SISTEMA PARA MEDIR LA DILATACION LINEAL EN LOS METALES
PRESENTADO POR:LEONARDO BEDOYAALFREDO REYESGREGORY RIVEROLAIRETH
DEL VALLE
Dirigido a:MAGISTER WILLIAM CELIN
Laboratorio de fsica calor y ondas
GRUPO: CN3
Barranquilla, 10 de abril de
2013Contenido1.Introduccin32.Planteamiento del
problema53.Justificacin64.Objetivos85.Marco terico96.Diseo y
montaje17.Mtodo de investigacin18.Tipo de
investigacin19.Bibliografa1
IntroduccinCasi todos los slidos se dilatan cuando se calientan,
e inversamente se contraen al enfriarse. Esta dilatacin o
contraccin es pequea, pero sus consecuencias son importantes. Tal
es el caso de la torre Eiffel elaborada en hierro de 300 metros de
alto, y quin dira que esta estructura en verano podra expandirse
hasta unos 12 centmetros, y en invierno podra contraerse hasta unos
6 centmetros. Otro caso es el de los puentes, ms especficamente un
puente de metal de 50 m de largo que pase de 0 a 50 podr aumentar
unos 12 centmetros de longitud; si sus extremos son fijos se
engendrarn tensiones sumamente peligrosas, por eso se suele
montarlos sobre rodillos. Otro caso ms seran las vas del
ferrocarril en las cuales se procura dejar un espacio entre los
rieles por la misma razn y este espacio entre los rieles es el
causante del traqueteo de los vagones. Por ltimo, el caso de las
carreteras de hormign se ven a intervalos regulares lneas de
material asfltico destinadas a absorber las dilataciones producidas
por el calor; de otro modo la construccin saltara en pedazos en los
das de mucho sol.
Es as como la cotidianidad muestra la dilatacin que ocurre en
tres dimensiones largo, ancho y alto. De manera cientfica esta
dilatacin ocurre por el aumento de la temperatura y en consecuencia
aumenta la energa trmica y esto hace que aumente las vibraciones de
los tomos y molculas que forman el cuerpo haciendo que pase a
posiciones de equilibrio ms alejadas de las originales.Este
alejamiento mayor de los tomos y de las molculas del slido produce
su dilatacin en todas las direcciones. En la experiencia de
laboratorio sobre la que se pretende perfeccionar: Dilatacin
longitudinal de algunos metales, se buscar por medio de
dispositivos electrnicos innovar su tecnologa y disminuir errores
en las mediciones. Hecho importante a la hora de hallar los datos
de longitud inicial y final al igual que la variacin de temperatura
necesarios para conseguir de manera indirecta el coeficiente de
dilatacin lineal. Pudiendo comprobar si al implementar los
dispositivos electrnicos disminuyen los rangos de error.
El metal a emplear ser el aluminio que es maleable, dctil, tiene
una resistencia mecnica pero lo ms importante es que es un buen
conductor de calor y de electricidad por su estructura interna de
enlace metlico (donde los electrones forman una nube que se mueve
rodeando todos los ncleos), y un enlace des- localizado (en todas
las direcciones es decir que no est limitado a una orientacin
determinada).
Planteamiento del problemaEn la universidad de la costa,
Barranquilla/ Atlntico, ms especficamente en su laboratorio de
fsica calor y ondas se realiza una experiencia llamada dilatacin
lineal de los metales por efecto trmico en busca de comprobar dicho
fenmeno. Mediante esto se determina el coeficiente de expansin
lineal gracias a la medicin de variables como lo son temperatura y
variacin de la longitud. Es ah donde se emplea un dilatmetro
(instrumento cientfico para medir la expansin o contraccin
relativas de los slidos a diferentes temperaturas).
Pero la dilatacin no slo se ve reflejada en este fenmeno, tambin
se puede observar al colocar el termmetro de mercurio sobre un
cuerpo con mayor o menor temperatura, en dnde este se dilata hasta
el punto de alcanzar un equilibrio trmico con el objeto y logrando
la medicin de la temperatura por una escala graduada en el vidrio
del termmetro. Gracias a que la variacin volumtrica del mercurio
ante cambios de temperatura mantiene un rango de ascenso y descenso
constante.
