderas 2 Mangueras flexibles 1 Balanza de tres barras Varillas de cobre, aluminio, bronce. 1 Vaso de precipitado de 1L 1 Soporte universal 1 Nuez 1 Trpode 1 Rejilla 1 Picnmetro de 100 ml 1 Tubo de vidrio escalado (300 mm) 1 Pizeta 1 Jeringa

III. FUNDAMENTO TERICO

Todos los cuerpos se dilatan en mayor o menor medida cuando experimentan un cambio de su temperatura (cambian sus dimensiones geomtricas).

La expansin lineal de diferentes materiales, se determina como una funcin de la temperatura. Un incremento en la temperatura causa que la amplitud vibracional de los tomos en la red cristalina de los slidos incremente. El espaciamiento entre tomos incrementa, as como el volumen total V, para una presin constante.

= (1/V0)(V/T)P

Si consideramos solamente una dimensin. Obtenemos el coeficiente de expansin lineal, comnmente usado para medir la dilatacin lineal de los slidos.

= (1/L0)(L/T)P

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1 DILATACIN DE SLIDOS

Monte el equipo, como se muestra en la figura 1.

Nota:Tenga cuidado al insertar y retirar el dilatmetro. No enrosque demasiado los tornillos de ajuste.

1. Verifique que las conexiones de las mangueras flexibles al termostato sean las correctas, para el adecuado flujo de entrada y salida de agua.2. Llene la cubeta de acrlico con 4 L de agua potable.3. Verifique que la lectura del dilatmetro empiece en cero.4. Conecte el termostato a la fuente de alimentacin de 220 V.5. Mida la temperatura inicial de trabajo, T0 y regstrela.6. Registre en la tabla 1, las lecturas obtenidas en el dilatmetro a intervalos de 5C.7. Apague el termostato y repita los pasos (2) al (6) para cada varilla.

Tabla 1

T (C)25303540455055606570

Cobre0.020.0580.1030.1480.1950.2400.2900.3350.3800.428

Aluminio00.0180.0400.0480.0500.0510.0520.0530.0540.056

Bronce00.0300.0800.1100.1300.1400.1450.1500.1510.155

8. Complete la tabla 2.

Tabla 2

CobreAluminioBronce

L (mm)T (C)L (mm)T (C)L (mm)T (C)

0.03800.01800.0300

0.04550.02250.0505

0.04550.00850.0305

0.04750.00250.0205

0.04550.00150.0105

0.05050.00150.0055

0.04550.00150.0055

0.04550.00150.0015

0.04850.00450.0045

MONTAJE 2 DILATACIN DEL AGUA

1. Monte el equipo tal como muestra el diseo experimental de la Figura 2.2. Coloque el termmetro en el vaso de precipitado de 1 L.3. Determinar la masa del picnmetro y suescala, con ayuda de la balanza, pesndolo cuando est vaco. 81 g

4. Llene el picnmetro hasta el borde con agua y calibre la escala del tubo de vidrio a cero con ayuda de la jeringa.5. Con la ayuda de la balanza determine lanueva masa. 212 g6. Con la ayuda de los pasos (3), (4) y (5) Determine el volumen inicial de agua V0 y antelo en la tabla 3. V0 = 131 ml7. Sujete el picnmetro con ayuda del clampy colquelo en el vaso de precipitados, de manera que quede sumergido el mayor volumen posible. No derramar agua.8. Llene con agua el vaso de precipitados de1L hasta enrasar el picnmetro, y registre la temperatura inicial T0.

Figura 29. Caliente el agua con una llama baja. Anote en la Tabla 3 las lecturas del tubo devidrio escalado (L en mm) y el cambio de volumen en el tubo de vidrio. El radio interno del tubo de vidrio escalado es d = 3,8 mm.10. Registre el cambio de temperatura T con respecto a T0.

Tabla 3

V0 (ml) = 131 ml T0 (0C) = 22 C d(mm) = 3.8 mm

T (0C)T (0C)L (mm)V (mL)

25350.0982

308110.2160

3513210.4123

4018310.6087

4523410.8050

5028541.0603

5533711.3941

6038931.8261

65431162.2777

70481502.9452

V. EVALUACIN

1. Realice los grficos de los diferentes materiales de la Tabla 1: L versus T.(Pegue aqu sus grficas)

Para el Cobre :

Para el Aluminio :

Para el Bronce:

2. Las grficas son rectas?

Se observa que en el caso del material cobre tiene una tendencia lineal ms pronunciada que las otras dos . Los materiales aluminio y bronce tienden a seguir una tendencia lineal pero menos notoria que la del cobre.

