dilatacion de solidos informe

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN

LATACUNGA

INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA II

CALIFICACIÓN:

Docente: Ing. Diego Proaño Molina

Estudiante o integrantes

- Asimbaya Bryan- Cabrera Milton - Chamorro Andrés- Chiluisa Marco- Espinoza Stalin- Escola Stalin- Gallo Steven - Granada Patricio- Guamushig Jhilson- Guasumba Edison- Moreno Santiago- Moyano Azael

Modulo:

TEMA: DILATACIÓN DE SÓLIDOS

Fecha de realización de la práctica:

12-06-2015

Fecha de entrega de la práctica:

19-06-2015

LATACUNGA – ECUADOR

1ING. DIEGO PROAÑO MOLINA Msc.

1. TEMA: DILATACIÓN DE SÓLIDOS

2. OBJETIVOS:

Objetivo General

Determinar y analizar los tipos de dilatación de solidos

Objetivos específicos

Aplicar los conocimientos obtenidos en clase sobre dilatación de sólidos, para realizar la práctica e identificar de mejor manera como sucede el fenómeno de dilatación de sólidos.

Comprobar si es necesario que el cuerpo este en contacto directo con la fuente o el foco de calor para que este sufra el efecto de dilatación, o si basta con exponerlo a un transmisor del calor generado como lo es el vapor de agua.

Poder comprender mejor los fenómenos que producen que en un cuerpo sólido para que se comience a dilatar.

Identificar correctamente las diferentes dilaciones que se produce en los cuerpos ya sea Lineal o volumétrica entendiendo sus características al dilatarse.

Apreciar las dilataciones en solidos de diferente material y de diferente tipo de dilatación.

Apreciar cuantitativamente los valores obtenidos por los cálculos para apreciar la relación que existe entre dilataciones y volumen.

Visualizar y comprobar que sucede al momento de someter las varillas a altas temperaturas además de identificar qué tipo de dilatación se produce.

Emplear e identificar las formulas necesarias para determinar las dilataciones de los diferentes materiales que ocuparemos en la práctica.

Comprobar técnicamente los principios de dilatación de un sólido y sus comportamientos cuando estos entran a temperaturas elevadas.

Identificar la propagación del calor en el cuerpo por el movimiento continuo de sus moléculas, mediante nuestros sentidos.

Utilizar correctamente los instrumentos de medición de precisión aplicando conocimientos de metrología.

Determinar las dimensiones iniciales de cada elemento de la práctica con mucha precisión.

Identificar los factores de dilatación de los sólidos, para ver las características de dilatación de cada cuerpo.

Determinar cuál metal de la práctica se dilata más que los demás, además de determinar sus características.


Determinar e identificar los materiales usados en el laboratorio viendo que estos funcionen con normalidad.

Determinar el diferente marial usado para identificar los diferentes elementos y presenciar su dilatación en los diferentes sólidos.

Determinar las diferentes características que presentan los cuerpos antes y después de variar la temperatura.

Analizar bajo que parámetros cambian las dimensiones de los cuerpos que se utilizarán en el ensayo.

Identificar cual es la variable principal que interviene en la dilatación de sólidos. Identificar la variación de volumen que se produce al calentar un sólido.

Definir las nuevas dimensiones que poseen los elementos cuando su temperatura interna fue modificada.

Encontrar las variables y como estas influyeron para que los materiales definidos, hayan cambiado de dimensiones volumétricas.

Analizar los fenómenos ocurridos durante los experimentos de dilatación de cuerpos tanto en unidades lineales, superficiales y volumétricos para el mejor entendimiento.

Comparar la dilatación que ocurre en los diferentes cuerpos de diferentes materiales para evidenciar la magnitud en la que aumenta las dimensiones de los cuerpos para un mejor entendimiento del fenómeno.

3. MARCO TEÓRICO

DILATACIONES DE SÓLIDOS

Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0o a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.

Más abajo se muestra una tabla de dilatación de algunas sustancias. Conocido el coeficiente de dilatación es necesario multiplicarlo por el número de centímetros y por el número de grados, para saber cuál será la extensión total del sólido en las condiciones que deberá soportar. En otras palabras, si el sólido tiene 1,50 m. y la variación de temperatura es de 30° habrá que multiplicar ese coeficiente tan pequeño por 150 y por 30 a fin de conocer su dilatación total en centímetros.

Coeficientes de dilatación lineal (por coda grado de temperatura y centímetro de longitud)


SUSTANCIA ¿OC−1 SUSTANCIA ¿OC−1

Plomo. 29x 10-6 Aluminio 23x10-6

Hielo 52x10-6 Bronce 19 x 10-6

Cuarzo 0,6 x 10-6 Cobre 17x10-6

Hule duro 80 x 10-6 Hierro 12x10-6

Acero 12 X 10-6 Latón 19x10-6

Mercurio 182 x 10-6 Vidrio (común) 9 x 10-6

Oro 14 x 10-6 Vidrio (pirex) 3.3 x 10-6

¿POR QUÉ SE DILATAN LAS SUSTANCIAS CON LA TEMPERATURA?

