Dilatacion lineal (5)

LABORATORIO DE FISICA II: DILATACION LINEAL EN LÍQUIDOS

GENIE
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

IN
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

E
Experiencia Nº 5:
D
“DILATACIÓN LINEAL EN R
LÍQUIDOS”

IA
FACULTAD

Fecha: 8 de Mayo del 2012

QUIMICA
Profesor: Lic. César Cabrera Arista

Curso: Física II

Integrantes: Copaja Hernández Luz Zenaida
Dueñas Granados Karina Elizabeth
Moreno Balsa Jacqueline Lizeth
Tanohuye Tanohuye Takeshi Pablo
OLP

Ciclo: 2012 A

2012

UN
AC - 1966


DILATACIÓN LINEAL EN LIQUIDÓS
INTRODUCCIÓN

El cambio de temperatura en un cuerpo induce un cambio en su volumen. Los
cuerpos se dilatan o contraen dependiendo del signo del cambio de
temperatura.

En el laboratorio se utilizarán termómetros con diversos líquidos para medir la
dilatación como un cambio en la longitud del cuerpo.

La cantidad física que mide la relación entre el cambio de longitud de un cuerpo
(ΔL) y la variación de temperatura (ΔT) se denomina coeficiente de dilatación
lineal (α) y está relacionado con ΔL y ΔT mediante la relación:

Donde corresponde a la longitud de referencia, respecto de la cual se miden
los cambios de longitud.

OBJETIVOS

 Corroborar la variación de longitud de un material expuesto a un cambio
de temperatura.

 Medir la dilatación lineal (en una dirección) de algunos líquidos.


MARCO EXPERIMENTAL:

1. Con mucho cuidado sin tocar el bulbo del termómetro pinte una marca
de la altura inicial del líquido en el capilar. Seguidamente a partir de esta
marca y con una regla marque 6 distancias de 1cm en el termómetro.

2. Conecte el sensor al Xplorer que previamente ha prendido.

3. Con ayuda del profesor configure el Xplorer para ingresar los
incrementos de longitud en la pantalla del Xplorer.

4. En la cocina apagada coloque el vaso pírex con 500g de agua. Encienda
la cocina y espere 1 minuto y arme el equipo experimental como se
muestra en la Figura 1. Accione la tecla Play del Xplorer y se inicia la
toma de datos.

5. Justo cuando el líquido del termómetro se incrementa y alcance la
segunda marca accione la tecla banderita del Xplorer e ingrese el valor
de 1 y presione la tecla f1 (Ok). Repita este paso hasta completar los
otros incrementos.

6. Anote los datos de incremento x y de temperatura en tabla Nº1. Con los
datos de esta tabla Nº1 realice una gráfica en papel milimetrado de la
temperatura como función de , . ¿Cuál es su interpretación de
la gráfica?


Líquido 01 (Mercurio)

TABLA Nº1

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
22. 29.58 35.60 41.16 47.30 53.38 59.93 66.24 72.03
8 1 5 2 9 2 3 6 7

Líquido 02 (Liquido orgánico rojo)

TABLA Nº2

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
2 29.90 36.66 43.81 50.09 56.33 62.25 69.14 75.83
4 6 0 5 3 9 5 6 1


CUESTIONARIO

1. Use los datos de la tabla Nº1 y de la tabla Nº2 para hacer un gráfico en
papel milimetrado con: la temperatura en el eje , el incremento x en el eje
, para cada líquido. Escriba en el gráfico la relación matemática



2. Realice un ajuste por mínimos cuadrados a la grafica de la pregunta 1 y
determine el valor de la pendiente y el intercepto con el eje vertical de cada
gráfica ¿Qué significado físico tiene la pendiente y el intercepto?

2080.039
∑

∑ 36

∑ 428.055

∑ 204

∑ ∑ ∑
∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑


∑ 2180.938

∑ 36

∑ 448.045

∑ 204

∑ ∑ ∑
∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑


3. De las pendientes de la pregunta 2, determine el coeficiente de dilatación
térmica de los dos líquidos.

Usamos la siguiente ecuación:

d= Diámetro del capilar del termómetro (0,02cm)
m=pendiente
D= Diámetro del bulbo del termómetro
H= altura del bulbo del termómetro
y(0)= altura inicial del líquido
= coeficiente de dilatación del vidrio (0.9x10-5 ºC-1)
= coeficiente de dilatación lineal del líquido.