3. Analice las grficas, y aplicando el mtodo de mnimos cuadrados, determine los coeficientes de dilatacin lineal.(Pegue aqu su grfica, incluyendo los mnimos cuadrados)

Para el cobre :

XiYi

0.03800-1.00-0.500.3

0.04550.9-0.70-0.6300.8

0.04551.1-0.40-0.4401.2

0.04751.3-0.20-0.2601.7

0.04551.4-0.10-0.1401.9

0.05051.40.030.0421.9

0.04551.50.140.2102.3

0.04551.60.260.4162.5

0.04851.60.360.5762.6

0.03851.70.470.7992.8

-1.14 18

Para el Aluminio:

XiYi

0.0180-1.74-1.001.7400.3

0.0225-1.65-0.701.1550.8

0.0085-2.09-0.400.8361.2

0.0025-2.69-0.200.5381.7

0.0015-3.00-0.100.3001.9

0.0015-3.000.03-0.0901.9

0.0015-3.000.14-0.4202.3

0.0015-3.000.26-0.7802.5

0.0045-2.390.36-0.8602.6

0.0185-1.740.47-0.8172.8

-1.14 18

Para el Bronce :

XiYi

0.0300-1.52-1.001.520.3

0.0505-1.30-0.700.9100.8

0.0305-1.52-0.400.6091.2

0.0205-1.69-0.200.3391.7

0.0105-2.00-0.100.2001.9

0.0055-2.300.03-0.0691.9

0.0055-2.300.14-0.3222.3

0.0015-3.000.26-0.7802.5

0.0045-2.390.36-0.8632.6

0.0305-1.520.471.522.8

-1.61 18

COEFICIENTES DE DILATACION LINEAL

Material ( 1/C )

Cobre1.7 x 10-5

Aluminio2.5 x 10-5

Bronce1.7 x 10-5

4. Determine el valor del coeficiente de dilatacin para cada una de las varillas, usando la ecuacin (2) y antelos en la siguiente tabla.

Material (1/C)

Cobre1.7 x 10-5

Aluminio2.5 x 10-5

Bronce1.7 x 10-5

5. Compare los valores de para cada varilla, obtenidos en los puntos (3) y (4) de la evaluacin, Qu puede decir al respecto?

De forma general, durante una transferencia de calor ,la energa que est almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos tomos cambia. Cuando la energa almacenada aumenta, tambin lo hace la longitud de estos enlaces. As, los slidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatacin trmica que al compararlos con los valores tericos obtenemos una buena aproximacin.

6. Hallar el error experimental porcentual (E%) del para cada varilla.

Para el cobre :

Para el Aluminio :

Para el Bronce :

7. Grafique en papel milimetrado la variacin del agua (L) Vs. variacin de laTemperatura (T). (Pegue aqu sus grficas de la tabla 3 ) ver siguientes paginas.

8. Grafique en papel milimetrado la variacin del agua (V) Vs. variacin de laTemperatura (T). (Pegue aqu sus grficas) ver siguientes paginas.

9. Aplicando el mtodo de mnimos cuadrados, halle la tendencia de la grfica.Determine los coeficientes de dilatacin lineal y volumtrica del agua (Pegue aqu su grfica, incluyendo los mnimos cuadrados) ver siguientes paginas.

XiYi

30.09820.477-1.01-0.4810.23

80.21600.903-0.665-0.6010.81

130.41231.11-0.385-0.4291.24

180.60871.25-0.216-0.2711.58

230.80501.36-0.0942-0.1281.85

281.06031.450.02540.0372.09

331.39411.520.1440.2192.31

381.82611.580.2610.4132.49

432.27771.630.3570.5842.67

482.94521.680.4690.7892.83

-1.11 18.1

Volumen inicial V0 = 393 ml

Temperatura inicial T0 = 22 C

T0 ( C)

2530.09820.8330.278

3080.21600.6870.229

35130.41230.8070.269

40180.60870.86050.287

45230.80500.89060.297

50281.06030.96360.321

55331.39411.0750.358

60381.82611.2220.408

65432.27771.3470.449

70482.94521.5610.520

10. Calcule el coeficiente de dilatacin volumtrica del agua a la temperatura inicial T0 con los valores correspondientes a 30C:

11. Calcule el coeficiente de dilatacin volumtrica del agua a 50C.

12. Justificar si es posible usar el tubo de vidrio con escala en mm, como una medida directa del volumen dilatado en ml.

Si es posible usar el tubo de vidrio con escala en mm, como una medida directa del volumen dilatado en ml. Ya que los tubos de vidrios son lo suficientemente largos para que pueda realizar el experimento completo y no tenga que, posteriormente, tabular algunos datos.

13. Identifique y explique a qu se deben los errores cometidos en este experimento.

Se debieron al no tener en cuenta las siguientes recomendaciones: Utilice tubos de vidrios lo suficientemente largos para que pueda realizar el experimento completo y no tenga que, posteriormente, tabular algunos datos. Verifique que las mangueras no tengan perforaciones que no deberan ya que estas afectarn el experimento. Utilice la llama azu