El dilatmetro empleado en el laboratorio como otros implementos,
tal es el caso de las varillas metlicas oxidadas podran renovarse
para reducir los rangos de error en las experiencias, adems de
calibrar las balanzas. Con esta problemtica y poniendo como base la
tecnologa se buscara mejorar la experiencia de dilatacin lineal de
los metales gracias a un mecanismo constituido por dispositivos
electrnicos programables.
JustificacinLa Expansin y contraccin relativa de slidos a
diferentes temperaturas se da por la dilatacin que es el aumento o
disminucin de volumen que experimentan los cuerpos cuando aumentan
disminuye su temperatura. En la Dilatacin de los slidos todos
tienden a incrementar su volumen en mayor o menor grado cuando se
le aplica calor, y por ende, aumenta su temperatura. Este efecto se
observa los pavimentos de concreto y vas frreas o rieles, que se
alargan al calentarse por lo cual se colocan en estas una juntas de
expansin trmica para evitar que en da muy caluroso se rompan o
debido a la contraccin en das muy fro.
Esta junta se llena con un material suave que permita que el
objeto se expanda o se contraiga conforme cambia el material que lo
compone. La dilatacin se puede medir y demostrar mediante un
aparato llamado dilatmetro. Los dilatmetros han sido usados para
control de calidad en materiales o en produccin. Ejemplos
interesantes incluyen la manufactura de convertidores catalticos y
escudos de calor para la industria aeroespacial.
Entendiendo el fenmeno fsico que se da cuando un cuerpo se
expone a cambios de temperaturas se hace indispensable que el
instrumento de medicin utilizado en el laboratorio de fsica calor
ondas llamado dilatmetro como punto de determinacin para obtener
los datos que harn posible determinar el coeficiente de dilatacin
lineal de un metal, debe estar en optimas condiciones para eliminar
la cuanta de error. Lo cual no es as, por lo que se busca un mtodo
innovador con bases electrnicas para disminuir los amplios rangos
de error en las mediciones.
Por esto causa es importante llevar a cabo la consulta sobre
todo lo referente a dilatacin trmica que lleva como ttulo:
Mejoramiento de la experiencia de dilatacin trmica de un metal a
travs de un mtodo ms efectivo. Y contar as con un conocimiento
profundo acerca el tema.
Razones ms detalladas para llevar a cabo este proyecto seran:
Aplicar conocimientos referentes a la ingeniera electrnica en
cuanto a circuitos, y a la ingeniera industrial en la parte de
termodinmica en cuanto a los procesos industriales donde el calor
es un factor interventor en su mayora. Mejorar la experiencia de
dilatacin trmica de los metales en el laboratorio mediante la
innovacin de algunos instrumentos y as puedan ser ms precisos los
resultados prcticos respecto a los tericos.
ObjetivosGeneral: Optimizar la experiencia de la dilatacin
lineal de un metal a travs de la implementacin de nuevas tecnologas
en el instrumento de medida de la dilatacin (dilatmetro) durante la
experiencia de fsica calor y ondas.
Especficos: Aplicar conceptos de la ingeniera electrnica,
industrial y elctrica para innovar el mecanismo de medicin de la
dilatacin lineal de los metales. Determinar la temperatura y
variacin de la longitud del metal con dispositivos electrnicos
tales como: sensor de temperatura y fotorresistencia. Comparar el
coeficiente de dilatacin lineal obtenido experimentalmente con el
valor terico del mismo para as comprobar si se redujo el error
mediante la optimizacin del proceso.
Marco tericoEl calor puede aumentar la temperatura de un cuerpo
o transformarse en trabajo cuyo resultado es la dilatacin,
demostrable por medio de una simple experiencia.
Se denomina dilatacin trmica al aumento de longitud, volumen o
alguna otra dimensin mtrica que sufre un cuerpo fsico debido al
cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.
