DILATACIÓN TÉRMICA

UNIVERSIDAD DE GRANADA

EST DE INGENIERA CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

DILATACIÓN TÉRMICA

MELANIA TOAZO AGUAS

31/12/2020

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

[pic 1]

La dilatación térmica es el proceso por el cual los cuerpos aumentan su volumen debido a su temperatura.

 Afecta a todos los estados de agregación de la materia. Cuando un cuerpo aumenta su temperatura, las partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más espacio para desplazarse. Es por ello que el cuerpo necesita aumentar su volumen.

De entre los estados de agregación de la materia estudiados, el estado sólido es el que tiene las fuerzas de cohesión más fuertes, por lo que resulta más difícil observar la dilatación que en líquidos y gases.[pic 2]

En función del número de dimensiones que predominan en el cuerpo, podemos distinguir tres casos:

[pic 3]Dilatación lineal, Dilatación superficial y Dilatación volumétrica. Se produce cuando predomina una dimensión frente a las otras dos. Ejemplos de cuerpos que se dilatan linealmente son: varillas, alambres, barras...

La dilatación lineal de un cuerpo viene dada por la expresión:=𝑙0·(1+𝜆·∆𝑇)

Donde:

l, l0: Longitud final e inicial respectivamente del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro (m)

λ: Coeficiente de dilatación lineal. Es específico de cada material y representa el alargamiento que experimenta la unidad de longitud de un sólido, cuando su temperatura se eleva 1 K. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el K^-1 , aunque también se usa el ºC-1

∆T: Incremento de temperatura que experimenta el cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacionales el kelvin (K ), aunque también se usa elºC

Observa que, aunque la unidad de temperatura en el Sistema Internacional es el kelvin, por comodidad también se usa el ºC, en cuyo caso el coeficiente de dilatación lineal λ se expresa en(Cº)-1, aunque su valor es él mismo. El coeficiente de dilatación en el caso de los líquidos suele mantenerse constante para cambios de temperatura ∆T menores de 100 grados.

METODOLOGÍA

En principio en  esta práctica debemos tener en cuenta con las medidas,  es  esencial  ya que  debido al tamaño de las medidas. [pic 4]

 Por un lado vaciamos ambas cubetas de metacrilato y las volvemos a rellenar de agua para evitar que la temperatura anterior del agua afectase al ensayo.

Ya rellenadas conectamos el termostato de inmersión a la varilla y a la cubeta para enfriar la varilla y alcanzar el equilibrio térmico de todos los componentes.[pic 5]

Esperamos 5 o 7 minutos medimos la temperatura de agua y la apuntamos como temperatura inicial.

También, ponemos el extensómetro a cero en este momento para medir la variación de longitud tomando la longitud a temperatura inicial como observación.

Luego de eso,  subimos la temperatura a 25 Cº del termostato y esperamos a que tanto el agua como la caña alcancen los 25 Cº, después de ser alcanzados observamos cuanto a medido el extensómetro, luego subimos la temperatura a 30 Cº y repetimos el proceso. Así simultáneamente hasta llegar a 50 Cº y obtener una tabla con cada temperatura y su correspondiente dilatación.

 El fundamento de equilibrio térmico en esta práctica es importante ya que sin eso se podría haber calentado la caña  de forma uniforme como se consiguió al pasar agua a una cierta temperatura constantemente por su interior.  

Si ya hemos hecho el experimento habría que repetirlo con la caña del otro material, obteniendo una tabla para el acero y otra para el cobre.

      ACERO                                       COBRE

La temperatura Inicial de la caña de acero fue de 20  1 Cº, este error viene dado por la receptibilidad del termómetro al igual que el error del resto de medidas de temperatura (tomadas en grados Celsius ).

La dilatación esta expresada en milímetros (mm), y todas las medidas de longitud vistas en las tablas tienen un error del 0,01 porque el  extensómetro tenía una receptibilidad de 0,01mm.

 La temperatura inicial de la caña de cobre fue 21 ±  1 Cº, y todas las medidas fueron tomadas de la misma forma que con la de acero.

Como solo tomamos una tanda de medidas para cada caña  por falta de tiempo, no es posible estudiar la dispersión para ver la fiabilidad de las medidas o su error, por lo que tomaremos las tomadas como si fueran la media y la sensibilidad de los aparatos como el error.

EJERCICIOS

1. Ajuste de medidas por el método de los mínimos cuadrados del acero y del cobre. Tomando como valores iniciales la tabla anterior del acero podemos sacar que:

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