Densidad y tensin superficial

UNIVERISDAD NACIONAL DE INGENIERIA5

2015

LABORATORIO N4: COEFICIENTE DE DILATACION LINEALObjetivos:Objetivo principal: Determinar el coeficiente de dilatacin lineal de diferentes sustancias.Objetivos secundarios: Medir la variacin de longitud de un cuerpo utilizando el concepto de ngulo de giro. Medir la variacin de la temperatura de las diferentes sustancias utilizadas en el laboratorio. Medir el ngulo y radio de giro de la aguja.

1. Fundamento Terico:

Cuando se considera solo la dilatacin en una dimensin se dice que se trata de una dilatacin lineal, cuando es en dos dimensiones se le llama dilatacin superficial y cuando se trata en tres dimensiones recibe el nombre de dilatacin volumtrica.La experiencia pone en evidencia que la dilatacin de los cuerpos depende (adems de la sustancia de la que se trate) de las dimensiones iniciales y del incremento de temperatura. Tratndose por ejemplo de un alambre delgado el aumento de longitud es mayor cuando ms largo es inicialmente el alambre y tambin cuando mayor sea el incremento de temperatura.DILATACIN:

Se denomina dilatacin al cambio de longitud, superficie, volumen o alguna otra dimensin mtrica que sufre un cuerpo fsico, el motivo es al cambio de temperatura que incrementa la energa de los tomos que incrementan o disminuyen su amplitud de vibracin.

Generalmente se observa la dilatacin linealal tomar un trozo de material enforma debarra o alambre de pequea seccin, sometido a un cambio de temperatura, el aumento que experimentan las otras dimensiones son despreciables frente a lalongitud.Segn su naturaleza cada cuerpo posee lo que se llama coeficiente de dilatacin trmica, cuya unidadde medida es 1/C COEFICIENTE DE DILATACION:Se denomina coeficiente de dilatacin al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo slido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura experimentando una dilatacin trmica. A continuacin se muestran algunos coeficientes de distintos materiales

DILATACION LINEAL

El efecto ms frecuente producido por cambios de temperatura es un cambio en el tamao. Con pocas excepciones, todas las sustancias incrementan su tamao cuando se eleva la temperatura. Los tomos en un slido se mantienen juntos en un arreglo regular debido a la accin de fuerzas elctricas. A cualquiertemperatura los tomos vibran con cierta frecuencia y amplitud. A medida quela temperatura aumenta, se incrementa la amplitud (desplazamiento mximo) de las vibraciones atmicas. Esto da por resultado a un cambio total en las dimensiones del slido. Un cambio de un slido en una dimensin de llama dilatacin lineal.Si calentamos esa barra hasta que la misma sufra una variacin de temperatura, notaremos que su longitud pasa a ser igual a L (conforme podemos ver en la siguiente figura):

Matemticamente podemos decir que la dilatacin es:

Pero si aumentamos el calentamiento, de forma de doblar la variacin de temperatura, o sea, 2, entonces observaremos que la dilatacin ser el doble (2 L).

Podemos concluir que la dilatacin es directamente proporcional a la variacin de temperatura.

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

Podemos concluir que, la dilatacin es directamente proporcional al larco inicial de las barras.

Cuando calentamos igualmente dos barras de igual longitud, pero de materiales diferentes, notaremos que la dilatacin ser diferentes en las barras.Podemos concluir que la dilatacin depende del material (sustancia) de la barra.

De los tems anteriores podemos escribir que la dilatacin lineal es:

Dnde:

.L=longitud final.L= dilatacin (DL > 0) contraccin (DL < 0)= 0 (variacin de la temperatura)= es una constante de proporcionalidad caracterstica del material que constituye la barra, denominada comocoeficiente de dilatacin trmica lineal.

De las ecuaciones I y II tendremos:

La ecuacin de la longitud finalL = L0(1 +.), corresponde a una ecuacin de 1 grado y por tanto, su grfico ser una recta inclinada, donde:L = f ()==>L = L0(1 +.).

Observaciones:

Todos Los coeficientes de dilatacin sean,ou, tienen como unidad:(Temperatura)-1==>C-1

DILATACIN SUPERFICIAL

Es aquella en que predomina la variacin en dos dimensiones, o sea, la variacin del rea del cuerpoPara estudiar este tipo de dilatacin, podemos imaginar una placa metlica de rea inicialS0y temperatura inicial0.Si la calentramos hasta la temperatura final,su rea pasar a tener un valor final igual aS.

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

Observaciones:

Todos Los coeficientes de dilatacin sean,o, tienen como unidad:(Temperatura)-1==>C-1

DILATACIN VOLUMTRICA

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

Para estudiar este tipo de dilatacin, podemos imaginar un cubo metlico de volumen inicial V0y la temperatura inicial 0. Si lo calentamos hasta la temperatura final, su volumen pasar a tener un valor final igual a V.

La dilatacin volumtrica ocurri de forma anloga a la de la dilatacin lineal; por tanto podemos obtener las siguientes ecuaciones:

Observaciones:

Todos Los coeficientes de dilatacin sean,o, tienen como unidad:(Temperatura)-1==>C-1

3. Materiales y equipo:

4. Procedimiento experimental:

5. Clculos y resultados:

5.1.

6. Observaciones:La variacin de la longitud de las tres sustancias es casi imperceptible de 20 C a 100 C por ello se calcula la longitud de giro de la aguja.Se increment la temperatura de las varillas por medio del calor transmitido por el vapor de agua (100 C)

En angulo de giro de la sustancias

7. Conclusiones:La variacin de longitud lineal de una varilla es directamente proporcional a la variacin de temperatura que experimenta dicha varillaOrden de coefi de variacin lineal

8. Recomendaciones:La variacin de longitud de las sustancias utilizadas es casi imperceptibles a simple vista por ello se utiliza el concepto de longitud de giro