4. Use el coeficiente calculado en la pregunta anterior para hallar el
coeficiente térmico de dilatación de volumen de los líquidos usados en la
experiencia. Compare el valor con los datos que hay en la literatura.

Se sabe que:

Por tanto reemplazando nuestros valores obtenidos en la pregunta
anterior.


Valor teórico:

Líquido 02 (Etanol rojo)

Valor teórico:


5. Presente una tabla de los coeficientes térmicos de dilatación lineal y de
volumen de los líquidos más conocidos.


6. Demuestre la validez aproximada de la relación entre los coeficientes
térmicos de expansión de volumen y de expansión lineal

Las dilataciones térmicas finales lineales, superficiales y volumétricas vienen
dadas respectivamente por:

Lf = Lo (1 + α ∆T)

Vf = Vo (1 + γ ∆T)

donde:

Lf y Vf = Longitud, superficie y volumen finales
Lo y Vo = Longitud, superficie y volumen iniciales
α , γ = coeficientes de dilatación lineal y volumétrico
∆T = variación de temperatura

Se trata de demostrar que la relación entre sus respectivos coeficientes de
dilatación es:

Sean Lox, Loy las longitudes iniciales de los lados de una superficie y Lfx, Lfy
las longitudes finales de esos mismos lados. Se cumple el volumen final:

Vf = Lfx Lfy Lfz

Como:
Lfx = Lox (1 + α ∆T)
Lfy = Loy (1 + α ∆T)
Lfz = Loz (1 + α ∆T)

Remplazando:
Vf = Lox (1 + α ∆T) Loy (1 + α ∆T) Loz (1 + α ∆T) = Lox Loy Loz (1 + α ∆T)³
pero Lox Loy Loz = Vo (el volumen inicial), luego:
Vf = Vo (1 + α ∆T)³ = Vo (1 + 3α ∆T + 3α² ∆T² + α³ ∆T³)

Finalmente, los términos 3α² ∆T² + α³ ∆T³ se desprecian por ser muy pequeños
y nos queda:
Vf = Vo (1 + 3α ∆T)
Que comparándola con:
Vf = Vo (1 + γ ∆T)
nos permite hacer la aproximación de:

γ ≈ 3α


7.- ¿Cuáles han sido sus fuentes de error en esta experiencia?

 La medición del bulbo no fue precisa
 Las marcaciones (hechas con plumón) en el termómetro se cambiaban
constantemente debido a que se despintaban cuando se colocaba en el
líquido.

8. Escriba sus conclusiones y recomendaciones.

Recomendaciones:

 No colgar directamente el termómetro del sensor debido a que este
último se puede malograr.
 Tener cuidado de no rozar con la cocina cuando está prendida.
 Evitar que el Xplorer y su sensor (incluyendo los cables) rocen con la
cocina prendida.
 No conectar ni maniobrar ningún equipo si los conocimientos
técnicos no están claros, antes consultar al profesor.
 Usar solo el equipo asignado, ya que el estudiante es el único
responsable del mismo.

Conclusiones:

 El error en la medición con el mercurio fue extremadamente grande
debido posiblemente a errores en las mediciones como se explicó en
la pregunta nº 7
 Las gráficas han cumplido con las expectativas, una ecuación lineal
era lo que se esperaba.
 El líquido rojo que se dio para analizar, resultó ser etanol.


BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA

 ZEMANSKY, MARK W.- CALOR Y TERMODINÁMICA.
EDIT. AGUILAR S.A 1979

 SEARS, FRANCIS W.- TERMODINÁMICA. EDITORIAL
REVERTÉ, S.A. 1969

 WILSON, JERRY D.- PHYSICS. EDIT.HEAT. SEGUNDA
EDICIÓN, 1983

 RESNICK Y HALLIDAY.- FISICA ,EDITORIAL CECSA,
PARTE I, 1990

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