reporte fisica


Universidad Nacional de Costa Rica



Expansión Térmica
Laboratorio
De Fundamentos de Física Ambiental


Daniela Alvarado Jiménez1
1 Laboratorio de Fundamentos de Física Ambiental para Ing. Gestión Ambiental, Grupo 1, Departamento de Física, Universidad Nacional, Heredia, Costa Rica. Email: daniale2512@gmail.com


El objetivo principal de la práctica consiste en la determinación delcoeficiente de expansión térmica para el cobre, el aluminio y el acero. Para ello se montó una varilla de cada material en una base, conectada a un multimetro y aun medidor de longitud. El calor suministrado a la varilla proviene del generador de vapor igualmente conectado a la varilla; el calor suministrado generará una expansión en el material. Posterior a la realización del experimento, se tomaron losdatos y con ellos se hizo una comparación de los valores obtenidos del αexp y los valores teóricos del α. Los posibles errores presentes en los resultados tienen diferentes fuentes, como el error humano, las condiciones del equipo y el calentamiento no uniforme.

Palabras clave:
Expansión térmica
Dilatación de los materiales
Coeficiente de expansión térmica
Física





Introducción:
Muchassustancias tienen un comportamiento de expansión en función de la temperatura, en la mayoría de los casos los materiales se expanden cuando se calientan o y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo la cantidad de expansión o contracción va a depender del material. (Senner, A. 1994.)
A nivel molecular, la expansión térmica es el resultado de un cambio en la distancia media de los átomos de unasustancia. Los átomos normalmente vibran de un lado a otro, cuando se aumenta la temperatura las oscilaciones de las moléculas aumenta y por lo tanto, necesitan más espacio para su movimiento; lo que conlleva a que el cuerpo en cuestión se dilate. (Senner, A. 1994.)
Teóricamente se habla de que el cambio en la longitud ∆L de casi todos los sólidos es una buena aproximación, directamenteproporcional al cambio en la temperatura ∆T, mientras este no sea demasiado grande. Como se muestra en la Figura 1, el cambio en la longitud también es proporcional a la longitud original del material. (Giancoli.2006)





Esta proporcionalidad se puede escribir como la ecuación:
(1)

Donde la α, la constante de proporcionalidad, se llama coeficiente de expansión térmica para el material específico ytiene unidades de °C -1. Al decir que L=L0 + ∆L, esta ecuación se replantea como: (Giancoli.2006)
(2)

Donde la L0 es la longitud inicial a temperatura T0 y L es la longitud después de calentar o enfriar a una temperatura T. Cuando se da que el ∆T <0, también ∆L<0, por lo tanto ambos son negativos; esto significa que el material se acorta conforme disminuye la temperatura. (Giancoli.2006)
Losprocesos de expansión térmica han sido de mucha relevancia a nivel industrial y de transportes desde tiempos inmemorables, tal es el caso aplicado en los carriles de las líneas del tren, en donde se debe tomar en cuenta la expansión que tengan por el calentamiento durante el día, ya que de lo contrario se corre el riesgo de que el tren se descarrile. A nivel industrial, en el campo de laconstrucción, los sistemas de tuberías, la mecánica, y en general, todas las áreas dedicadas al diseño, deben tener muy presente éste fenómeno para afrontar con eficacia las circunstancias que se presenten. ( Incropera, F; Dewitt. 1999.)

OBJETIVO
El objetivo principal de este experimento consiste en el calcular y comparar los coeficientes de expansión térmica de algunos materiales como el acero, el aluminioy el cobre.


Metodología:
Se midió la longitud L para cada tubo (acero, aluminio y cobre), está fue tomada desde el extremo inferior donde hay una varilla, hasta el lado interno del soporte metálico (ele) en el otro extremo del tubo.
Para el montaje del sistema se colocó el tubo del material en la base de medición, se conectaron los cables del termistor al tubo y los del multímetro a...