Informe De Expansion Termica

1. Expansión Térmica de sólidos
La expansión térmica es una consecuencia del cambio en el promedio de separación entre los átomos de un cuerpo, en otras palabras Cuando una sustancia se calienta, las partículas (átomos) se mueven dentro de la materia sobre la sustancia, cada vez más activos a medida que aumenta la temperatura. Esta actividad provoca que las partículas necesiten espacioadicional entre sí, ampliando el tamaño de un material. Algunos sólidos cristalinos pueden contraerse, en ciertas regiones de temperatura, conforme la temperatura aumenta o disminuye. El análisis anterior sigue siendo válido sólo si se supone que únicamente existen modos de vibración compresional, (es decir, longitudinales) y que esos modos son predominantes. Sin embargo, los sólidos pueden vibrar enmodos transversales (es decir, cortantes) al igual que en modos vibracionales y esto permiten que el sólido se contraiga con la disminución de la temperatura, disminuyendo con ello la separación promedio de los planos atómicos. En ciertos tipos de estructura cristalina, y en ciertas regiones de temperatura, estos modos transversales de vibración pueden predominar sobre los longitudinales, dandolugar a un coeficiente de expansión térmica total negativo. Por tanto existe una relación directa entre las fases y la estructura molecular, o dicho de otro modo una relación directa entre el estado de agregación y la energía potencial molecular, y como consecuencia también entre la energía vibracional y la dilatación.



Fig1: imagen de una regla sometida a un incremento de temperatura
2.Coeficiente de expansión lineal
El coeficiente promedio de expansión lineal podría definirse como "el aumento que experimenta un material de longitud inicial, que se encuentra a una temperatura “t” cualquiera, cuando se aumenta en un grado dicha temperatura”, por eso este coeficiente de dilatación, dependerá del incremento de temperatura.
Podría, con bastante seguridad, suponerse como una constanteindependiente de la temperatura en un material dado este coeficiente por lo que en la Tabla 1 se presenta un detalle de los valores experimentales del coeficiente de dilatación lineal promedio de sólidos utilizados en la realización de este estudio.
TABLA DE COEFICIENTES PROMEDIO DE EXPANSIÓN LINEAL
Material Coeficiente α ºC-1
Aluminio 24 X 10^-6
Bronce 19 X10^-6
Cobre 17 X 10 ^-6
Hierro12 X 10 ^-6
Tabla 1. Valores de coeficientes de expansión utilizados en este estudio
Las unidades de este coeficiente son ºC-1
3. Ecuación de expansión térmica
Para lograr describir el fenómeno que sucede en un material en el momento de que ocurren estos cambios de temperatura se utiliza la siguiente ecuación,
ΔL= ∝ Lo. Δt (1)
Donde:
ΔL= Cambio de medida del material con respecto alcambio de temperatura
∝= coeficiente promedio de expansión lineal.
Lo= Longitud inicial del material
Δt = Cambio de temperatura entre la temperatura final tf- la temperatura inicial a la que se encontraba el material to
4. Materiales
I. Calorímetro
II. Termómetro de mercurio
III. 1 juego de expansión térmica compuesto por 4 materiales:
a) cobre
b) Hierro
c) Aluminio
d) Bronce
IV. Aguacaliente
V. Aparato de dilatación térmica

Figura 2. Aparato de dilatación térmica

5. Metodología
El primer paso fue calentar el agua en el calorímetro, mientras esta se calentaba y expulsaba vapor por la manguera, en el aparato de dilatación térmica se media cada una de las distintas barras y se tomaba la temperatura ambiente.
Cuando el agua que estaba en el calorímetro estaba siendoexpulsada por la manguera de este en forma de vapor se colocaba cada una de las barras en el aparato de dilatación y se conectaba con el calorímetro por medio de la manguera para que el vapor que estaba saliendo de este fuera hacia la barra, claro esta tomando antes la temperatura en el calorímetro para poder determinar el punto de referencia con cada una de los materiales.
Luego de haber...