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Ingeniería de Software
Laboratorio Nº03
Física (Dilatación lineal)
PROFESOR: Ing. Marco Olarte Velázquez
CICLO: Tercer Ciclo AULA: B303
FACULTAD: Ingeniería de Software
INTEGRANTES:
• Gaspar Muñoz, Guillermo Guzmán
• Sosa Esteban, Heinz Roy
• Mallma Enríquez , Michel Christian
2009INFORME DE LABORATORIO
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Dilatación lineal
I. OBJETIVOS :
- Determinación experimental del coeficiente de dilatación lineal, de los materiales
es; cobre, aluminio y vidrio.
- Verificar experimentalmente la variación de la longitud con la temperatura
II. EQUIPOS Y MATERIALES:
- Un (01) aparato de dilatación térmica
- Un (01) generador de vapor
- Un(01) termómetro
- Un (01) agua
- Una(01) una extensión eléctrica
- Una (01) wincha
- Una (01) vernier o pie de rey
III. FUNDAMENTO TEORICO:
Suponga que un objeto tiene una longitud inicial L a lo largo de alguna dirección a
cierta temperatura, y que longitud aumentada LV por el cambio en temperatura T V .
Los experimentos muestran que cuando T V y a L :
. . L L T α =V V (1)
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Donde:
L: Longitud inicial
Lf: Longitud final
T: temperatura inicial
Tf: Temperatura final
α : Coeficiente de dilatación lineal o coeficiente promedio de
expansión lineal, tiene unidades de1
(º )C −
Con:
LV = Lf - L (2)
T V = Tf - T (3)
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El coeficiente de dilatación lineal α para diferentes materiales se puede calcular con la siguiente
fórmula:
*
L
L T α =
V
V(4)
Siendo L la longitud del tubo de prueba hasta el eje giratorio.
El incremento que experimenta la unidad de longitud al aumentar 1 ªC su temperatura, se denomina
“Coeficiente de Dilatación Lineal “(α ).
IV. PROCEDIMIENTO :
1. Se coloca verticalmente la escala especular sobre el carril soporte.
2. Se colocan y aprietan los índices debajo de los tubos de tal forma que se puede leer
la variación de la longitud.
3. Todos los índices se ponen en cero.
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4. El generador de vapor se llena de agua hasta la mitad, se coloca sobre la placacalentadora. Se coloca la tapa de corcho y se asegura con el estribo de sujetacion.
5. El aparato de dilatación térmica se conecta con el generador de vapor por medio del
distribuidor de vapor utilizando una manguera.
5
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6. Para recoger el agua de condensación se coloca un recipiente debajo de los
extremos de los tubos.
7. Se mide la temperatura T del ambiente.
8. Se conecta la placa calentadora
9. Se deja fluir vapor por los tubos de prueba hasta que ellos han logrado la
temperatura de ebullición del agua de 100 ºC y al mismo tiempo se observan las
desviaciones de los índices en los tubos.
10.Se lee en la escala la dilatación de la longitud de los tubos LV ( 1mm de cambio
de la longitud corresponde a 4cm de desviación en la escala ).
11.Se mide la deferencia de temperatura T V con respecto a la temperatura ambiente.