La temperatura no es más que la expresión del grado de agitación de las partículas o moléculas de una sustancia. Cuando se da calor a un sólido se está dando energía a sus moléculas; éstas, estimuladas, vibran más enérgicamente. Es cierto que no varían de volumen; pero se labran un espacio más grande para su mayor oscilación, de manera que al aumentar la distancia entre molécula y molécula el sólido concluye por dilatarse. La fuerza que se ejerce en estos casos es enorme.

ALGUNAS APLICACIONES

La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato, como muestra la ilustración.

La dilatación tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar.


Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico.

MEDIDA DE LA DILATACIÓN

En la figura se ilustra el aparato que se utiliza para determinar la dilatación lineal. En esencia consiste en calentar una barra de longitud conocida hasta una temperatura determinada y medir cuánto se ha dilatado. La dilatación superficial será el doble de la lineal y la dilatación en volumen el triple de ésta. La razón es muy sencilla: si el cuerpo tiene longitud uno, y llamamos a la dilatación "d", la longitud dilatada será 1 + d; la superficie, una vez dilatada será 1 + 2d + d2, pero d2 es tan pequeño que no se tiene en cuenta; y lo mismo ocurrirá para el volumen, cuya fórmula es I+3d+3d2+d3, puesto que los dos últimos términos son tan pequeños que tampoco se los tiene, en cuenta. Conviene recordar esta eliminación de cantidades inapreciables para muchas otras aplicaciones, como el cálculo de errores.


DILATACIÓN LINEAL

La dilatación lineal es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo.

Para estudiar este tipo de dilatación, imaginemos una barra metálica de longitud inicial L0 y temperatura θ0.

Si calentamos esa barra hasta que la misma sufra una variación de temperatura Δθ , notaremos que su longitud pasa a ser igual a L (conforme podemos ver en la siguiente figura):

Matemáticamente podemos decir que la dilatación es:

Pero si aumentamos el calentamiento, de forma de doblar la variación de temperatura, o

sea, 2 Δθ , entonces observaremos que la dilatación será el doble (2 ΔL ).

Podemos concluir que la dilatación es directamente proporcional a la variación de temperatura. »


Imaginemos dos barras del mismo material, pero de longitudes diferentes. Cuando calentamos estas barras, notaremos que la mayor se dilatará más que la menor.

Podemos concluir que, la dilatación es directamente proporcional al largo inicial de las barras.

Cuando calentamos igualmente dos barras de igual longitud, pero de materiales diferentes, notaremos que la dilatación será diferente en las barras.

Podemos concluir que la dilatación depende del material (sustancia) de la barra.

De los ítems anteriores podemos escribir que la dilatación lineal es:

Dónde:

L0 = longitud inicial.

L = longitud final.

ΔL = dilatación (DL > 0) ó contracción (DL < 0)

Δ θ = 90 - θ (variación de la temperatura)

a = es una constante de proporcionalidad característica del material que constituye la barra, denominada como coeficiente de dilatación térmica lineal.

De las ecuaciones I y II tendremos:

La ecuación de la longitud final L = LO (1 + a . Δθ ), corresponde a una ecuación de 1º grado y por tanto, su gráfico será una recta inclinada, donde:

L = f(θ) =>L = L0 (1 + a . Δ 9)


Observaciones:

Todos Los coeficientes de dilatación seana , β ouγ , tienen como unidad: (Temperatura)-1 ==> °C-1

DILATACIÓN SUPERFICIAL

Es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo

Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar una placa metálica de área inicial S0 y temperatura inicial θ0. Si la calentáramos hasta la temperatura final θ, su área pasará a tener un valor final igual a S.

La dilatación superficial ocurre de forma análoga a la de la dilatación lineal; por tanto podemos obtener las siguientes ecuaciones:

ΔS=S−SΔS=S0 . β . ΔθS=S0(1+β .Δθ )

Dónde:S= Área de superficie final S0 =Área de superficie inicial Δ θ=θ-θ0 = Variación de la temperatura β = 2a=Coeficiente de dilatación superficial


Observaciones:

Todos Los coeficientes de dilatación sean a , β ouγ , tienen como unidad:

(Temperatura)-1 ==> °C-1

DILATACIÓN VOLUMÉTRICA

Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo.

Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar un cubo metálico de volumen inicial V0 y la temperatura inicial θ0. Si lo calentamos hasta la temperatura final, su volumen pasará a tener un valor final igual a V.

