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Repblica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para La Defensa
Universidad Nacional Experimental Politcnica De la Fuerza Armada
Bolivariana
Ncleo-Maracay
Asignatura: Integrantes:
Laboratorio de Fsica II Muoz, Joan C.I.19604055
Profesor: Velsquez. Josman C.I: 20110177
Miguel Carrasco Zambrano, Hctor C.I: 20244041
Seccin IC.303
Maracay, 17 de Junio de 2011
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ndice.
Contenido Pagina
Objetivos del Experimento 3
Marco terico 4 a la 8
Materiales y Equipos a Usar 9
Descripcin de los Equipos 9 a la 10
Montaje 11
Procedimiento Experimental 12 a la 13
Clculos Experimentales 14 a la 19
Anlisis de Resultados 20
Conclusin 21
Bibliografa Consultada 22
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Objetivos del Experimento.
1. Analizar y comprender los principios fundamentales de la
dilatacin trmica
especficamente en la dilatacin lineal.
2. Ver el cambio de Longitud en 4 varillas de diferente material
de longitud
inicial equivalentes, a las cuales se les aplica una
transferencia de energa
denominada calor la cual tendr un impacto significativo en el
cambio de
temperatura en el slido, la cual es fundamental para la
experimentacin en
estudio.
3. Realizar los estudios y clculos correspondientes basados en
la dilatacin
lineal, con el fin de demostrar este principio trmico.
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Marco Terico
Es de vital importancia antes de comenzar esta experimentacin
manejar
los conceptos previos que nos facilitara la comprensin a lo
largo de la prctica,
por lo cual lo ms idneo es realizar una serie de definiciones
inherentes al tema
de estudio.
Destacando principalmente los mritos al autor en el cual nos
basamos
para realizar el anlisis y cada definicin de esta prctica como
lo es Raymon A
Serway y John W, Jewett Jr Autores principales de la obra Fisca
II para ciencias
e Ingenieras 6ta Edicin bajo la editorial Thomson.
Como tambin al aporte encontrado indagando en pginas como:
www.wikipedia.com/dilataciontermica
www.monografias.com/dilatacionlineal
Entre otros.
Introduccin a la Trmica.
La trmica estudia el intercambio de energa en sus diversas
formas, su
interaccin con los equipos, las propiedades de la materia y el
uso racional de la
energa.
Temperatura.
Es la propiedad del estado de un sistema que determina si este
se
encuentra o no en equilibrio trmico con otro sistema. Cuando dos
sistemas estn
en equilibrio trmico, bsicamente tienen una temperatura comn. La
temperatura
es el parmetro que determina si un sistema transferir o no
energa trmica a su
entorno.
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Calor.
Es el proceso de transferencia de energa de un sistema a otro,
en virtud
nicamente de las diferencias entre sus temperaturas
Termmetro.
Es el dispositivo que permite registrar la temperatura de otro
sistema
cuando est en equilibrio con l, cabe destacar que la escala de
temperatura se
basa en estados reproducibles, es este experimentacin
utilizaremos la unidad
, para definir los valores de la temperatura.
Dilatacin trmica.
Cuando se calienta un cuerpo slido, la energa cintica de sus
tomos
aumenta de tal modo que las distancias entre las molculas crece,
expandindose
as el cuerpo o contrayndose si se enfra.
Estas expansiones y contracciones causadas por una variacin
de
temperatura en el medio que le rodea se denominan dilatacin
trmica.
Dilatmetro.
Dilatmetro es un instrumento cientfico para medir el cambio del
volumen.
Son instrumentos utilizados para medir la expansin/contraccin
relativa de
slidos en diferentes temperaturas.
En consecuencia es un instrumento que sirve para medir el
alargamiento
que experimenta un cuerpo al incrementar la temperatura. La
medicin ayuda a
encontrar el coeficiente de contraccin o dilatacin de un
material en particular.
Un uso familiar de dilatmetro es el termmetro de mercurio, en el
cual el
cambio en el volumen de la columna del lquido se lee de una
escala graduada.
Porque el mercurio tiene una expansin termal bastante constante
sobre gamas
de temperaturas normales, los cambios de volumen se pueden
relacionar
directamente con la temperatura.
