UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DILATACIÓN LINEALCarlos M. Arrieta A., Jerson Sanjuan Terraza, Duvan Bermejo,

Wilfran Aragon, Brian Cervantes. Laboratorio de Física Calor Ondas Grupo:_INl___

Resumen

La experiencia realizada permitió medir coeficiente de dilatación lineal de un sólido, dicho coeficiente expresa la dependencia de la longitud de un material con su temperatura y tiene importancia en el estudio de las ecuaciones de estado de los diferentes materiales, a través de las relaciones termodinámicas adecuadas.La mayor parte de los materiales se dilatan cuando se realiza una transformación isóbara (a presión constante) en la que aumente su temperatura, siempre que no haya ningún proceso de cambio de fase en dicha transformación. Generalmente, en el caso de sustancias sólidas, el calor que se introduce en el sistema para aumentar su temperatura hace aumentar la amplitud de vibración de los átomos que componen el material y con ellos la separación media entre ellos, este efecto corresponde a una dilatación macroscópica.La relación que representa la dilatación lineal de un sólido se puede expresar como: Δ𝐿=𝐿𝑜𝛼Δ𝑇Palabras clavesDilatación Lineal, Calor, Dilatómetro, Temperatura,

Abstract

The experience made possible to measure the linear expansion coefficient of a solid, this coefficient expresses the dependence of the length of a material with temperature and is important in the study of the state equations of the different materials, through the thermodynamic relationships appropriate .Most of the materials expand when an isobar transformation (at constant pressure) to increase the temperature is performed, provided that there is no phase shift process in the transformation. Generally, in the case of solids, the heat introduced into the system to increase its temperature increases the amplitude of vibration of the atoms that make them the material and the mean spacing between them, this effect corresponds to macroscopic expansion .

KeywordsLinear expansion, Heat, Dilatometer, Temperature,

1. Introducción

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.

El coeficiente de dilatación es el cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente

cambian de temperatura provocando una dilatación térmica.

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

1

UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

distancia entre moléculas el sólido concluye por dilatarse.

2. Desarrollo experimental

Objetivos Determinar el coeficiente de dilatación lineal de un sólido.

Materiales1. Termómetro.2. Mechero o fuente de calor.3. Dilatómetro.

1. Mida la longitud inicial 𝐿𝑜 del sólido utilizado.

2. Tome una Barra sólida y colóquela en el dilatómetro, ajústelo de tal manera que el puntero del arco se encuentre ubicado en una de las rayas que indica los milímetros en el arco.

3. Mida la temperatura inicial de la barra antes de ser calentada.

4. Conecte el gas al dilatómetro o en su caso coloque algodón justamente debajo de la barra para generar la llama que calentara la barra utilizada para determinar el coeficiente de dilatación lineal.

5. Una vez le genere calor a la barra, de inmediato coloque el termómetro en una de las esquinas de la barra sin quitarla, de esta manera podrá medir la temperatura que ésta obtiene.

6. Mida cada dos milímetros la temperatura de la barra y repórtelas en la tabla 1.

4. Datos obtenidos del laboratorio.

Δ𝐿 (𝑚𝑚)

𝐿𝑜(𝑚𝑚)

𝑇𝑜(º𝐶) ��(º𝐶)

Δ𝑇(º𝐶)

Δ𝐿/𝐿𝑜 0.1

180 24

34 10 0,001

0.2 44 20 0,001

0.3 53 29 0,002

0.4 63 39 0,002

0.5 74 50 0,003

0.6 83 59 0,003

Tabla 1. Parámetros de Expansión Lineal

4. Cálculos y análisis de resultados

10 0,001

20 0,001

30 0,002

40 0,002

49 0,003

58 0,003

Pendiente

0,0000576601

2

UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

El tipo de grafico que se obtiene es una línea recta debido a que el comportamiento de la dilatación lineal es directamente proporcional.

La pendiente de la recta obtenida no es más que el coeficiente de expansión lineal del material solido

El valor es de 5.76X10-5

El material con el coeficiente de dilatación lineal más parecido es el hielo 5.1X10-5

%Er = (5.1X10-5 - 5.76X10-5)/ 5.1X10-5

*100%

El erro relativo porcentual es de 12.94%5. Conclusiones

El conocimiento del coeficiente de dilatación lineal adquiere una gran importancia técnica en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril; estos van soldados unos con otros, por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.

Bibliografía

1. SEARS,ZEMANSKY,Young, Freedman, Fisica uniersitaria con fisica moderna, vol, 1, 11edicion, pearson educacion, mexico, 2005.ISBN 970.

2. Reyman A. Serway, jhon w.ewett, Jr Fisica para ciencias e ingenierias, volumen 1, sexta ediion , thomson

3