Dilatacion termica de una vara de metal

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RESUMEN

La dilatación es un fenómeno físico que presentan todos los materiales, consiste en el aumento de longitud de un material al aumentarle la temperatura a este. Mediante este informe, se estudió la expansión lineal de un sólido como consecuencia del cambio de la temperatura, calculando también su coeficiente de expansión lineal.

Se trabajó con una varilla de metal en la cual se experimentó un fenómeno conocido como dilatación térmica, que, al variar su temperatura, se produce un aumento lineal de su longitud. A partir de la realización de esta experiencia podemos analizar el proceso de dilatación térmica que sufren los sólidos y enfocarnos en determinar el coeficiente de dilatación térmica lineal que sufre la varilla homogénea.

Palabras Clave: Variación térmica, dilatación térmica, variación de la temperatura.

ABSTRACT

Expansion is a physical phenomenon that all materials present, it consists of increasing the length of a material by increasing its temperature. Through this report, the linear expansion of a solid as a consequence of the change in temperature was studied, also calculating its coefficient of linear expansion.

We worked with a metal rod in which a phenomenon known as thermal expansion was experienced, which, by varying its temperature, produces a linear increase in its length. From the completion of this experience we can analyze the process of thermal expansion suffered by solids and focus on determining the coefficient of linear thermal expansion suffered by the homogeneous rod.

Key Words: Thermal variation, thermal expansion, temperature variation

1. INTRODUCCIÓN

El objetivo general de esta práctica es obtener el coeficiente de dilatación térmica y el coeficiente de error del metal, junto al objetivo específico al observar el fenómeno de dilatación en el cuerpo solido cuando fue sometido a calentamiento

1. Dilatómetro

Éste es un instrumento que sirve para medir el alargamiento que experimenta un cuerpo al incrementar la temperatura. La medición ayuda a encontrar el coeficiente de contracción o dilatación de un material en particular, a diferentes temperaturas

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Figura 1: Instrumento utilizado virtualmente (dilatómetro junto al termostato)

• Dispositivo de fijación (fixing device)🡪 Su función es servir de base a los soportes fijo, móvil y soporte indicador de cara
• Tubo de prueba (test tube)🡪 Son barras solidas en las cuales se pueden experimentar con varias temperaturas
• Indicador (dial indicator)🡪 Instrumento utilizado para medir la contracción longitudinal de la probeta a medida que se enfría. Está dividida en centésimas de milímetro. Este aparato tiene dos relojes; el exterior es el que indica la contracción de la longitud, y el interior, es el que indica la cantidad de vueltas que da el reloj exterior. Cada división del reloj interior (1 mm) corresponde a 100 divisiones del reloj exterior.
• Termostato (thermostat)🡪 Este es un instrumento de medición de temperatura. Los registros de medición se harán en grados centígrados

1. Dilatación

Todo cuerpo, por efectos del calor que recibe sufre algunos efectos, uno de ellos es la dilatación, la cual consiste en el aumento o la disminución de las dimensiones de un material sometido a cambios de temperatura. En los materiales, esta propiedad se vincula con la energía de enlace mediante el coeficiente de dilatación o contracción térmica

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(Ecuación 1)

1. Factores que influyen en la dilatación

• Temperatura: La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia
• Enlace: El coeficiente de expansión térmica de un material está relacionado con la fuerza entre enlaces atómicos. Para que los átomos se muevan saliéndose de sus posiciones de equilibrio debe introducirse energía en el material

1. 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 cambia de temperatura provocando una dilatación térmica

1. Calculo del coeficiente de dilatación

La probeta al ser expuesta a altas temperaturas comienza a ganar energía térmica, y las distancias entre los átomos que conforman el material se comienzan a incrementar, por lo tanto, las dimensiones generales del material cambian. Este cambio de dimensiones por unidad de longitud ((ΔL / L)) en el material está dado por el coeficiente de expansión térmica

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(Ecuación 2)

1. Pendiente

El cambio en la posición de un objeto también se puede representar gráficamente. Las características de la gráfica son parámetros que nos ayudan a describir el movimiento del objeto bajo estudio.

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(Ecuación 3)

1. Calculo de errores

El valor obtenido experimentalmente se relaciona con el valor teórico contante de dilatación del metal, encontrando así el error relativo

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(Ecuación 4)

1. SECCIÓN EXPERIMENTAL

En primera medida se describirán las herramientas utilizar para realizar la sección experimental de dilatación térmica de un metal:

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