Informe Dilatacion Lineal

LEY DEL ENFRIAMIENTO
1, 2,4Ingeniería Industrial, 3Ingeniería de Sistemas
Laboratorio de Física Calor Ondas Grupo: CNL






















































1. Introducción

La transferencia de calor está relacionada con los cuerpos calientes y fríos llamados; fuente y receptor, llevándose a cabo en procesos como condensación, vaporización, cristalización, reacciones químicas,etc. en donde la transferencia de calor, tiene sus propios mecanismos  y cada uno de ellos cuenta con sus  peculiaridades. La transferencia de calor es importante en los procesos, porque es un tipo de energía que se encuentra en tránsito, debido a una diferencia de temperaturas (gradiente), y por tanto existe la posibilidad de presentarse el enfriamiento, sin embargo esta energía en lugar deperderse sin ningún uso es susceptible de transformarse en energía mecánica por ejemplo; para producir trabajo, generar vapor, calentar una corriente fría, etc. En virtud de lo anterior es importante hacer una introducción al conocimiento de los procesos de transferencia de calor a través de la determinación experimental de la ecuación empírica que relaciona la temperatura de enfriamiento de unacantidad de sustancia con respecto al medio.

2. Fundamentos Teóricos

Ley de enfriamiento

Se denomina enfriamiento newtoniano a aquel proceso de enfriamiento que sigue una ley determinada experimentalmente por Isaac Newton, según la cual la velocidad de enfriamiento de un cuerpo cálido en un ambiente más frío cuya temperatura es proporcional a la diferencia entre la temperatura instantánea del cuerpoy del ambiente.

Cuando la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande, el calor transferido en la unidad de tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo.

La ley de enfriamiento de Newton indica que:

donde T y T’ son lastemperaturas en cada uno de dos reservorios en contacto. La solución de
esta ecuación diferencial es:

T-T’= (T0 – T0 ’)

2.1. Dilatación superficial
Es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo
Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar una placa metálica de área inicial S0 y temperatura inicial θ0. Si la calentáramos hasta latemperatura final θ, su área pasará a tener un valor final igual a S.
La dilatación superficial ocurre de forma análoga a la de la dilatación lineal; por tanto podemos obtener las siguientes ecuaciones:

Todos Los coeficientes de dilatación sean α, β ou γ, tienen como unidad:
(Temperatura)-1 ==> ºC -1



2.2. Dilatación volumétrica

Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, osea, la variación del volumen del cuerpo.
Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar un cubo metálico de volumen inicial V0 y la temperatura inicial θ0. Si lo calentamos hasta la temperatura final, su volumen pasará a tener un valor final igual a V.


2.3. Dilatación lineal de los solidos

Los átomos que constituyen la sustancia solida se encuentran distribuidos ordenadamente, lo cualorigina una estructura denominada red de cristalina del sólido. La unión de tales átomos se logra por medio de fuerzas eléctricas que actúan como si hubiera pequeños resortes que unen a un átomo de sus átomos, haciéndolos que vibren y se alejen de la posición de equilibrio. Por otra parte, la fuerza que se manifiesta entre los átomos actúa como si el resorte fuera más resistente a la compresiónque a la tensión. En consecuencia, la distancia media entre los átomos se vuelve mayor ocasionando la dilatación del sólido.

Si la longitud de esta dimensión lineal es Lo, a la temperatura T0 y se aumenta la temperatura a t, como consecuencia de este cambio de temperatura, que llamaremos Δt se aumenta la longitud de la barra o del alambre produciendo un incremento de longitud que simbolizaremos...