Obs: Tenga mucho cuidado con el agua caliente
6
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V. ACTIVIDAD :
- La temperatura del ambiente inicial es To = 25ºC
- La longitud que hemos medido de los 3 materiales y vamos a trabajar es:
Lo=60.6cm
- La temperatura final calculada es : Tf = 100ºC
- Los tubos de prueba usados son el cobre, vidrio(pírex) y aluminio y sus respectivos
diámetros medidos con el pie de rey fue de 4mm
- Antes de poder completar el cuadro de datos, procedemos a calcular el “coeficiente
de dilatación lineal (α )” de cada tubo:
i) Para el Cobre (Cu) :
4.30.19
22arctg θ
= =
Como: LV = D.θ
Siendo: D = 4mm = 0.4cm
Entonces: LV = 0.4x 0.19 = 0.076…… (1)
7
22c
4.3c
θ
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Ahora como se sabe que:*
L
L T α =
V
V…………… (2)
Reemplazando (1) en (2):
50.0761.672 10
60.6 75º x
x C α
−= = /ºC = 616.72 10 x − /ºC
ii) Para el Aluminio (Al) :
50.22
22arctg θ
= =
Como: LV = D.θ
Siendo: D = 4mm = 0.4cm
Entonces: LV = 0.4x 0.22 = 0.088…… (1)
Ahora como se sabe que:
*
L
L T α =
V
V…………… (2)
Reemplazando (1) en (2):
50.0881.936 10
60.6 75º x
x C α
−= = /ºC = 619.36 10 x − /ºC
8
5c
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iii) Para el Vidrio(Pírex):
0.70.03
22arctg θ
= =
Como: LV = D.θ
Siendo: D = 4mm = 0.4cm
Entonces: LV = 0.4x 0.03 = 0.012…… (1)
Ahora como se sabe que:
*
L
L T α =
V
V…………… (2)
Reemplazando (1) en (2):
60.0122.64 10
60.6 75º x
x C α
−= = /ºC
9
0.7c
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- Con estos datos podemos ahora sí, completar el cuadro de datos:
Medidas Experimentales
Datos
Material
Cobre(Cu) Aluminio(Al) Vidrio(pírex)
Longitud inicial Lo (cm) 60.6 60.6 60.6
Longitud final Lf (cm) 60.676 60.688 60.612
Temperatura inicial (ºC) 25 25 25
Temperatura final (ºC) 75 75 75
Coeficiente de dilatación lineal (α ) 616.72 10 x − /ºC 619.36 10 x − /ºC 62.64 10 x − /ºC
Comparación de coeficientes de dilatación
Datos
Material
Cobre(Cu) Aluminio(Al) Vidrio(pírex)
Coeficiente de dilatación lineal de
Referencia (α ref) 624 10 x − /ºC 6
17 10 x − /ºC 63.2 10 x − /ºC
Coeficiente de dilatación lineal de
experimental (α exp) 616.72 10 x − /ºC 6
19.36 10 x − /ºC 62.64 10 x − /ºC
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Error Relativo Porcentual (Erel (%))
VI. CUESTIONARIO :
1. ¿Qué es un material isotrópico?
Material que posee las mismas propiedades físicas en todas las direcciones,
También llamado isótropo.
Un ejemplo sencillo, se asume al espacio isotrópico, es decir, medir un metro hacia arriba,
es lo mismo que medirlo de lado, diagonal, etc. Un ejemplo en donde no se cumple la
isotropía, si tú tienes un material, y es más difícil estirarlo de izquierda a derecha que dearriba a abajo. Pues se dice que dicha propiedad de estirarlo (rigidez) es anisotrópica.
2. ¿Qué características debe tener un material para que se dilate homogéneamente?
Que debe de estar hecho de un elemento y no de un compuesto. La dilatación será
homogénea al aumentar la temperatura un ejemplo seria La dilatación térmica de los
cristales es un fenómeno homogéneo, pero no necesariamente isotrópico, la cual cosa
quiere decir que la variación de dimensiones no será idéntica en todas las direcciones. En
un cristal isotrópico, un vector p se dilata q en la su misma dirección, de manera que la
longitud final es:
_ _ _
r = p + qexpresión que es válida para cualquier dirección de p,
y lo por tanto, a tendrá el mismo valor en todas direcciones.
3. ¿Qué Ocurre con el tamaño de un pedazo de hule cuando este se calienta?
El hule se contrae con el calor es termo contraíble, debido a su coeficiente de expansión
negativo, Aunque no se debiera considerar el hule como un sólido debido a que este es en
realidad un fluido.
4. ¿Que pasaría si al calentarse el vidrio de un termómetro se expandiera más que el liquido
interno?
La lectura del termómetro sería errónea, ya que al dilatarse el capilar interior daría un valor
menor que el real; y si por el contrario la envoltura disminuiría el mismo capilar, la lectura
sería mayor que la real.
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