Fisica

OBJETIVOS

Determinar el coeficiente de expansión lineal de diferentes materiales.

RESUMEN

Mediante esta práctica estudiaremos la expansión lineal de un sólido como consecuencia del cambio de la temperatura, calculando también su coeficiente de expansión lineal.

INTRODUCCIÓN

Sucede a menudo que podemos aflojar una tapa de metal apretada de un frasco sometiéndola a la acción de unchorro de agua caliente. Al elevarse loa temperatura, la tapa de metal se dilata ligeramente con relación al frasco del vidrio. No siempre es deseable la dilatación térmica, las tuberías de las refinerías suelen tener un bucle de expansión, con el fin de que la tubería no se deforme al elevarse la temperatura.

Los materiales usados para obturaciones dentales tiene la propiedad de dilataciónsimilares a la de los esmaltes de los dientes. En la fabricación de aeroplanos se diseñan a menudo remaches y otros afianzadores de modo que deben ser enfriados en hielo seco antes de su inserción, dejando luego que se dilaten para logra el ajuste perfecto.

Los termómetros y los termostatos pueden estar basados en al diferencia de dilatación entre los componentes de una laminilla bimetálica; véaseen la figura adjunta.

[pic]
Laminilla bimetálica, que consta de una laminilla de latón y una laminilla de acero soldadas entre sí, a temperatura T0. A temperaturas más altas de T0 se dobla como se muestra; a temperaturas más bajas se dobla en sentido opuesto. Muchos termostatos funcionan según este principio, usando el movimiento del extremo de la laminilla para formar o romper un contactotérmico

En un termómetro de tipo bastante común, la laminilla bimetálica tiene forma helicoidal, de modo que se enrolla y desenrolla con los cambios de temperatura; véase en la figura adjunta.

[pic]
Termómetro basado en una laminilla bimetálica. L a laminilla tiene forma helicoidal, que se enrolla y desenrolla al cambiar la temperatura.

Los conocidísimos termómetros de líquido dentro delvidrio se basan en el hecho de que líquidos tales como el mercurio o el alcohol se dilatan en un grado diferente (mayor) de lo que hacen sus recipientes de vidrio.

[pic] [pic]

Podemos entender esta dilatación considerando un modelo sencillo de la estructura de un sólido cristalino. Los átomos se mantienen juntos en un arreglo regular por medio de fuerzas eléctricas, que son como las que serianejercidas por un conjunto de resortes que uniesen a los átomos. Podemos entonces formarnos un a imagen del cuerpo sólido como si fuera un colchón de resortes microscópicos.

Estos “resortes” son bastantes rígidos y no son ideales en absoluto, existiendo alrededor de 1023 de ellos por centímetro cúbico. Los átomos de los sólidos están vibrando a cualquier temperatura. L amplitud de lasvibraciones es de alrededor de 10-9 cm, mas o menos un décimo de un diámetro atómico, y la frecuencia es de alrededor de 10-13 Hz.

Cuando aumenta la temperatura, los átomos vibran con una amplitud mayor, y la distancia promedio entre los átomos aumenta.

[pic]
Un sólido se comporta en muchos sentidos como si fuese una colección de átomos unidos por fuerzas elásticas (representadas aquí por resortes)Esto conduce a una dilatación de todo el cuerpo sólido. El cambio en cualquier dimensión lineal del sólido, tal como su longitud, su ancho, o su espesor, se llama dilatación lineal. Si la longitud de esta dimensión lineal es L, el cambio de temperatura ∆T causa un cambio en la longitud ∆L. Por medio de la experimentación hallamos que, si ∆T es lo suficiente pequeña, este cambio de longitud ∆Les proporcional al cambio de temperatura ∆T y a la longitud L. Por lo tanto, podemos escribir

∆l = α L ∆T (Expansión térmica lineal)

Donde α, llamada el coeficiente de dilatación térmica lineal, tiene valores diferentes para materiales diferentes de modo que α tiene el significado de un cambio fraccionario en longitud por grado de cambio de temperatura.
Teniendo en cuenta estas...