La dilatación volumétrica ocurrió de forma análoga a la de la dilatación lineal; por tanto podemos obtener las siguientes ecuaciones:

ΔV=V−V 0ΔV=V 0 . γ . ΔθV=V 0(1+γ . Δθ )

Dónde:V= Volumen final V0 = Volumen inicial Δ θ=θ-θ0 = Variación de la temperatura γ = 3a=Coeficiente de dilatación volumétrico


Resumen

DILATACIÓN DE LOS SÓLIDOS

Cuando un cuerpo se dilata, lo hace en sus tres dimensiones, pero si una de ellas es mucho mayor que las otras se habla de esa dilatación. Existen pues, dilatación lineal, superficial y cúbica. La variación del tamaño dependerá del tamaño inicial, de la variación de temperatura que experimenta y del tipo de material que se trate. Según se trate de una dilatación lineal, superficial o cúbica, se utilizan las siguientes expresiones:

Δl=l 0α ΔT

ΔS=S 0β ΔT

ΔV=V 0 γ ΔT

α, β y γ son los coeficientes de dilatación lineal, superficial y cúbica, respectivamente, y dependen del material que forme el cuerpo. Su valor significa el alargamiento producido en cada metro de sólido al calentarlo 1 ºC o 1 K.

En la siguiente tabla tienes los coeficientes de dilatación de materiales usuales.

Sustancia Coeficiente de dilatación linealMadera 3.9 x10−6

Vidrio 8.4 x 10−6

Acero 1.2 x10−5

Cobre 1.7 x10−5

zinc 3.1 x10−5


4 .-MATERIALES Y EQUIPOS

NOMBRE CÓDIGO CANT CARACTERISTICAS GRÁFICO

Trípode variable

02001.001 2 Permite sostener todo el sistema para la practica.

Varilla soporte,250mm

02031.001 2 Permite dar altura al sistema a posiciones diferente

Varilla soporte,600mm

02037.002 1 Permite dar altura al sistema a posiciones diferente

Nuez doble 02043.003 2 Elemento de sujeción que permite la unión entre varillas.

Aro con nuez 37704.011 1 Permite sujetar el vaso de precipitación

Rejilla con porcelana

33287.011 1 Ayuda a distribuir el calor de un recipiente que será calentado.

Pinza universal

37715.001 1 Funciona como abrazadera en la práctica en este caso sujetador de matraz.

Tubos de metal, juego de 3

04234.001 3 Elementos donde se realiza la dilatación , de aluminio , hierro , cobre +zinc .


Eje móvil con aguja

04236.001 1 Ayuda a mantener en nivelación un material de la práctica,

Vaso de precipitados, 100ml,plastico

36011.011 1 Utilizado para contener agua en su interior u otra sustancia requerida.

Matraz Erlenmeyer, 100ml, SB29

36428.001 1 Utilizado para ser sometido al calor con agua en su interior.

Tubo de vidrio,80mm, 1 unidad

36701.651 1 Ayuda a la salida y transporte del vapor de agua a otro componente.

Tapón de goma SB 29, 1 orificio

29258.011 1 Ayuda a contener el calor interno y a que sea expulsado por un único orificio.

Tubo flexible, transparente, 7x1,5

39296.001 1 Transporta el vapor de agua hacia los tubos para que sean calentados.

Termómetro alum., T50, -10…+110°C

38005.021 1 Instrumento de medición que ayuda a medir su temperatura al inicio y al final.

Cinta métrica, 2m

09936.001 1 Instrumento de medición que ayuda a medir la dilatación longitudinal.


Mechero de butano

32178.001 0 Instrumento que proporciona calor .a los diferentes objetos .

Cartucho de butano, 1 unidad

32178.00(1)

0 Materia usada para realizar la combustión de alguna sustancia.

Rodelas 2 1 Objeto donde se realiza el proceso de dilatación,

Tuercas 3 0 Objeto donde se realiza el proceso de dilatación.

Pernos 3 0 Objeto donde se realiza el proceso de dilatación

Esferas 3 1 Objeto metálico esférico usado para observar la dilatación.

Glicerina, 250ml

30084.251 0 Sustancia incolora, viscosa y de sabor dulce, que se obtiene de grasas y aceites animales y vegetales.

Piedritas para fácil ebullición, 200g

36937.201 1 Ayuda a no dejas rastro en un recipiente.

Cocina eléctrica

1 Instrumento eléctrico que funciona a 110v que produce el calor a los diferentes objetos


Paño 1 Permite limpiar los distintos materiales utilizados en la practica

Tijeras 0 Instrumento de corte.

Cinta adhesiva 0 Instrumente que permite unir objetos con cierta facilidad

5.-Gráfico o esquema:

6.- Procedimiento

De montaje:

- Armamos el esquema de la figura 1 teniendo en cuenta que colocamos de l00 ml a 120 ml de agua en el matraz.

- Tomamos lecturas de longitudes iniciales de los cuerpos y llenamos las tablas. Encendemos la cocina eléctrica

- Sometemos al calor los elementos constitutivos al análisis de dilataciones. - Tomamos lecturas de longitudes finales. - Realizamos los cálculos y completamos la tabla.


De utilización:

Dilataciones Linéales:

- Colocamos de l00 ml a 120 ml de agua en el matraz. - Tapamos el matraz con el tapón de 1 orificio - Colocamos el tubo vidrio de 10 cm en el tapón- Colocamos la varilla de Cu, Al, Fe en las doble nuez (una varilla a la vez) - Colocamos la manguera al tubo de vidrio y a cada varilla.- Tomamos las longitudes iniciales de las varillas en cada tabla correspondiente con

sus respectivas temperaturas iniciales del largo así como el diámetro interno y extremo de cada varilla.

