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TABLA DE CONTENIDO I.
OBJETIVO
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II.
INTRODUCCION
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III.
PRINCIPIO TEORICO
pág. 1
IV.
PARTE EXPERIMENTAL
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4.1 MATERIALES Y/O EQUIPOS 4.2 DESCRIPCION DEL APARATO CON CÓDIGO: 085 – 02040020 4.3 INFORMACIONES UTILES PARA EL USO DEL EQUIPO V.
PROCEDIMIENTO
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VI.
TABLA DE RESULTADOS
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VII.
PREGUNTAS
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VIII.
ANEXOS
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BIBLIOGRAFIA
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IX.
FUNDAMENTOS DE FISICA APLICADA LABORATORIO Nº 9
DILATACION LINEAL I.
OBJETIVO Demostrar que los cuerpos se dilatan cuando se eleva la temperatura. Determinar que los metales diferentes se dilatan desigualmente como el aluminio, bronce y hierro.
II.
INTRODUCCION
El cambio de temperatura en un cuerpo induce un cambio en su volumen, los cuerpos se dilatan o contraen dependiendo del signo del cambio de temperatura. En el laboratorio se utilizaran metales sólidos para medir la dilatación como un cambio en la longitud del cuerpo. La cantidad física que mide la relación entre el cambio de longitud de un cuerpo ( ) y la variación de temperatura ( ) se denomina coeficiente de dilatación lineal ( ) y está relacionado con y mediante la relación:
Donde corresponde a la longitud de referencia, respecto de la cual se miden los cambios de longitud.
III.
PRINCIPO TEORICO
DILATACION DE SOLIDOS Y LIQUIDOS Es aquel fenómeno físico que consiste en el aumento o disminución que experimentan las dimensiones de un cuerpo al aumentar o disminuir su temperatura respectivamente. Cuando calentamos un cuerpo es decir aumentamos su temperatura las moléculas de la sustancia aumentan su energía cinética (vibración, rotación, traslación) y por consiguiente las moléculas necesitan mayor espacio para moverse, entonces decimos que el cuerpo se ha dilatado.
DILATACIÓN LINEAL Es el aumento o disminución que experimentan las longitudes de los cuerpos al aumentar o disminuir su temperatura. -1-
La variación de longitud del cuerpo es:
La longitud dilatada del cuerpo es: [ ]
Donde: L0 y L: Longitud inicial y final
→
T0 y T: Temperatura inicial y final
→
α: Coeficiente de dilatación lineal Unidades de α:
°C-1, °K-1, °R-1, °F-1
L0
T0
L T > T0
L
T < T0
En general:
α =
Además el coeficiente depende de la naturaleza de la sustancia como se ve en la siguiente tabla:
Sustancia
Coeficiente (1/°C) 24 x 10-6 20 x 10-6 17 x 103,2 x 1012 x 10-
Aluminio Latón Cobre Vidrio (pyrex) Hierro
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IV.
PARTE EXPERIMENTAL
4.1 MATERIALES Y/O EQUIPOS
Un aparato con código 085 – 02040020 (Pirómetro de cuadrante)
Fig. 1
Ron
Caja de fósforos
-3-
4.2 DESCRIPCION DEL APARATO CON CÓDIGO: 085 – 02040020 Este aparato es llamado también Pirómetro de cuadrante (ver fig. 1) tiene tres punteros que se conectan con las varillas de hierro, bronce y aluminio, con su respectivos tornillos y tuercas para regular. Dispone como accesorio un mechero de ron con tres mechas. Lista de componentes del aparato: 1. Lamina de graduaciones 2. Punteros 3. Transmisor de expansión 4. Soporte 5. Tapa de llamas 6. Base 7. Barras de prueba 8. Tornillo de ajuste de cero 9. Soporte 10. Lámpara de ron
4.3 INFORMACIONES UTILES PARA EL USO DEL EQUIPO El aparato debe colocarse en posición nivelada y operar donde no haya corriente de aire. Las tres mechas del mechero de ron, deben tener el mismo tamaño para asegurar la misma intensidad de fuego en cada una de ellas. Durante el experimento no se debe tocar el aparato para evitar quemaduras. Si las barras de metal se arquean debió al desgaste por el calor es conveniente enderezarlas o si es posible.
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V.
PROCEDIMIENTO
a.
Regular y fijar con el tornillo y tuerca de ajuste a los punteros, de la forma que los tres indiquen la posición cero del cuadrante.
b.
Encender el mechero de ron y regular las llamas de las tres mechas, de modo que puedan arder con igual intensidad.
c.
Colocar luego el mechero debajo de la parte central de las barras de metal en prueba y calentarlas.
d.
Esperar de 3 a 5 minutos.
e.
Observar minuciosamente los fenómenos que se producen en las varillas y anotar los datos.
f.
Cuando los punteros dejen de moverse suspender el proceso.
g.
Apagar el fuego del mechero de ron cubriéndola con la tapa.
VI.
TABLA DE RESULTADOS
METAL Al Br Fe
VII. a.
TIEMPO DE CALENTAMIENTO 5 minutos 5 minutos 5 minutos
ºCUADRANTE 30° 5° 0°
PREGUNTAS ¿Cuál es el comportamiento molecular de las varillas que se dilatan en el experimento?
Cuando calentamos un cuerpo es decir aumentamos su temperatura las moléculas de la sustancia aumentan su energía cinética (vibración, rotación, traslación) y por consiguiente las moléculas necesitan mayor espacio para moverse, entonces se modifica su estructura y decimos que el cuerpo se ha dilatado.
b.
¿Cuál de las varillas hace avanzar un mayor ángulo al puntero en el cuadrante? El aluminio porque su punto de fusión es menor que el bronce y hierro. c.
¿Cómo debe ser el diseño de un puente metálico teniendo en cuenta el comportamiento de las varillas en el experimento? Armar de acuerdo a un cierto tramo y dejar cierto espacio para que no se doble. -5-
d.
¿Por qué los rieles de las vías férreas no pueden ser de una sola pieza en todo su recorrido? Las vías férreas están unos centímetros separados, porque cuando llega el verano estas se dilatan porque aumenta la temperatura y al pasar esto se expanden, y por esto los que han diseñado las vías del tren las han ajustado a una medida en la que por mucho que se expanda nunca se lleguen a tocar, porque esto produciría un accidente.
e.
¿Por qué en los puentes de hormigón, edificios, pistas, etc. Se dejan pequeños espacios cada cierto tramo? Por dilata miento. f.
Si la varilla de bronce con la de hierro se junta con remaches, ¿Cuál sería su comportamiento cuando se eleva su temperatura? El bronce se modificaría. g.
¿Qué significa coeficiente de dilatación y cuál es su valor numérico para el hierro y bronce?
El coeficiente de dilatación lineal se define como la variación relativa de longitud que experimenta un cuerpo cuando la temperatura se eleva 1°C: αHierro =
12 x 10-6 °C-1
αBronce =
17.5 x 10-6 °C-1
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VIII.
ANEXOS
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IX.
BIBLIOGRAFIA
http://www.dav.sceu.frba.utn.edu.ar/homovidens/lloret/aplicaciones.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/energia/energia.htm
FISICA UNIVERSITARIA - SEARS • ZEMANSKY
FISICA CONCEPTOS Y APLICACIONES - Paul E. Tippens
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