DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

LABORATORIO DE FÍSICA II 10ª Edición
DAFI – FCF – UNMSM
DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS
EXPERIENCIA N° 07
I.
OBJETIVO
• Determinar los coeficientes de expansión lineal de diferentes varillas metálicas
usando un dilatómetro.
• Observar el comportamiento de los fluidos al cambio de temperatura.
• Calcular el coeficiente de dilatación térmica del agua.
II.
MATERIALES / EQUIPOS
1 Termostato de inmersión
1 Dilatómetro con reloj calibrador
1 Termómetro (-10 a +100°C)
1 Cubeta de acrílico
2 Tornillos de ajuste
4 Abrazaderas
2 Mangueras flexibles
1 Balanza de tres barras
Varillas de cobre, aluminio, bronce.
1 Vaso de precipitado de 1L
1 Soporte universal
1 Nuez
1 Trípode
1 Rejilla
1 Picnómetro de 100 mL
1 Tubo de vidrio escalado (300 mm)
1 Pizeta
1 Jeringa
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
Todos los cuerpos se dilatan en mayor o menor medida cuando experimentan un
cambio de su temperatura (cambian sus dimensiones geométricas).
La expansión lineal de diferentes materiales, se determina como una función de la
temperatura. Un incremento en la temperatura causa que la amplitud vibracional de
los átomos en la red cristalina de los sólidos incremente. El espaciamiento entre
átomos incrementa, así como el volumen total V, para una presión constante.
β = (1/V0)(∆V/∆T)P
(1)
Donde β es el coeficiente de expansión volumétrica.
Si consideramos solamente una dimensión. Obtenemos el coeficiente de expansión
lineal, α comúnmente usado para medir la dilatación lineal de los sólidos.
α = (1/L0)(∆L/∆T)P
(2)
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IV. PROCEDIMIENTO
MONTAJE 1 – DILATACIÓN DE SÓLIDOS
Figura 1
Monte el equipo, como se muestra en la
figura 1.
Nota:
Tenga cuidado al insertar y retirar
el dilatómetro. No enrosque
demasiado los tornillos de ajuste.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Verifique que las conexiones de las mangueras flexibles al termostato sean las
correctas, para el adecuado flujo de entrada y salida de agua.
Llene la cubeta de acrílico con 4 L de agua potable.
Verifique que la lectura del dilatómetro empiece en cero.
Conecte el termostato a la fuente de alimentación de 220 V.
Mida la temperatura inicial de trabajo, T0 y regístrela.
Registre en la tabla 1, las lecturas obtenidas en el dilatómetro a intervalos de 5°C.
Apague el termostato y repita los pasos (2) al (6) para cada varilla.
Tabla 1
T (°C)
Cobre
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Aluminio
Bronce
8. Complete la tabla 2.
Tabla 2
Cobre
∆L(mm) ∆T(°C)
Aluminio
∆L(mm) ∆T(°C)
Bronce
∆L(mm) ∆T(°C)
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MONTAJE 2 – DILATACIÓN DEL AGUA
1.
2.
3.
Figura 2
Monte el equipo tal como muestra el
diseño experimental de la Figura 2.
Coloque el termómetro en el vaso de
precipitado de 1 L.
Determinar la masa del picnómetro y su
escala, con ayuda de la balanza, pesándolo
cuando está vacío. …….…….. g
4.
Llene el picnómetro hasta el borde con
agua y calibre la escala del tubo de vidrio a
cero con ayuda de la jeringa.
5. Con la ayuda de la balanza determine la
nueva masa.
…………… g
6. Con la ayuda de los pasos (3), (4) y (5)
Determine el volumen inicial de agua V0 y
anótelo en la tabla 3. V0 = …………….. mL
7. Sujete el picnómetro con ayuda del clamp
y colóquelo en el vaso de precipitados, de
manera que quede sumergido el mayor
volumen posible. No derramar agua.
8. Llene con agua el vaso de precipitados de
1L hasta enrasar el picnómetro, y registre
la temperatura inicial T0.
9. Caliente el agua con una llama baja. Anote en la Tabla 3 las lecturas del tubo de
vidrio escalado (∆L en mm) y el cambio de volumen en el tubo de vidrio. El radio
interno del tubo de vidrio escalado es d = 3,8 mm.
10. Registre el cambio de temperatura ∆T con respecto a T0.
Tabla 3
T0 (0C) =
V0 (mL) =
T (0C)
∆T (0C)
d(mm) =
∆L (mm)
∆V (mL)
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
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V.
EVALUACIÓN
1.
Realice los gráficos de los diferentes materiales de la Tabla 1: ∆L versus ∆T.
(Pegue aquí sus gráficas)
2.
¿Las gráficas son rectas?
………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………
………………………………………………………………………………………………………………………………………
3.
Analice las gráficas, y aplicando el método de mínimos cuadrados, determine los
coeficientes de dilatación lineal.
(Pegue aquí su gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados)
………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………
……………………………………………………………………………………………………………………………………..
4.
Determine el valor del coeficiente de dilatación para cada una de las varillas, usando la
ecuación (2) y anótelos en la siguiente tabla.
Material
α (1/°C)
Cobre
Aluminio
Bronce
5.
Compare los valores de α para cada varilla, obtenidos en los puntos (3) y (4) de la
evaluación, ¿Qué puede decir al respecto?
………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………
……………………………………………………………………………………………………………………………………..
6.
Hallar el error experimental porcentual (E%) del α para cada varilla.
………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………
…………………………………………………………………………………………………………………………….……….
7.
Grafique en papel milimetrado la variación del agua (∆L) Vs. variación de la
Temperatura (∆T). (Pegue aquí sus gráficas)
8.
Grafique en papel milimetrado la variación del agua (∆V) Vs. variación de la
Temperatura (∆T). (Pegue aquí sus gráficas)
9.
Aplicando el método de mínimos cuadrados, halle la tendencia de la gráfica.
Determine los coeficientes de dilatación lineal y volumétrica del agua (Pegue aquí su
gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados)
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10.
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Calcule el coeficiente de dilatación volumétrica del agua a la temperatura inicial T0 con
los valores correspondientes a 30ºC:
β = .………………………………………
11.
Calcule el coeficiente de dilatación volumétrica del agua a 50°C. Utilice los valores
medidos con 50°C y 60°C. (Atención: ¿Cuál es ahora V0?):
β = .………………………………………
12.
Justificar si es posible usar el tubo de vidrio con escala en mm, como una medida
directa del volumen dilatado en mL.
………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………
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………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………
…………………………………………………………………………………………………………………………….……….
13.
Identifique y explique a qué se deben los errores cometidos en este experimento.
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EXP. N° 07 – DILATACIÓN TÉRMICA
FECHA:
DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS
ALUMNO:
MATRÍCULA:
V.
V.B
CONCLUSIONES
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VII.
RECOMENDACIONES
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