MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA II 9ª Edición EXPERIENCIA N 07

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Juan Carlos Calderón Núñez
hace 7 años
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1 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS EXPERIENCIA N 07 I. OBJETIVO Determinar los coeficientes de expansión lineal de diferentes varillas metálicas usando un dilatómetro. Observar el comportamiento de los fluidos al cambio de temperatura. Calcular el coeficiente de dilatación térmica del agua. II. MATERIALES / EQUIPOS 1 Termostato de inmersión 1 Dilatómetro con reloj calibrador 1 Termómetro (-10 a +100 C) 1 Cubeta de acrílico 2 Tornillos de ajuste 4 Abrazaderas 2 Mangueras flexibles 1 Balanza de tres barras Varillas de cobre, aluminio, bronce. 1 Vaso de precipitado de 1L 1 Soporte universal 1 Nuez 1 Trípode 1 Rejilla 1 Picnómetro de 100 ml 1 Tubo de vidrio escalado (300 mm) 1 Pizeta 1 Jeringa III. FUNDAMENTO TEÓRICO Todos los cuerpos se dilatan en mayor o menor medida cuando experimentan un cambio de su temperatura (cambian sus dimensiones geométricas). La expansión lineal de diferentes materiales, se determina como una función de la temperatura. Un incremento en la temperatura causa que la amplitud vibracional de los átomos en la red cristalina de los sólidos incremente. El espaciamiento entre átomos incrementa, así como el volumen total V, para una presión constante. Donde β es el coeficiente de expansión volumétrica. β = (1/V 0 )( V/ T) P (1) Si consideramos solamente una dimensión. Obtenemos el coeficiente de expansión lineal, α comúnmente usado para medir la dilatación lineal de los sólidos. α = (1/L 0 )( L/ T) P (2) EXP. N 06 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 34

2 IV. PROCEDIMIENTO MONTAJE 1 DILATACIÓN DE SÓLIDOS Monte el equipo, como se muestra en la figura 1. Figura 1 Nota: Tenga cuidado al insertar y retirar el dilatómetro. No enrosque demasiado los tornillos de ajuste. 1. Verifique que las conexiones de las mangueras flexibles al termostato sean las correctas, para el adecuado flujo de entrada y salida de agua. 2. Llene la cubeta de acrílico con 4 L de agua potable. 3. Verifique que la lectura del dilatómetro empiece en cero. 4. Conecte el termostato a la fuente de alimentación de 220 V. 5. Mida la temperatura inicial de trabajo, T 0 y regístrela. 6. Registre en la tabla 1, las lecturas obtenidas en el dilatómetro a intervalos de 5 C. 7. Apague el termostato y repita los pasos (2) al (6) para cada varilla. Tabla 1 T ( C) Cobre Aluminio Bronce 8. Complete la tabla 2. Tabla 2 Cobre Aluminio Bronce L(mm) T( C) L(mm) T( C) L(mm) T( C) EXP. N 06 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 36

MONTAJE 2 DILATACIÓN DEL AGUA 1. Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura 2. 2. Coloque el termómetro en el vaso de precipitado de 1 L.

jeringa. 5. Con la ayuda de la balanza determine la nueva masa. g 6.

sumergido el mayor volumen posible. No derramar agua. 8.

inicial T 0. 9. Caliente el agua con una llama baja.

3 MONTAJE 2 DILATACIÓN DEL AGUA 1. Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura Coloque el termómetro en el vaso de precipitado de 1 L. 3. Determinar la masa del picnómetro y su escala, con ayuda de la balanza, pesándolo cuando está vacío.... g 4. Llene el picnómetro hasta el borde con agua y calibre la escala del tubo de vidrio a cero con ayuda de la jeringa. 5. Con la ayuda de la balanza determine la nueva masa. g 6. Con la ayuda de los pasos (3), (4) y (5) Determine el volumen inicial de agua V 0 y anótelo en la tabla 3. V 0 =.. ml 7. Sujete el picnómetro con ayuda del clamp y colóquelo en el vaso de precipitados, de manera que quede sumergido el mayor volumen posible. No derramar agua. 8. Llene con agua el vaso de precipitados de 1L hasta enrasar el picnómetro, y registre la temperatura inicial T Caliente el agua con una llama baja. Anote en la Tabla 3 las lecturas del tubo de vidrio escalado ( L en mm) y el cambio de volumen en el tubo de vidrio. El radio interno del tubo de vidrio escalado es d = 3,8 mm. 10. Registre el cambio de temperatura T con respecto a T 0. Tabla 3 Figura 2 V 0 (ml) = T 0 ( 0 C) = d(mm) = T ( 0 C) T ( 0 C) L (mm) V (ml) EXP. N 06 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 36

4 V. EVALUACIÓN 1. Realice los gráficos de los diferentes materiales de la Tabla 1: L versus T. (Pegue aquí sus gráficas) 2. Las gráficas son rectas? 3. Analice las gráficas, y aplicando el método de mínimos cuadrados, determine los coeficientes de dilatación lineal. (Pegue aquí su gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados).. 4. Determine el valor del coeficiente de dilatación para cada una de las varillas, usando la ecuación (2) y anótelos en la siguiente tabla. Material α (1/ C) Cobre Aluminio Bronce 5. Compare los valores de α para cada varilla, obtenidos en los puntos (3) y (4) de la evaluación, Qué puede decir al respecto?.. 6. Hallar el error experimental porcentual (E % ) del α para cada varilla. 7. Grafique en papel milimetrado la variación del agua ( L) Vs. variación de la Temperatura ( T). (Pegue aquí sus gráficas) 8. Grafique en papel milimetrado la variación del agua ( V) Vs. variación de la Temperatura ( T). (Pegue aquí sus gráficas) 9. Aplicando el método de mínimos cuadrados, halle la tendencia de la gráfica. Determine los coeficientes de dilatación lineal y volumétrica del agua (Pegue aquí su gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados) EXP. N 06 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 37

5 10. Calcule el coeficiente de dilatación volumétrica del agua a la temperatura inicial T 0 con los valores correspondientes a 30ºC: β =. 11. Calcule el coeficiente de dilatación volumétrica del agua a 50 C. Utilice los valores medidos con 50 C y 60 C. (Atención: Cuál es ahora V 0?): β =. 12. Justificar si es posible usar el tubo de vidrio con escala en mm, como una medida directa del volumen dilatado en ml. 13. Identifique y explique a qué se deben los errores cometidos en este experimento. EXP. N 07 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS ALUMNO: MATRÍCULA: FECHA: V.B V. CONCLUSIONES VII. RECOMENDACIONES EXP. N 06 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 38

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