Dilatacion termica

Objetivo general
Determinar el coeficiente de expansión lineal para los diferentes materiales.

Objetivos específicos
* Estudiar las variaciones de las dimensiones de los diversos metales al proporcionar energía calórica.
* Comparar los valores obtenidos con los valores tabulados.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la Universidad Nacional Experimental de las Fuerzas Armadas NacionalBolivariana (UNEFA), no se cuenta con los materiales ni con los instrumentos necesarios para explicar experimentalmente la dilatación térmica; en sus diferentes cálculos físicos-matemáticos. Para entender de forma analítica el coeficiente de promedio de expansión lineal y el coeficiente de promedio de expansión volumétrica; teniendo como objetivo el desarrollo experimental de las siguientespreguntas:

• ¿Cuáles son las bases teóricas del estudio de la dilatación térmica?

• ¿Cómo se presenta la problemática en el desarrollo de la comprensión del contenido programático del Laboratorio de Física II (UNEFA), en el estudio de la dilatación térmica.

• ¿Qué actividad se implementara para lograr la adquisición de los conocimientos prácticos del Laboratorio de Física II (UNEFA), enel estudio de dilatación térmica.

• ¿Se lograra cubrir las necesidades académicas programadas del Laboratorio de Física II (UNEFA)?

Discusión teórica

Expansión térmica
Se denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio. La dilatación térmica tiene unfundamento físico diferente en líquidos, gases y sólidos. En los gases las moléculas están des localizadas, por lo que a lo largo del tiempo una molécula puede llegar a ocupar cualquier posición en el seno de la masa gaseosa, el calentamiento produce un aumento de la energía cinética de cada molécula lo cual aumenta la presión del mismo, que a su vez es el fundamento de la dilatación térmica. Enlos sólidos antes de la fusión o aparición de deformaciones por calor, cada molécula está constreñida a moverse alrededor de una pequeña región alrededor de la posición de equilibrio de la misma. Al aumentar la temperatura la molécula realiza oscilaciones alrededor de su posición de equilibrio lo cual tiene el efecto de expandir el sólido. En los líquidos el proceso es más complejo y presentacaracterísticas intermedias entre gases y líquidos.
La expansión térmica es definida por
Dilatación lineal

El coeficiente de dilatación lineal, designada por 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:

Donde ΔL, es el incremento de su integridad física cuando se aplica unpequeño cambio global y uniforme de temperatura ΔT a todo el cuerpo. El cambio total de longitud de la dimensión lineal que se considere, puede despejarse de la ecuación anterior:

Donde:
α=coeficiente de dilatación lineal [°C-1]
L0 = Longitud inicial
Lf = Longitud final
T0 = Temperatura inicial.
Tf = Temperatura final

Dilatación volumétrica

Es el coeficiente de dilatación volumetrico,designado por αV, se mide experimentalmente comparando el valor del volumen total de un cuerpo antes y después de cierto cambio de temperatura como, y se encuentra que en primera aproximación viene dado por:

Experimentalmente se encuentra que un sólido isótropo tiene un coeficiente de dilatación volumétrico que es aproximadamente tres veces el coeficiente de dilatación lineal. Esto puedeprobarse a partir de la teoría de la elasticidad lineal. Por ejemplo si se considera un pequeño prisma rectangular (de dimensiones: Lx, Ly y Lz), y se somete a un incremento uniforme de temperatura, el cambio de volumen vendrá dado por el cambio de dimensiones lineales en cada dirección:

Esta última relación prueba que , es decir, el coeficiente de dilatación volumétrico es numéricamente unas 3...