UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y

ARQUITECTURAE.P. CIENCIAS FISICO MATEMATICAS

INFORME DE LABORATORIO:

VARIACION DE VOLUMEN

CURSO:

FISICA EXPERIMENTAL II

ALUMNO:

PROFESOR:

TURNO:

SEMESTRE:

VARIACION DE VOLUMEN1. OBJETIVO

Apreciar la variación de volumen debido al cambio de temperatura y determinar el coeficiente de dilatacion cúbica del agua.

2. MARCO TEORICO

COEFICIENTE DE DILATACION

Junta de dilatación de un puente. Si estas juntas no se construyeran, la dilatación térmica de los materiales cuando subiera la temperatura generaría unos esfuerzos tan grandes que fracturarían el puente. Para calcular estas juntas se necesita conocer el coeficiente de dilatación térmica.

Se denomina coeficiente de dilatación al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura que lleva consigo una dilatación térmica.

Coeficientes de dilatación

De forma general, durante una transferencia de calor, la energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos átomos cambia. Cuando la energía almacenada aumenta, también lo hace la longitud de estos enlaces. Así, los sólidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse;1 este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica (típicamente expresado en unidades de °C-1):

Sólidos

Para sólidos, el tipo de coeficiente de dilatación más comúnmente usado es el coeficiente de dilatación lineal αL. Para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y después de cierto cambio de temperatura, como:

Puede ser usada para abreviar este coeficiente, tanto la letra griega alfa como la letra lambda .

Gases y líquidos

En gases y líquidos es más común usar el coeficiente de dilatación volumétrico αV o β, que viene dado por la expresión:

Para sólidos, también puede medirse la dilatación térmica, aunque resulta menos importante en la mayoría de aplicaciones técnicas. Para la mayoría de sólidos en las situaciones prácticas de interés, el coeficiente de dilatación volumétrico resulta ser más o menos el triple del coeficiente de dilatación lineal:

Algunos valores de coeficientes de expansión volumétrica, que son constantes cuando el cambio de temperatura es menor que 100°C2

Líquido β (×10-4 °C-1)

Alcohol 11

Benceno 12,4

Glicerina 5,1

Mercurio 1,8

Agua 2,1

Gasolina 9,5

Acetona 15

Aire (20°C) 34,1

Aire (0°C) 36,6

Nota: En la práctica la unidad del SI (Sistema Internacional) es el grado Kelvin (K), entonces usted deberá convertir los coeficientes de dilatacion térmica de ºC a K para no cometer errores en la práctica o en la resolución de problemas.

Aplicaciones

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.

Para ello, cogeremos la temperatura media en la zona y le restaremos la que tengamos en ese momento en el carril; el resultado lo multiplicaremos por el coeficiente de dilatación del acero y por la longitud de la vía a neutralizar...

Valores del coeficiente de dilatación lineal

Algunos coeficientes de dilatación, que son constantes cuando el cambio de temperatura es menor que 100°C2

Material α (°C-1)

Hormigón 2.0 x 10-5

Acero 1.0 x 10-5

Hierro 1.2 x 10-5

Plata 2.0 x 10-5

Oro 1.5 x 10-5

Invar 0,04 x 10-5

Plomo 3.0 x 10-5

Zinc 2.6 x 10-5

Aluminio 2.4 x 10-5

Latón 1.8 x 10-5

Cobre 1.7 x 10-5

Vidrio 0.7 a 0.9 x 10-5

Cuarzo 0.04 x 10-5

Hielo 5.1 x 10-5

Diamante 0.12 x 10-5

Grafito 0.79 x 10-5

3. MATERIALES O EQUIPOS

Un dilatómetroUn vaso de vidrioUn termómetroUna cocina eléctricaUna probeta y una pipetaUn soporte con base metálico

4. PROCEDIMIENTO, ANALISIS DE DATOS Y OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

1. Medir el diámtro interior del tubo del dilamómetro.2. El dilamómetro se llena de agua hasta la parte inferior de la escala del

tubo, tomando en cuenta que en el interior no debe existir burbujas de agua.

3. Introduzca el dilamómetro tal como se muestra en la figura, osea dentro del vaso y llene el agua hasta el gollete del dilamómetro, tanto el vaso como el dilamómetro debe estar a la misma temperatura.

4. Medir el volumen inicial del líquido en el dilamometro y la temperatura inicial mediante un termómertro y tomar nota.

5. Calentar el agua mediante la cocina y registrar para 0.5 cm. de la ascención del tubo capilar el valor de la temperatura en ese instante, luego para 1cm. su respectiva temperatura y así sucesivamente hasta 7.5 cm y anotar estos valores en un cuadro.

6. Hacer un cuadro de valores de la variación del volumen y su respectiva variación de temperatura.

7. Graficar la variacion del volumen en función de variación en tempeatura a partir de éste, derminar el coeficiente de dilatación volumétrica en forma aproximada.

8. Se consideró constantes algunas de las medidas en el procedimiento de este experimento.

9. En el experimento el dilatómetro que es de vidrio influye en la determinación del coeficiente de dilatación cúbica del agua.

10. Si se considero el procedimieto anterior es válida la ecuación

Procedimiento

el volumen del agua en el dilatómetro es de:

la temperatura inicial de agua es: El diámetro inetrior del tubo del dilatómetro es: 0.93cm

Conforme el agua se puso en una cocina eléctrica, su temperatura fue variando, y esta variación se registro junto al aumento de volumen del agua dentro del dilatómetro, esto se presenta en el siguiente cuadro:

Temperatura (cm3) ºCT0 (temperatura inicial

del agua)0.0 14

T1 0.5 26T2 1.0 27.5T3 1.5 28T4 2.0 28.5T5 2.5 29T6 3.0 29.5T7 3.5 30T8 4.0 30.2

T9 4.5 31MEDIA

la relación de se muestra en el gráfico siguiente:

6. CONCLUSIONES

El agua para poder aumentar su volumen en los primeros 0.5cm3 requirio de 12ºC adicionales a su temperatura inicial. Para los posteriores incrementos de la variación en volumen sólo requirio una variación de 0.5ºC.

7. COMENTARIOS

Debido al color homogéneo del agua y del recipiente se hizo algo dificil la lectura de las variaciones del volumen en el papel milimetrado que se encontraba como escala en el dilatómetro.

8. SUGERENCIAS

Se recomienda poner algun tipo de colorante (que no afecte a la variación del volumen) al agua contenida en el dilatómetro, de éste modo se pueda hacer más sencillo la visualización de la variación del volumen debido al calor.

9. BIBLIOGRAFIA

Gujarati, Damodar. Econometríahtml.rincondelvago.com/viscosidad-de-fluidos.htmlhttp://www.lawebdefisica.com/apuntsfis/fluidosge/http://www.lawebdefisica.com/apuntsfis/fluidosge/