dilatacion lineal (5)

LABORATORIO DE FISICA II: DILATACION LINEAL EN LÍQUIDOS

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UNAC - 1966

OLP

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Experiencia Nº 5: “DILATACIÓN LINEAL EN

LÍQUIDOS”

Fecha: 8 de Mayo del 2012

Profesor: Lic. César Cabrera Arista

Curso: Física II

Integrantes: Copaja Hernández Luz Zenaida

Dueñas Granados Karina Elizabeth

Moreno Balsa Jacqueline Lizeth

Tanohuye Tanohuye Takeshi Pablo

Ciclo: 2012 A

2012


DILATACIÓ N LINEAL EN LI QUIDÓS

INTRODUCCIÓN

El cambio de temperatura en un cuerpo induce un cambio en su volumen. Los

cuerpos se dilatan o contraen dependiendo del signo del cambio de

temperatura.

En el laboratorio se utilizarán termómetros con diversos líquidos para medir la

dilatación como un cambio en la longitud del cuerpo.

La cantidad física que mide la relación entre el cambio de longitud de un cuerpo

(ΔL) y la variación de temperatura (ΔT) se denomina coeficiente de dilatación

lineal (α) y está relacionado con ΔL y ΔT mediante la relación:

Donde corresponde a la longitud de referencia, respecto de la cual se miden

los cambios de longitud.

OBJETIVOS

Corroborar la variación de longitud de un material expuesto a un cambio

de temperatura.

Medir la dilatación lineal (en una dirección) de algunos líquidos.


MARCO EXPERIMENTAL:

1. Con mucho cuidado sin tocar el bulbo del termómetro pinte una marca

de la altura inicial del líquido en el capilar. Seguidamente a partir de esta

marca y con una regla marque 6 distancias de 1cm en el termómetro.

2. Conecte el sensor al Xplorer que previamente ha prendido.

3. Con ayuda del profesor configure el Xplorer para ingresar los

incrementos de longitud en la pantalla del Xplorer.

4. En la cocina apagada coloque el vaso pírex con 500g de agua. Encienda

la cocina y espere 1 minuto y arme el equipo experimental como se

muestra en la Figura 1. Accione la tecla Play del Xplorer y se inicia la

toma de datos.

5. Justo cuando el líquido del termómetro se incrementa y alcance la

segunda marca accione la tecla banderita del Xplorer e ingrese el valor

de 1 y presione la tecla f1 (Ok). Repita este paso hasta completar los

otros incrementos.

6. Anote los datos de incremento x y de temperatura en tabla Nº1. Con los

datos de esta tabla Nº1 realice una gráfica en papel milimetrado de la

temperatura como función de , . ¿Cuál es su interpretación de

la gráfica?


Líquido 01 (Mercurio)

TABLA Nº1

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

22.

8

29.58

1

35.60

5

41.16

2

47.30

9

53.38

2

59.93

3

66.24

6

72.03

7

Líquido 02 (Liquido orgánico rojo)

TABLA Nº2

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

2

4

29.90

6

36.66

0

43.81

5

50.09

3

56.33

9

62.25

5

69.14

6

75.83

1


CUESTIONARIO

1. Use los datos de la tabla Nº1 y de la tabla Nº2 para hacer un gráfico en

papel milimetrado con: la temperatura en el eje , el incremento x en el eje

, para cada líquido. Escriba en el gráfico la relación matemática



2. Realice un ajuste por mínimos cuadrados a la grafica de la pregunta 1 y

determine el valor de la pendiente y el intercepto con el eje vertical de cada

gráfica ¿Qué significado físico tiene la pendiente y el intercepto?


∑ ∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑


∑ ∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑

∑ 2080.039

∑ 36

∑ 428.055

∑ 204

∑ 2180.938

∑ 36

∑ 448.045

∑ 204


3. De las pendientes de la pregunta 2, determine el coeficiente de dilatación

térmica de los dos líquidos.

