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Abril, 2010 Código: 1912 Laboratorio 3 de Física Calor Ondas

Departamento de Física © Ciencias básicas Universidad del Norte - Colombia

LABORATORIO 4: DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS

Eduanis Salazar Rivera eduaniss@uninorte.edu.co Ingeniería Electrónica

RESUMEN Se calculó experimentalmente el coeficiente de dilatación de tres varillas, una de cobre, otra de aluminio y la última de latón a fin de encontrar los factores que influyan en un porcentaje de error comparando el coeficiente con el teórico. ABSTRACT It was estimated experimentally the coefficient of expansion of three rods, one made form copper, another one made from aluminum and last one made from brass to find the factors that influence an error rate by comparing the coefficient with the theoretical. OBJETIVOS Determinar los coeficientes de dilatación lineal de varillas metálicas homogéneas. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se midió la longitud de las varillas (l0) a la temperatura del laboratorio. Acto seguido se llenó con agua el recipiente del generador de vapor hasta las ¾ partes y, luego de dar inicio en DataStudio, éste se encendió. Una vez vimos que la gráfica que arrojaba el programa se estabilizaba tomamos los datos. RESULTADOS OBTENIDOS Se calculó α mediante la ecuación:

Aluminio


Abril, 2010 Código: 1912 Laboratorio 3 de Física Calor Ondas

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Cobre

Latón

Los coeficientes de dilatación reales son:

Los porcentajes de error al compararlos con los coeficientes de dilatación experimentales son:

Estos porcentajes de error (aunque pequeños), se presentan porque la distribución del calor no es 100% uniforme y porque no se pueden tomar medidas precisas de la longitud de una varilla con una cinta métrica de plástico. PREGUNTAS: 1. 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? El bulbo del termómetro tiene un volumen de mercurio, cuando se sumerge en agua caliente, el se expande y el mercurio baja un poco el nivel, pero después por transferencia de calor por conducción el mercurio también se calienta y se expande y por eso sube su nivel en la columna. 2. Una placa metálica tiene un orificio circular. Si se incrementa la temperatura de la placa, ¿aumenta o disminuye el área del orificio? Explique.


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El orificio también aumenta su área, por que la expansión se da en todas las dimensiones, si el objeto es hueco, esa parte también se expande manteniendo una proporción. 3. ¿El coeficiente de dilatación lineal de cualquier material es mayor cuando se expresa en °C-1 o en °F-1? Para responder la pregunta se da a conocer la conversión de grados Celsius a Fahrenheit. La expresión para un ΔT en Fahrenheit al ser igualada con un ΔT en Celsius reduciría y se llega a:

A continuación se procede a analizar el coeficiente de dilatación lineal medidos en Celsius y en Fahrenheit:

(1) (2) Para encontrar la relación entre coeficientes de dilatación el cambio de temperatura debe ser el mismo, así que se igualan (1) y (2).

Ahora se remplaza los

por

.

Esto afirma que para la escala Fahrenheit el coeficiente de dilatación térmica es menor que el dela escala Celsius. 4. ¿Es posible que una varilla metálica, en un proceso de dilatación térmica, se alargue un 5%? (1) Por ser el alargamiento el 5% entonces (2)


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Sustituyendo en (2) en (1):

Sabiendo que el coeficiente de expansión lineal de cualquier material es del orden de reemplazando un valor de esta magnitud en la ecuación nos daría como resultado un con un valor de mas de 1000 grados, aumento de temperatura imposible de realizar sin un cambio de fase. CONCLUSIONES Los coeficientes de dilatación térmica experimentales tienen muy poca variación respecto a los teóricos, lo que afirma que la dilatación térmica no pierde su condición de proporcionalidad y se disminuye el error al tratarse de números pequeños. Muy probablemente si se contase con aparatos de medición más precisos el porcentaje de error se haría más pequeño.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Sears, F. Zemansky, M. Young, H. Freedman, R. (2008) UNIVERSITY PHYSICS WITH MODERN PHYSICS. San Francisco: EE.UU. Pearson.


Laboratorio 4- Dilatación térmica de sólidos