Coef De Expancion Termica

Coeficiente de Expansión Térmica


INTRODUCCIÓN

Fundamento teórico

Expansión térmica de sólidos y líquidos

Los materiales se dilatan (expanden) al aumentar su temperatura. Esto ocurre porque los átomos vibran con mayor amplitud y las distancias medias intermoleculares aumentan. La separación promedia entre los átomos aumenta. Este fenómeno se conoce como expansión térmica.

Losmateriales se dilatan al aumentar su temperatura. Esto ocurre debido a que los átomos vibran con mayor amplitud y las distancias De medida inter molecular aumentan.

La expansión térmica total de un cuerpo es una consecuencia del cambio en la separación promedio entre sus átomos o moléculas constituyentes.
Expansión Volumétrica
Si tenemos un cubo de lado L, dando como resultado un aumento devolumen
ΔV:
ΔV = α V ΔT

La expansión de volumen de un cuerpo viene dada por:

∆V = Vo∙α∙∆T

Dónde:
∆V = valor del cambio de volumen al incrementarse la temperatura.
Vo = volumen en T=To.
β = coeficiente de expansionde volumen.
∆T = incremento de temperatura. Tf-To.


El coeficiente de expansión: es el cambio de volumen provocado por la variación de temperatura

α=1/V*〖(∂V/∂P)〗_PSegún la regla de fases de Gibbs la existencia de una ecuación de estado que relacione el volumen especifico, la presión y la temperatura del sistema es:

f(V,T,P)=0

Si el sistema experimenta procesos de cuasi equilibrio, entonces las variables termodinámicas deben variar de forma infinitesimal, consecuentemente, se establece que el cambio de volumen específico del sistema está dado porla siguiente relación entre propiedades:

∂V=〖(∂V/∂T)〗_P ∂T+〖(∂V/∂P)〗_T ∂P

Sustituyendo la anterior ecuación del coeficiente de expansión térmica y toando en cuenta que nuestro caso es a presión constante. Un proceso de calentamiento isobárico.

α∂T=∂V/V
Ya que en los líquidos el valor de α es pequeño, para poder medir su variación se tiene que recurrir al volumen de un cilindro, donde elárea transversal sea pequeña y constante, esta variación del volumen se verificara en la altura h es decir:

V=Ah
∂V=A∂h


α∂T=∂h/h

Ya que el volumen del líquido varía linealmente con la temperatura:

V=Vo(1+aT)

Entonces b adquiere la siguiente dependencia con la temperatura:

α=a/(1+aT)

Llegando como resultado a una ecuación lineal

h=caT+c

Donde la gráfica de h contra Tcorresponde a una recta de pendiente dada por ca e intercepto al origen por c.

Objetivos del experimento

Aplicar los conocimientos del coeficiente de expansión térmica al experimento.

Medir el coeficiente de expansión térmica del agua, glicerina y tolueno.


Materiales y reactivos:


Termómetro
Tuvo capilar
Varilla
Regla
1 Estufa
3 Soportes universales
3 DilatómetrosAgua
Tolueno
Glicerina





PROCEDIMIENTO

Llenamos completamente los tres dilatómetros, uno con agua, el otro con glicerina y el último con tolueno. Luego se los tapo.
Montamos el equipo como se nos fue indicado, de manera que los tres dilatómetros entraron al mismo tiempo.
Tomamos la temperatura inicial y la altura inicial de los tres líquidos.
Luego empezamos a calentarlolentamente hasta llegar a una temperatura de 50°C.
Una vez que llegamos a esta temperatura, medimos las alturas de los tres líquidos y las anotamos.
Luego, como sabemos que los líquidos el valor de α es pequeño, tomamos variaciones cada 2°C de temperatura hasta llegar a los 70°C.
Fuimos anotando la variación de las alturas en cada medición.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Se realizó unexperimento para encontrar el coeficiente de expansión térmica para tres líquidos diferentes:

Agua
Glicerina
Tolueno

Coeficiente de expansión térmica del agua

Tabla 1.- Datos de altura y temperatura para el agua
T (°C) 43 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
h (mm) 22 34 39 42 46 49 56 63 64 68 75 8














Grafica1.- Altura vs temperatura del agua



Tomamos en...