- Encendemos la cocina y darse cuenta que el vapor de agua que se genera se transmite uniformemente a cada varilla y se produce el fenómeno de la dilatación.

- Tomar las longitudes finales tanto del largo como del diámetro externo e interno.

Dilataciones Superficiales:

- Tomamos las medidas de las tuerca, pernos, y rodelas y su temperatura inicia- Identificar que la rodela y la tuerca embonen y enrosquen con facilidad al perno.- Encendemos la cocina eléctrica - Colocamos solamente la tuerca al calor- Tomamos las nuevas medidas de la tuerca y tratamos de enroscar la tuerca al perno.- Luego sometemos al calor a la tuerca y a la rodela- Tomamos las nuevas medidas de la tuerca y rodela- Tratamos de embonar la rodela al perno y enroscar la tuerca al perno.- Luego sometemos al calor a la tuerca, rodela y el perno.- Tratamos de embonar la rodela al perno y enroscar la tuerca al perno

Dilataciones Volumétricas:

- Tomamos las medidas de los tres cubos Cu, Al, Fe (ancho, largo y profundidad) y su temperatura inicial.

- Encendemos la cocina eléctrica- Colocamos cada cubo directamente al calor - Tomamos las nuevas medidas y las anotamos en las tablas


7.- Tabla de datos

DILATACIONES LINÉALES

Ensayo 1 Elemento: Tubo Material: Aluminio

Parámetro físico Dimensión Símbolo Valor UnidadesLongitud inicial L L0 57,8 cm

Diámetro inicial interno

L d0 0,554 cm

Diámetro inicial externo

L D0 0,804 cm

Temperatura inicial −¿ T 0 23,2 oCCoeficiente de

dilatación −¿ α 23x10-6

oC-1

Longitud final L Lf 57,9 cmDiámetro final

internoL ⅆ f 0,556 cm

Diámetro final externo

L Df 0,805 cm

Ensayo 1 Elemento: Tubo Material: Hierro

Parámetro físico Dimensión Símbolo Valor UnidadesLongitud inicial L L0 58 cm

Diámetro inicial interno

L d0 0,472 cm


L D0 0,808 cm

Temperatura inicial −¿ T 0 21,1 oCCoeficiente de

dilatación −¿ α 12x10-6

oC-1

Longitud final L Lf 58,03 cmDiámetro final

internoL ⅆ f 0,474 cm


L Df 0,81 cm


Ensayo 3 Elemento: Tubo Material: Aleación Cobre-Zinc

Parámetro físico Dimensión Símbolo Valor UnidadesLongitud inicial L L0 54,2 cmDiámetro inicial

internod0 5,86 cm


L D0 8,02 cm

Temperatura inicial

−¿ T 0 27,2 ° C

Coeficiente de dilatación

−¿ α 21,5 x10−6 ° C−1

Longitud final L Lf 54.43 cmDiámetro final

internoL ⅆ f 5.86 cm


L Df 8.02 cm

Dilataciones superficiales

Ensayo 4

Parámetro físico Dimensión Símbolo Valor UnidadesSuperficie inicial de

la rodelaL2 S0 R 82.03 c m2

Superficie inicial de la tuerca

L2 S0 R m2

Superficie inicial de esfera

L2 S0 E 402.61 c m2

Temperatura inicial de la rodela

−¿ T 0R 23.4 ° C

Temperatura inicial de la esfera

−¿ T 0E ° C

Superficie final de la rodela

L2 SfR 23.4 c m2

Superficie final de la esfera

L2 SfE 93.33 c m2

Superficie final turca

L2 SfT c m2

Superficie final de la rodela

L2 SfR 404.63 c m2

Coeficiente de dilatación de la

rodela

−¿ αR - ° C−1

Coeficiente de dilatación de la

−¿ αE - ° C−1


esfera

Dilataciones volumétricas

Ensayo 5 Elemento: Cubo Material: Aluminio

Parámetro físico Dimensión Símbolo Valor UnidadesVolumen inicial L3 S0 22.45 c m3