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Causa de la dilatacin lineal.
En un slido las molculas tienen una posicin razonablemente fija
dentro
de l. Cada tomo de la red cristalina vibra sometido a una fuerza
asociada a un
pozo de potencial, la amplitud del movimiento dentro de dicho
pozo depender de
la energa total de tomo o molcula. Al absorber calor, la energa
cintica
promedio de las molculas aumenta y con ella la amplitud media
del movimiento
vibraciones (ya que la energa total ser mayor tras la absorcin
de calor). El
efecto combinado de este incremento es lo que da el aumento de
volumen del
cuerpo.
Coeficientes de dilatacin.
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 (tpicamente expresado en
unidades de C-1).
Por Lo Tanto Una Vez Comprendido Los Conceptos Previos A La
Prctica En Estudio Podemos Deducir En Funcin De La
Experimentacin A
Realizar Que:
Si calentemos una varilla, su Longitud aumenta. Los materiales
(los
coeficientes y todo) estn constituidos por tomos, entre ms lejos
estn unos de
otros, se atraen, y entre ms cerca estn, se repelen. Entonces al
aplicar un
cambio de Temperatura en una varilla (o material) los tomos que
la componen,
aceleran su movimiento, as chocando unos con otros. Por esto la
varilla tiende a
cambiar su Longitud para que sus tomos vuelvan a estar
estables.
Este cambio de Longitud de la varilla se llama un cambio de
Dilatacin
Lineal. Estos cambios en su longitud dependen de los siguientes
factores de la
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temperatura que cambia, de la Longitud inicial de esta, de la
presin y del material
con que est hecha la varilla o el objeto solido en estudio.
Tenemos una gran variedad de materiales distintos, en esta
experimentacin utilizaremos varillas solidas de Acero, Bronce y
Aluminio y cada
uno de ellas, se dilata de distinta manera, por ende su longitud
final cambiara en
valores diferentes.
En el siguiente experimento, el nico factor que cambia es el
material por
consiguiente el coeficiente de dilatacin lineal ser diferente,
por lo tanto, las
distintas varillas debera variar la longitud final.
El coeficiente de dilatacin Lineal .
Representa el aumento de la unidad de longitud cuando se aplica
un
aumento de temperatura de en 1C. Cada material solido tiene su
propio
coeficiente de dilatacin lineal, dicho coeficiente viene dado
por la frmula:
Pero como fsicamente toda magnitud tiene un margen de error
tambin
tenemos que definir el error en el clculo del coeficiente de
dilatacin lineal que
viene dado por:
|
| |
| |
|
Destacando que por operaciones matemtica y aplicacin de
derivadas
parciales se ha deducido la formula anterior, tales operaciones
no han sido
adjuntadas en este marco terico ya que hemos considerado que no
es de vital
importancia para nuestras finalidades en el experimento las
cuales son de carcter
fsico, tener tal proceso matemtico en vista que ya se nos ha
facilitado la formula
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principal. Pero para conocer ms a fondo tal proceso podemos
consultar cualquier
libro de fsica II.
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Diseo Experimental.
Materiales y equipos a utilizar :
Generador de agua (cocina y recipiente con agua)
Termmetro
Cinta mtrica
Manguera de polipropileno transparente para agua caliente
Vaso precipitado
Dilatmetro
Barras de acero, aluminio y bronce
Descripcin de los equipos.
Material plstico para laboratorio. Manguera de
polipropileno. Dimetro
interno 6 mm. Extensin: 2
metros.
Vaso de precipitados
Es un recipiente cilndrico de vidrio fino que se utiliza en
el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias
y
trasvasar lquidos. Suele llevar marcada una escala graduada
en
mililitros, que permite medir distintos volmenes, aunque no con
gran precisin.
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Cinta mtrica
La cinta mtrica utilizada en medicin de distancias se
construye en una delgada lmina de acero, aluminio o de fibra
de vidrio.
Termmetro
El metal base que se utilizaba en este tipo de termmetros ha
sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba
una escala graduada.
Dilatmetro
Este aparato permite medir de modo muy preciso, el coeficiente
de
dilatacin de los metales de los cuales estn hechos los dos tubos
en los que se
hace pasar el vapor acuoso producido por el generador de
vapor.