Usamos la siguiente ecuación:

d= Diámetro del capilar del termómetro (0,02cm) m=pendiente D= Diámetro del bulbo del termómetro H= altura del bulbo del termómetro y(0)= altura inicial del líquido = coeficiente de dilatación del vidrio (0.9x10-5 ºC-1) = coeficiente de dilatación lineal del líquido.




4. Use el coeficiente calculado en la pregunta anterior para hallar el

coeficiente térmico de dilatación de volumen de los líquidos usados en la

experiencia. Compare el valor con los datos que hay en la literatura.

Se sabe que: Por tanto reemplazando nuestros valores obtenidos en la pregunta anterior.


Valor teórico:

Líquido 02 (Etanol rojo)

Valor teórico:


5. Presente una tabla de los coeficientes térmicos de dilatación lineal y de

volumen de los líquidos más conocidos.


6. Demuestre la validez aproximada de la relación entre los coeficientes

térmicos de expansión de volumen y de expansión lineal

Las dilataciones térmicas finales lineales, superficiales y volumétricas vienen

dadas respectivamente por:

Lf = Lo (1 + α ∆T)

Vf = Vo (1 + γ ∆T)

donde:

Lf y Vf = Longitud, superficie y volumen finales

Lo y Vo = Longitud, superficie y volumen iniciales

α , γ = coeficientes de dilatación lineal y volumétrico

∆T = variación de temperatura

Se trata de demostrar que la relación entre sus respectivos coeficientes de

dilatación es:

Sean Lox, Loy las longitudes iniciales de los lados de una superficie y Lfx, Lfy

las longitudes finales de esos mismos lados. Se cumple el volumen final:

Vf = Lfx Lfy Lfz

Como:

Lfx = Lox (1 + α ∆T)

Lfy = Loy (1 + α ∆T)

Lfz = Loz (1 + α ∆T)

Remplazando:

Vf = Lox (1 + α ∆T) Loy (1 + α ∆T) Loz (1 + α ∆T) = Lox Loy Loz (1 + α ∆T)³

pero Lox Loy Loz = Vo (el volumen inicial), luego:

Vf = Vo (1 + α ∆T)³ = Vo (1 + 3α ∆T + 3α² ∆T² + α³ ∆T³)

Finalmente, los términos 3α² ∆T² + α³ ∆T³ se desprecian por ser muy pequeños

y nos queda:

Vf = Vo (1 + 3α ∆T)

Que comparándola con:

Vf = Vo (1 + γ ∆T)

nos permite hacer la aproximación de:

γ ≈ 3α


7.- ¿Cuáles han sido sus fuentes de error en esta experiencia?

La medición del bulbo no fue precisa

Las marcaciones (hechas con plumón) en el termómetro se cambiaban

constantemente debido a que se despintaban cuando se colocaba en el

líquido.

8. Escriba sus conclusiones y recomendaciones.

Recomendaciones:

No colgar directamente el termómetro del sensor debido a que este

último se puede malograr.

Tener cuidado de no rozar con la cocina cuando está prendida.

Evitar que el Xplorer y su sensor (incluyendo los cables) rocen con la

cocina prendida.

No conectar ni maniobrar ningún equipo si los conocimientos

técnicos no están claros, antes consultar al profesor.

Usar solo el equipo asignado, ya que el estudiante es el único

responsable del mismo.

Conclusiones:

El error en la medición con el mercurio fue extremadamente grande

debido posiblemente a errores en las mediciones como se explicó en

la pregunta nº 7

Las gráficas han cumplido con las expectativas, una ecuación lineal

era lo que se esperaba.

El líquido rojo que se dio para analizar, resultó ser etanol.


BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA

ZEMANSKY, MARK W.- CALOR Y TERMODINÁMICA. EDIT. AGUILAR S.A 1979

SEARS, FRANCIS W.- TERMODINÁMICA. EDITORIAL

REVERTÉ, S.A. 1969

WILSON, JERRY D.- PHYSICS. EDIT.HEAT. SEGUNDA EDICIÓN, 1983

RESNICK Y HALLIDAY.- FISICA ,EDITORIAL CECSA,

PARTE I, 1990

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