Temperatura inicial −¿ T 0 21.5 ° CCoeficiente de

dilatación−¿ α 23 x10−6 ° C−1

Volumen final L3 Sf 22.83 c m3

Ensayo 6 Elemento: Cubo Material: Hierro



dilatación−¿ α 12 x10−6 ° C−1


Ensayo 7 Elemento: Cubo Material: Cu + Zn



dilatación−¿ α 21.5 x10−6 ° C−1


8.- Cálculos

Dilatación lineal

Aluminio

Lo=57.8cm Lf=57.9 cm

∅ o=0.554 cm ∅ f=0.556cm

∅ exterior=0.804 cm ∅ exteriorfinal=0.806 cm

α aluminio=2.4 x10−5° C−1


¿=23.2° C Tf=95.27 °C ∆T=Tf −¿=95.27−23.2 °=72.08 ° C

∆ L=α∆ L∗∆T

∆ L=(57.9−57.8 ) cm=0.1cm

∆ L=2.4 x10−5° C−1 (57.8 ) (72.08 )=0.09999 cm

Hierro

Lo=58cm Lf=58.03 cm

∅ o=0.472cm ∅ f=0.808 cm

∅ exterior=0.474 cm ∅ exterior final=0.81 cm

α hierro=1.2 x10−5 °C−1

¿=21.1° C Tf=64.2 ° C ∆T=Tf −¿=64.2−21.1°=43.1 °° C

∆ L=(58.03−58 ) cm=0.03 cm

∆ L=α∆ L∗∆T

∆ L=1.2x 10−5° C−1 (58 ) (43.10 °C )=0.029999 cm

CuZn

Lo=54.2cm Lf=54.43 cm

∅ o=0.586cm ∅ f=0.5867 cm

∅ exterior=0.802 cm ∅ exterior=0.802cm

αCu=1.7 x10−5° C−1+α Zn=2.6 x 10−5°C−1

2=αZn=2.15 x 10−5° C−1

¿=27.2° C Tf=224.57 ° C T=Tf−¿=224.57−27.2°=197.374 °C

∆ L=(54.2−54.43 ) cm=0.23cm

∆ L=2.15 x 10−5 °C−1 (54.2 ) (197.374 )=0.229999cm


Dilatación Superficial

Ao=π (25.26 )2

4−

π (11.20 )2

4=402.61mm2

¿=23.4 °C

Ao=4π r 2=π (10.22 )2=328.134 mm2

……………………………………………

Af=π (25.4 )2

4−

π (11.4 )2

4=404.63mm2

Tf=140 ° C

Af=4 π r2=π (10.3 )2=333.29mm2

Arandela

∆ A=404.63−402.61=2.02mm2 ∆T=140 °−23.4 °=116.6° C

Esfera

∆ A=333.29−328.134=5.155mm2


Dilatación Volumétrica

Aluminio

Vo=22.47 c m3 Vf=22.83 c m3

¿=21.5 °C Tf=150 ° C ∆T=150 °−21.5 °=128.5°C

α=23 x10−5° C−1

Fórmula dilataciones volumétricas

∆V=α∗Vo∗∆T

∆V=23 x10−6 ° C−1∗22.47∗128.5 ° C=0.066 c m3

CuZn

Vo=7.19cm3 Vf=7.248c m3

¿=22.9°C Tf=139.8 ° C ∆T=119.8°−22.9 °=116.9°C

α=2.15 x10−5°C−1


∆V=α∗Vo∗∆T

∆V=2.15 x10−5 °C−1∗7.19∗116.9° C=0.0589 cm3

Hierro

Vo=7.9cm3 Vf=7.968 c m3

¿=22.9°C Tf=147.65 ° C ∆T=147.65 °−22.9 °=124.74 °C

α=1.2 x10−5° C−1


∆V=α∗Vo∗∆T

∆V=1.2x 10−5 °C−1∗7.9∗124.74 °C=0.068 cm3


9.- Variables

Dilataciones Lineales

Ensayo 1 Elemento: Tubo Material: Aluminio

Parámetro físico Dimensión Símbolo Valor UnidadesVariación de

longitudL ΔL 0,0999 cm

Temperatura Final −¿ T f 95,27 ° CVariación de temperatura

−¿ ΔT 72,08 ° C

Ensayo 2 Elemento: Tubo Material: Hierro




−¿ ΔT 43,1 ° C

Ensayo 3 Elemento: Varilla Material: Aleación Cobre-Zinc




−¿ ΔT 197,374 ° C

Dilataciones Superficiales

Ensayo 4


superficie de la rodela

L2 ΔS 1.296 c m2

Temperatura final de la rodela

−¿ T f 140 ° C

Variación de temperatura de la

rodela

−¿ ΔT 116,6 ° C


Variación de superficie de la

esfera

L2 ΔS 5,15 c m2

Temperatura final de la esfera

−¿ T f 140 ° C

Variación de temperatura de la

esfera

−¿ ΔT 116,6 ° C

Dilataciones volumétricas

Ensayo 5 Elemento: Cubo Material: Aluminio


volumenL3 ΔV 0,36 c m3

Temperatura final −¿ T f 150 ° CVariación de temperatura

−¿ ΔT 128,5 ° C

Ensayo 6 Elemento: cubo Material: Aleación Cobre-Zinc



Temperatura final −¿ T f 139,8 ° CVariación de temperatura

−¿ ΔT 116,9 ° C

Ensayo 7 Elemento: cubo Material: Aleación Hierro



Temperatura final −¿ T f 147,65 ° CVariación de temperatura

−¿ ΔT 124,74 ° C


10.- Análisis de Resultados

(Analizar las dilataciones lineales, superficiales y volumétricas en función de las variaciones de dimensión y variación de temperatura para cada material) Genere las gráficas correspondientes.

Dilatación lineal

En la gráfica se puede apreciar que el aluminio tiene una dilatación lineal muy alta al calor, ya que con el aumento de la temperatura también va aumentando su longitud esto se debe a su coeficiente de dilatación muy alto, mientras más temperatura le apliquemos al aluminio más se ira dilatando.


