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Resultados
En esta experiencia fueron registrados datos de Largo de una varilla, Temperaturadel ambiente y del generador de vapor de agua.
Temperatura Ambiente= 19 ± 0,5 [°C]Temperatura Vapor de Agua= 98 ± 0,5 [°C]Largo inicial ± 0,5 mmTf-Ti ± 0,5 [°C]Delta L ± 0,5 [mm]Cobre625,079,041,0Vidrio625,0 79,021,0Tabla1:Mediciones iniciales de Largo, Temperatura inicial y final correspondientesa Temperatura del ambiente y del generador de vapor respectivamente.Delta L corresponde a la variación de largo que presenta la varilla.
Con los datos de la Tabla1 se calculó el coeficiente de dilatación de dos materiales específicos como el cobre y el vidrio.
CobreVidrioCoef. Dilatación Linealteórico[1/°C]1,68x10-59,00x10-6Coef. Dilatación Linealexperimental[1/°C]1,66x10-58,50x10-6Tabla2:Coeficientes de dilatación lineal de un tubo de Cobre y otro de Vidrio.
Análisis y Discusión de Resultados
El cambio de temperatura en un cuerpo induce un cambio en su volumen. Lo que quieres decir esto es que los cuerpos se pueden dilatar o se contraer dependiendo del signo de la variación de su temperatura.
El fenómeno de dilatación es posible comprenderlo si se visualiza a nivel microscópico,donde la variación de la temperatura va en directa relación con la energía de los átomos y moléculas que forman un cuerpo.
Esta explicación se ajusta específicamente a los cuerpos sólidos y líquidos ya que al estar los átomos muy cercanos unos a otros, éstos forman una red cristalina que al aumentar la temperatura los átomos del sólido vibran alrededorde sus posiciones de equilibrio, y por tanto,la distanciapromedio entre los dos centros es mayor y se dice que el sistema se dilata.
Por otro lado cabe mencionar que los gases, tienen un comportamiento tal que cuando dos volúmenes iguales de gas están la misma presión estos seexpanden idénticamente cuando se calientan, y se contraende igual forma cuando se enfrían, sin importar de quétiposde moléculas estén constituidos. Esto se debe a quelas moléculas de un gas están tan muy alejadas entre sí por lo tanto se puede decir que no afectan la magnitud de la dilatación o contracción.
Para poder estudiar el comportamiento de sólidos con los cambios de temperatura se debe estudiar el término de “Coeficiente de Dilatación”.
Por la teoría se sabe que al aumentar la temperatura hay un aumento en las dimensiones espaciales de un cuerpo(salvo un par de excepciones), la definición del coeficiente de dilatación lineal en su forma matemática más general es:
αv=1V (∂V∂T)p(1)Donde αv es el coeficiente de dilatación volumétrico, ∂V∂T representa la capacidad que tiene un cuerpo de cambiar de volumen al variar su temperatura dejando la presión constante.
En el casode la dilatación lineal, sólo se considera una dimensión, por tanto, larelación se puede reescribir como:
αL=1L (∂L∂T)p(2)Donde p indica que el proceso debe ser a presión constante, sin embargo, se puede obviar esta condición teniendo en cuenta que la presión en líquidos y sólidos tiene un efecto prácticamente nulo en la variación de las dimensiones de éstos.
Escribiendo la ecuación sin derivadas parciales tomando en cuenta un largo inicial (L0), luego de unaumento de temperatura esta varilla experimentará una variación en su longitud dada por∆L , donde ∆L<<L0:
αL=1Lo∆L∆T(3)Donde αLse denomina coeficiente de dilatación lineal, y representa la capacidad de dilatarse (contraerse) de un cuerpo al aumentar (disminuir) su temperatura.
En ésta experiencia se trabajó con un aparato de expansión lineal, sobre el cual se posicionó primero unavarilla decobre y luego una de vidrio. Una vez instalado éste sistema, por la parte interior del tubo se introdujo vapor de agua con la ayuda de un generador eléctrico de vapor, el cual aumentaba la temperatura del material. El aparato de expansión lineal ayuda a cuantificar la dilatación del material, en este caso en una dimensión, visualizando los cambios en el largo del tubo.
Con los datos de la tabla2,...