El aparato viene suministrado completo de comparador, termmetro
y vaso.
Dimensiones 70x10 cm.
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Montaje.
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Procedimiento experimental
A continuacin se explicar de manera detallada los pasos que se
tienen
que realizar para llevar a cabo con xito esta prctica:
1. En este laboratorio trataremos de obtener el coeficiente de
dilatacin de
tres varillas o barras de materiales diferentes, para ello
disponemos de un
dilatmetro.
2. Escoger la barra a la cual se le va a realizar el estudio, en
este caso la
barra de acero, aluminio y bronce respectivamente.
3. En uno de los extremos del dilatmetro se encuentra una
entrada de vapor,
est vapor deber pasar por el interior del tubo, para ello se
hace hervir
agua en la cocinilla o generador de vapor.
4. Antes de iniciar su trabajo se debe tener conectado el
termmetro y el
medidor micromtrico del dilatmetro debe estar en cero.
5. Realizar la medicin de la longitud inicial de cada una de las
barras
escogidas para la realizacin de esta prctica.
6. Realizar una simulacin de cmo se debe introducir de manera
correcta la
barra correspondiente en los soportes del dinammetro para evitar
perder
tiempo en esta actividad debido a la inexperiencia de los
alumnos.
7. Asignar a cada uno de los integrantes del grupo una funcin
especfica a la
hora de tomar los datos.
8. Luego de asignar la funcin a cada uno de los integrantes se
proceder a
ingresar la barra correspondiente dentro del dilatmetro la
cual
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permanecer all unos cuantos minutos dependiendo del material de
la
barra.
9. Hay que estar atentos a los cambios y sonidos que puedan
existir mientras
la barra est dentro del dilatmetro.
10. Luego de haber transcurrido el tiempo necesario se proceder
a tomar
nuevamente los datos debido a que la temperatura se registrara
mucho
ms alta y hay que estar atentos a identificar la temperatura
mxima que
registrara el termmetro.
11. Tomar los datos de las medidas obtenidas luego de ser
retirada la barra del
dilatmetro (dilatacin de la barra).
12. Una vez obtenidos los datos de manera experimental, el grupo
proceder a
realizar los clculos correspondientes a esta prctica, para que
de esta
manera se pueda obtener el resultado solicitado.
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Clculos Experimentales.
Dilatacin Lineal de una Varilla de Bronce
1) Datos Principales
2) Calculando Variacin de Temperatura.
3) Calculando Variacin de Longitud.
4) Calculando Coeficiente de Dilatacin Lineal.
5) Calculando Variacin del Coeficiente de Dilatacin Lineal.
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| |
| |
|
Diferencia dada por el
dilatmetro directamente
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Dnde:
Variacin de la Variacin de la Longitud
Variacin de la Variacin de la Temperatura
6) Una vez definido todos los valores a utilizar,
seguidamente
sustituimos tales valores en la frmula de .
|
| |
| |
|
(Resolviendo, las unidades [cm] se cancelan conjuntamente en la
operacin
matemtica).por lo tanto el resultado es el siguiente:
1) Calculo de Errores en el coeficiente de dilatacin lineal.
Dnde:
Error Absoluto| |
| | ( ) ( ) | |
Error Relativo
| |
Error Porcentual
Ambos valores se
obtiene de la suma de la
apreciacin del
instrumento con el cual
se obtuvieron las
magnitudes principales
en estudio.
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Dilatacin Lineal de una Varilla de Acero.
2) Datos Principales
3) Calculando Variacin de Temperatura.
4) Calculando Variacin de Longitud.
5) Calculando Coeficiente de Dilatacin Lineal.
6) Calculando Variacin del Coeficiente de Dilatacin Lineal.
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| |
| |
|
Diferencia dada por el
dilatmetro directamente
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Dnde:
Variacin de la Variacin de la Longitud
Variacin de la Variacin de la Temperatura
7) Una vez definido todos los valores a utilizar,
seguidamente
sustituimos tales valores en la frmula de .
|
| |
| |
|
(Resolviendo, las unidades [cm] se cancelan conjuntamente en la
operacin
matemtica).por lo tanto el resultado es el siguiente:
8) Calculo de Errores en el coeficiente de dilatacin lineal.