La gráfica y los datos obtenidos de este cubo nos dan como resultados que el hierro tiene una dilatación lineal menor en comparación con el aluminio por lo que se necesitan temperaturas altas para que tenga mayor dilatación es decir al pasar los 100°C su variación es alta, esta característica es por su coeficiente de dilatación.

En la

gráfica podemos apreciar que este cubo tiene una dilatación lineal alta, decimos esto porque su longitud varia rápidamente al contacto con la temperatura , esto se debe a que los dos metales, cobre y zinc, están mezclados por lo que su coeficiente de dilatación es uno solo, y por ello varia rápidamente su longitud.

Dilatación Superficial


Dilatación volumétrica

En la gráfica se puede apreciar que el aluminio tiene una dilatación volumétrica muy sensible al calor, ya que con el cambio progresivo en la temperatura también va cambiando casi progresivamente su volumen, característica dada por su coeficiente de dilatación muy alto.

En la gráfica se ve que este cubo tiene una dilatación volumétrica alta, ya que su volumen cambia con rapidez a temperaturas bajas, este cambio se debe a que los dos metales, cobre y zinc, están mezclados por lo que su coeficiente de dilatación es uno solo, y su variación es más frágil


Este cubo tiene una dilatación volumétrica algo baja con las temperaturas bajas, pero se puede apreciar que cuando sobrepasa los 100°C su variación es las alta, esta característica es por su coeficiente de dilatación, ya que lo hace reaccionar de esta manera ante el calor en cuerpo de tres dimensiones

11.- Observaciones:

1. ¿Qué es una dilatación?Es la variación de las dimensiones de un cuerpo que se encuentra bajo la acción de cierta temperatura, esto se origina por la vibración de las moléculas expuestas a dicha temperatura.

2. ¿Qué material se dilata más y porque?El aluminio pues este tiene un coeficiente de dilatación muy alto, lo que origina que sus moléculas vibren más fácilmente ante la presencia de la temperatura.

3. ¿Cuál es la diferencia entre dilatación superficial y lineal?

La diferencia más clara que hay, es que en la dilatación superficial existe la variación de dos dimensiones, mientras que en la lineal varía sólo en una dimensión.

4. ¿Cuál es la aplicación de dilataciones en la ingeniería?Generalmente se aplica para determinar las dimensiones de los cuerpos expuestos a altas temperaturas, un ejemplo es que en el motor de un automóvil, las válvulas son de distinto tamaño, por el motivo de que una de ellas está expuesta a mayor temperatura por lo que al dilatarse ocupa un área mayor.


5. ¿De un ejemplo real donde usted ha comprobado el efecto de la dilataciones?En los neumáticos del vehículo, pues a temperatura ambiente se inflan según las especificaciones pero en las mañanas la temperatura desciende, y la presión de los neumáticos disminuye, y cuando la temperatura vuelve a la de ambiente, la presión aumenta a la misma de la especificación, presenciando así la dilatación del gas.

6. ¿De qué depende el coeficiente de dilatación?

Coeficiente de dilatación lineal es la dilatación media q experimenta un sólido, por hundida de longitud cuando su temperatura aumenta en 1°C, por lo tanto el coeficiente de dilatación depende del tipo de material con el cual se está trabajando, ya que el coeficiente de dilatación es el que va a dar las características necesarias para que el material se pueda dilatar ciertas temperaturas

7. Traza los diagramas de las temperaturas en función de la dilatación volumétrica.

Temperatura

volumen

22,9 0,00000719

35 0,00000721

65 0,00000723

85 0,00000725

95 0,00000727

100 0,00000728

Temperatura

Volumen

22,9 0,00007825


0.0000...

0.0000...

0.0000...

0.0000...

0.0000...

0.0000...0

20

40

60

80

100

120

DILATACION DE Cobre y Zinc

Temperatura volumen

30 0,000078335 0,0000783

540 0,000078445 0,0000784

560 0,000078570 0,0000785

580,5 0,0000786

Temperatura

volumen

27,5 0,00022435 0,00022650 0,00022875 0,0002385 0,00023290 0,00023495 0,000236

100 0,000238115 0,00024130 0,000242140 0,000244150 0,000246

8.-¿Cuál es el comportamiento molecular de los materiales en las dilataciones?

Cuando se da calor a un sólido se está dando energía a sus moléculas, que estimuladas, vibran más enérgicamente. No varían de volumen; pero se labran un espacio más grande para su mayor oscilación, de manera que al aumentar la distancia entre molécula ymolécula el sólido concluye por dilatarse.

9.-¿El grado de dilatación depende exclusivamente de la temperatura SI o NO y porque?

No, ya que intervienen también otros factores que son críticos e importantes para que sedé un grado de dilatación, los cuales son:1) La longitud inicial del cuerpo: el aumento de longitudes directamente proporcional al largo inicial del cuerpo. Es decir, mientras más largo es el cuerpo originalmente, mayor es su aumento de longitud.