El dilatmetro es el instrumento cientfico utilizado para medir
dicha dilatacin trmica.
El coeficiente de dilatacin lineal, designado por L, para una
dimensin lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente
comparando el valor de dicha magnitud antes y despus de cierto
cambio de temperatura. El cambio total de longitud de la dimensin
lineal que se considere, puede definirse segn una ecuacin como:
Donde:
l= variacin de la longitud=coeficiente de dilatacin lineal
[C-1]= Longitud inicialT = Variacin Temperatura
El coeficiente de expansin lineal del aluminio corresponde a .
Dado que las dimensiones lineales de los objetos varan con la
temperatura se deduce que el volumen y el rea superficial tambin
varan con la temperatura. Utilizando un procedimiento anlogo, se
puede demostrar que el incremento del rea de un objeto debido a un
incremento de temperatura es:
Donde=Variacin del rea=Variacin de la temperaturaCoeficiente de
expansin del rea==rea inicial
As mismo el incremento del volumen se demuestra con la
ecuacin:
Donde:=Variacin del volumen=Variacin de la
temperaturaCoeficiente de expansin del volumen==Volumen inicial
Universidad de la Costa Departamento de ciencias bsicasFacultad
de ingeniera
Diseo y montaje
1. Se monta en la protoboard el circuito planteado en el
simulador para probarlo. 2. Se delimitan las dimensiones de la
baquelita que fue impresa en el papel propalcote para poder
recortarla. 3. Se recorta la baquelita.4. Se plancha el papel
propalcote en la baquelita.5. Se agrega un poco de cido ntrico en
un recipiente con agua. 6. Se incorpora el papel propalcote con la
baquelita en la solucin.
7. Se espera que reaccione la solucin con el papel propalcote y
el cobre. 8. La reaccin elimina toda la parte del cobre que no
tiene la tinta del impreso del propalcote previamente planchado. Se
sabe que la reaccin termino cuando se torna la solucin de color
azul.
9. Se perfora la baquelita con un motortool y se le montan los
dispositivos electrnicos.
10. Se monta la experiencia, despus de elaborada la base de
madera.
11. Se prueba la experiencia.
Mtodo de investigacinEl mtodo de investigacin utilizado es
analtico-deductivo, ya que se abarca el tema de su parte ms general
a su parte ms especfica, partiendo de los efectos que ocasiona el
incremento de la temperatura en los cuerpos, llegando a un fenmeno
conocido como dilatacin, el cual puede ser observado en cuerpos en
estado slido, liquido y gaseoso. Pero corresponde en este proyecto
a la dilatacin de una varilla metlica e interpretado por el fenmeno
de la dilatacin lineal de un cuerpo.
Tipo de investigacinInvestigacion aplicada:El mecanismo a
implementar permite establecer las causas que originan el fenmeno
de dilatacin de una manera ms fcil y concisa. Para que por medio de
estas se puedan determinar efectos y realizar una mejor
confrontacin de los resultados prcticos al compararlos con los
tericos; en este caso lo que se desea obtener es el coeficiente de
dilatacin lineal del aluminio =
BibliografaConsultado en:-
http://www.monografias.com/trabajos5/inlac/inlac.shtml, 14-03-11-
http://www.monografias.com/trabajos5/inlac/inlac.shtml,
14-03-11-LEA, Susan y BURKE, John. La Naturaleza de las Cosas.
Thomson Editores. Mxico p. 685- 689. Vol I.- Serway, Fsica I, Mc
Graw Hill, Tercera edicin, p. 555-560-Paul E. Tippens. Fsica
conceptos y aplicaciones. Mc Graw Hill. Sexta edicin.-Paul G
Hewitt. Fsica conceptual. Pearson Addison Wesley. Decimal edicin.-
http://www.youtube.com/watch?v=kGBEcdBNOPs, 06-04-11- Gustavo
Vergel Cabrales. Un manual para la elaboracin de diseos y proyectos
de investigacin Educosta Barranquilla 1997