Dnde:
Error Absoluto| |
| | ( ) ( ) | |
Error Relativo
| |
Error Porcentual
Ambos valores se
obtiene de la suma de la
apreciacin del
instrumento con el cual
se obtuvieron las
magnitudes principales
en estudio.
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Dilatacin Lineal de una Varilla de Aluminio.
1) Datos Principales
2) Calculando Variacin de Temperatura.
3) Calculando Variacin de Longitud.
4) Calculando Coeficiente de Dilatacin Lineal.
5) Calculando Variacin del Coeficiente de Dilatacin Lineal.
|
| |
| |
|
Diferencia dada por el
dilatmetro directamente
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Dnde:
Variacin de la Variacin de la Longitud
Variacin de la Variacin de la Temperatura
6) Una vez definido todos los valores a utilizar,
seguidamente
sustituimos tales valores en la frmula de .
|
| |
| |
|
(Resolviendo, las unidades [cm] se cancelan conjuntamente en la
operacin
matemtica).por lo tanto el resultado es el siguiente:
1) Calculo de Errores en el coeficiente de dilatacin lineal.
Dnde:
Error Absoluto| |
| | ( ) ( ) | |
Error Relativo
| |
Error Porcentual
Ambos valores se
obtiene de la suma de la
apreciacin del
instrumento con el cual
se obtuvieron las
magnitudes principales
en estudio.
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Anlisis de Resultados.
Coeficientes de Dilatacin Lineal Experimental.
Coeficiente de dilatacin Terica.
( ) ( )
Analticamente es posible denotar que hubo una aproximacin
bastante considerable del valor experimental del coeficiente de
dilatacin
lineal respecto al valor terico, en el caso de la varilla de
acero y bronce,
bajo las condiciones en las cuales se realiz la experimentacin,
las cuales
no son exactamente las mismas en la cual se realizaron la del
valor terico
se le puede considerar un buen coeficiente de dilatacin lineal,
tambin se
puedo apreciar que los mrgenes de error podran decirse que estn
entre
los mrgenes aceptados, pero pude haber sido mejor si se
hubiese
trabajado en ptimas condiciones.
En el caso de la varilla de bronce podemos apreciar que hubo
un
error ya sea al haber tomado alguna medida, o lectura de la
longitud dada
por el dilatmetro o metro, o temperatura dada por el termmetro,
dicho
error influyo en el aumento considerable del coeficiente de
dilatacin lineal
para este slido.
Nuestra recomendacin para prximos experimentos de dilatacin
lineal, es estar ms atentos en las lecturas de los instrumentos
de medicin
utilizados, y de una u otra manera tratar de reducir los
factores negativos
que intervenga en el desarrollo de la prctica, ya sea falta de
atencin por
parte del observador, o simplemente desconocimiento del tema de
estudio.
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Conclusin.
En conclusin se puede afirmar que el procedimiento para la
realizacin de
la prctica es sencillo, pero la falta de resultados reales
comprobados con los
numricos y de laboratorio hace que posiblemente la lectura de
algunas medidas
no se realice correctamente y no sea posible deducir las
incgnitas o resultados
deseados.
Para ello es necesario saber trabajar con los instrumentos de
laboratorio o
por los menos conocer sus nombres, como se utiliza y si es
posible el error de
apreciacin de cada uno de ellos para as facilitar el trabajo y
adquirir de manera
ms rpida y satisfactoria los conocimientos y experiencias de la
prctica.
Cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo, la mayora de las
veces
se produce un aumento de su volumen esto se debe a que la
temperatura altera
las propiedades de los materiales, en el caso de esta prctica
pudimos observar
los cambios de sufrieron cada una de las varillas al ser
introducidas en el
dilatmetro produciendo una variacin en el coeficiente de
dilatacin.
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Bibliografa Consultada.
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/tb01_dilatacion.php
http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3n
http://www.portalplanetasedna.com.ar/dilatacion.htm
www.monografias.com/dilatacionlineal
Raymon A Serway y John W, Jewett Jr Fsica II 6ta edicin.
Curso de Materiales, Escuela Colombiana de Ingeniera.
Laboratorio de
Produccin. Dilatacin Trmica.