0.00007825

0.0000783

0.00007835

0.0000784

0.00007845

0.0000785

0.00007855

0.00007860

20

40

60

80

DILATACION DEL HIERRO

Temperatura Volumen

0.000224

0.000226

0.000228

0.00023

0.000232

0.000234

0.000236

0.000238

0.00024

0.000242

0.000244

0.0002460

20406080

100120140160

DILATACION DEL ALUMINIO

Temperatura volumen

2) El aumento de la temperatura: el aumento de longitud también es directamente proporcional al aumento de temperatura del cuerpo.3) El coeficiente de dilatación lineal: El aumento de longitud depende del material el cual está construido un cuerpo, es decir, de su naturaleza.

10.-¿Los materiales dilatados comparten la relación tiempo-dilatación, tiempo-temperatura, temperatura –dilatación-tiempo?

Los materiales dilatados si comparten cada una de estas relaciones, ya que cada elemento mientras va aumentando el tiempo en el que están sometidos al calor, aumenta la temperatura, pero también lo más importante es que aumenta su dilatación, estas circunstancias dicen que cada factor de la dilatación va a estar ligado al otro.

12.- Conclusiones:

Logramos entender de mejor manera como sucede el fenómeno de dilatación de sólidos, gracias a la aplicación de los conocimientos obtenidos en clase.

Logramos comprobar que no es necesario que el cuerpo solido se encuentre en contacto directo con la fuente o foco de calor, ya que el vapor de agua de igual manera calienta a las varillas y las dilata, por supuesto de menor manera que el contacto directo y a menor temperatura, pero la dilatación existe.

Mediante la práctica podemos darnos cuenta que los materiales se dilatan cundo experimentan un aumento de temperatura y que su coeficiente es distinto para cada material y por lo tanto dependiendo del coeficiente del material será más fácil que se dilate o más difícil.

Al realizar la práctica nos podemos dar cuenta de los cambios de sus dimensiones y los cambios de fase. Ya que nos referimos a los cambios de dimensiones de los cuerpos sin que se produzca cambios de fase.

Cada material se dilata de las formas, lineal, superficial y volumétrica lo que implica distintos tipos de cálculo.

Cada valor de dilatación varia de forma directamente proporcional a la temperatura a la cual este se someta.

Al someter las varillas a alta temperatura observamos que se produce una dilatación lineal la cual no es tan visible debido a que su dilatación es muy pequeña.

En la práctica pudimos emplear los conocimientos adquiridos en el salón de clases para desarrollar las operaciones necesarias para llegar a obtener los datos que se solicitan en la tabla.

Podemos concluir que la parte teórica se sustenta técnicamente de una manera correcta, al comprobar que un cuerpo se dilata o cambia de dimensiones cuando


este entra en contacto con el calor, por acción del movimiento de sus moléculas excitación de las mismas.

Además podemos concluir que se notó mediante nuestro tacto, que el cuerpo metálico iba creciendo en cuanto a su temperatura, y aunque evitando quemarnos pudimos demostrar que aunque el punto de calor se aplique en un solo punto, las moléculas de este punto generaran tales movimientos que harán transmitir el calor a todo el cuerpo.

Los conocimientos sobre metrología y los instrumentos de precisión como el calibrador pie de rey y el micrómetro facilitan las determinación exacta de las dimensiones de cada uno de los cuerpos.

Las dimensiones iniciales y la temperatura de cada elemento se ven caracterizados por en centímetros y la temperatura el °C así pues estas medidas contienen

decimales que facilitan el cálculo de la variación de longitud, superficie, volumen y temperatura.

En la dilatación de los cuerpos sólidos, intervienen varios factores los cuales ayudan a que se dilaten, estos factores depende de la situación ambiental del medio en el cual se quiere dilatar el cuerpo, ya que un factor importante es la temperatura, que es quien va a activar las moléculas internas de los cuerpos, y otro factor muy importante para la dilatación es el coeficiente de dilatación, ya que gracias a este la variación de dilatación será más alta o más baja.

En la práctica se pudo determinar que el metal que más se dilato fue el Aluminio, esta característica es por su coeficiente de dilatación que es muy alto comparado con el de los demás metales, porque el aluminio es más sensible al momento de reaccionar con la temperatura de un determinado lugar.

Logramos identificar los diferentes materiales que hay en el laboratorio su manera correcta de utilización para un manejo adecuado y evitar accidentes por quemaduras o situaciones similares.

La medida obtenida realizando los cálculos comparándola con la medida que tomamos es en ciertos casos igual o similar pero depende de cada material y elemento analizado.

Se determinó que cuando un cuerpo es expuesto a altas temperaturas, este sufre una expansión de dimensiones, y al cambiar la temperatura a una más baja sus dimensiones sufren una contracción.

Uno de los parámetros bajo los cuales existe una variación de dimensiones, es la temperatura, pero además influye el lugar del cuerpo donde se aplica con mayor intensidad la temperatura.

La principal variable que interviene en la dilatación de solidos es su coeficiente ya que este actúa por cada grado y centímetro de su longitud.


Al calentar los sólidos asta cierta temperatura, se produce una variación en sus longitudes .y por ende existe un cambio de volumen en el mismo.

