Dilatacion lineal

Dilatación Lineal en Barras Metálicas
Byron Fabian Núñez González
Universidad de Santiago de Chile. Facultad de Ciencia. Departamento de Física. Física Experimental IV - Termodinámica

19 de abril del 2011

Resumen
Se estudio la dilatación lineal de algunos materiales; Aluminio, Cobre y Acero, con el objetivo de encontrar sus coecientes de dilatación lineal, para ello se midieron lasbarras a temperatura ambiente y luego fueron calentadas y vueltas a medir, con la diferencia entre el estado inicial y nal de la temperatura y la longitud, se obtienen los coecientes de dilatación lineal con su respectivo error porcentual, los cuales fueron: Aluminio 2,6E-5, 20 % de error ,Cobre 1,6E-5 10 % de error y Acero 1,4E-5, 20 % de error.
I. INTRODUCCÍON II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEstudiar la variación de la longitud de diferentes materiales y encontrar experimentalmente el coeciente de dilatación lineal de cada uno. Los materiales a estudiar serán acero (99,5 %), cobre (99,5 %) y aluminio (98,9 %). Si nos abocamos al interior de un material y pensamos a nivel molecular, se tiene que las moléculas dentro del material ocupan un lugar razonablemente jo dentro de él. Cadaátomo constituyente de la red cristalina del material está sometido a una fuerza que depende de la energía potencial que se encuentre en la materia, y la amplitud de vibración de cada átomo depende de la energía total presente en el cuerpo, por lo tanto, si el cuerpo es sometido a calor, éste absorberá energía calórica que se traducirá como un aumento de la energía cinética de cada átomo, de esta formaal aumenta la energía total del cuerpo aumenta el nivel de vibración de cada átomo, y por consiguiente el espacio que ocupa en dicha red cristalina, que namente se observa como una aumento de volumen del cuerpo en cuestión. Como el objeto de estudio de este presente informe es la dilatación lineal de un cuerpo, con lo explicado en el párrafo anterior, debido a que se habla de una dilataciónvolumétrica, si se piensa en un cuerpo pseudo unidimensional como una vara de metal, se tiene que las expansiones térmicas a lo ancho y alto del material son despreciables en relación a la dilatación lineal que experimental dicho cuerpo, de esta forma y tomando algunas consideraciones matemáticas y depreciaciones físicas se llega a la ecuación que modela la dilatación térmica lineal que experimenta uncuerpo[1] ;
L = L0 (1 + α(T − T0 ))

(1)

el valor nal de su longitud luego de haber pasado desde la temperatura inicial T0 a la temperatura nal T . 1

donde α es el coeciente de dilatación lineal del cuerpo, L0 es su longitud inicial a la temperatura inicial T0 y L

Como se aprecia en la gura 1, para la construcción del montaje, se ocupo un sistema diseñado especialmente para lamedición de dilataciones lineales de barras metálicas, el cual se denomina sistema TD-8558 de marcas Pasco, para realizar una correcta explicación del funcionamiento de dicho sistema se tratara de describir de que se compone y como funciona, si se observa la gura 1, en la base del sistema TD-8558 se encuentra un dispositivo de anclaje(ver gura 2), en donde las barras metálicas pueden ser calentadasy posteriormente medidas, ya que en uno de los extremos de la base de anclaje, está situado un medidor de expansión lineal que tiene la característica de funcionar similar a un reloj, donde su equivalencia por división esta a la razón de 100 divisiones es a un 0, 01mm. Para calentar las barras se utiliza un mecanismo de vaporización de agua(Steam Generator - Model TD-8558A-220), que mediante unaconexión de mangueras de goma conectadas a las barras, al ser éstas huecas el vapor de agua circula por el interior de ellas, logrando de esta forma el intercambio térmico ente vapor de agua y las barras metálicas, con el propósito de que al subir la temperatura de las barras por lo explicado en la introducción teórica estas se expandan. La técnica de medición de la temperatura consiste en un...