En conclusión, el elemento depende más de su coeficiente de dilatación por el hecho que este denota que dimensión tendrá a una variación de temperatura definida.

Otra conclusión radica en que la resistencia a la dilatación es mayor en los volúmenes que en las superficies, y estos son mayores en las lineales, por el hecho que la dilatación se dirige en más dimensiones en una que en otra.

En el experimento realizado se observó que los diferentes materiales aumentan sus dimensiones de forma diferente ya que poseen un coeficiente de dilatación que está en función de la disposición de su estructura molecular.

Se observó que al exponer al cuerpo volumétrico en una sola zona aumentará sus dimensiones en forma proporcional en el lado del cuerpo que este en mayor contacto con el fuego.

13.- Recomendaciones:

Las temperaturas alcanzadas por los cuerpos solidos son muy altas por lo que se recomienda utilizar termómetros con escalas amplias, ya que el termómetro de mercurio que utilizamos tenía una escala hasta los 110°C y el termómetro digital marcaba máximo hasta 150°C por lo que la medición máxima no pudimos alcanzarla.

Al momento de realizar la práctica con las varillas se recomienda utilizar instrumentos de medida de gran precisión puesto que no se dilatan tanto al no estar en contacto directo con el foco de calor.

Tener cuidado al manipular los objetos estudiados ya que al elevar su temperatura y al no utilizar los respectivos equipos puede producir serias quemaduras en la piel.

Siempre utilizar los guantes para proteger nuestras manos de las altas temperaturas que están sometidos los objetos analizados evitando posibles quemaduras.

Utilizar instrumentos de mayor apreciación para la toma de medidas después y antes de la dilatación.

En cada valor de dilatación y temperatura al momento de establecer la relación, se debe utilizar datos en las respectivas unidades de las constantes.

Uno vez calentadas las varillas colocarse los guantes antes de realizar las respectivas mediciones para evitar posibles quemaduras.


Tomar bien la temperatura de los cuerpos ya que esta será de mucha importancia para realizar los cálculos pertinentes.

Se recomienda no manipular el termómetro de manera que nuestra mano tome la punta de lectura, debido a que esto nos dará una lectura errónea.

Es recomendable tomar varias mediciones para poder tomar identificar un crecimiento constante en cuanto a Temperatura versus las dimensiones.

Se puede utilizar varios instrumentos con diferentes apreciaciones para así poder determinar con mayor exactitud las dimensiones de los cuerpos.

Las mediciones deben ser rápidas ya que la temperatura se disipará rápidamente y nos podremos contemplar las dimensiones exactas.

Para poder realizar la dilatación de ciertos materiales, se deben considerar las características del medio en el cual nos encontramos, ya que del medio, se tomara la temperatura, la cual se utilizara para la dilatación del cuerpo, y esto es lo que afectara para que la dilatación se mayor o menor.

Al momento de dilatar un cuerpo solido se debe considerar su coeficiente de dilatación, ya que de este dependerá que el cuerpo se dilate más o menos, el coeficiente de dilatación va a variar de acuerdo a cada metal, dependiendo que su comportamiento molecular.

Tener en cuenta que una mala utilización o un mal seguimiento del proceso puede causar que la práctica no termine de la manera esperada así que hay que mantener el orden y el enfoque en la tarea que se realiza.

Revisar los materiales que se solicitan para cada practica y también que los equipos que se van a utilizar en el transcurso de la misma estén en perfecto estado.

Se sugiere conseguir unas pinzas para sujetar las varillas o cuerpos dilatados, pues si se los toman con los guantes de cuero, estos darán dificultades para obtener la medida de las dimensiones del cuerpo dilatado, por lo que si se utilizan las pinzas para sujetar al cuerpo se obtendrán datos más precisos.

Previamente a realizar el ensayo, revisar la correcta calibración de los instrumentos de medida de precisión, pues como en el caso del micrómetro, el cero se encontraba desplazado, por lo que no daría datos correctos al compararlos con el calibrador o pie de rey.

Verificar que los instrumentos y materiales del laboratorio estén en perfectas condiciones para evitar datos errores.

Utilizar cuatro decimales en los cálculos para mayor exactitud en los resultados obtenidos.

Recomiendo el uso de indumentaria anti térmica en el acto de los experimentos térmicos, para la evitación de danos físicos hacia el investigador.


Recomiendo utilizar un pie de rey en la medición de dimensiones longitudinales debido a su extrema precisión.

Para tener mayor uniformidad en la distribución del vapor de agua por los tobos lineales se recomienda ubicar los mismos en posición horizontal.

Se recomienda constantemente cambiar de posición los cubos volumétricos para que se dilaten uniformemente

14.- Bibliografía

Fabián Torres Ardila, Edición 2003, Enciclopedia Luminar siglo XXI, Impreso en Colombia, Editorial Norma.

Proaño, Diego (Guías de laboratorio), gráficas Latacunga, primera edición. José Aguilar, Juan Pachero, Física Primera Edición. 2007 Editorial Reverte.

15-Anexos


dilatacion de solidos informe

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