Comprobación de la dilatación térmica

1. UNIVERSIDAD SAN PEDRO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
ASIGNATURA FÍSICA II
TEMA Dilatación Térmica
CICLO IV
GRUPO B
DOCENTE Lic. Carlos Torres Chacón
Estudiante Emerson Guimaray Haya
Código 1112200172
Chimbote julio del año 2014

2. Física II – Dilatación Térmica 2
Dilatación Térmica
I. Objetivos:
 Verificar el coeficiente de dilatación térmica y el coeficiente de dilatación de un
cuerpo (bronce/cobre).
 Determinar la variación lineal y volumétrica de un cilindro sólido.
II. Marco Teórico:
Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión
métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en
ella por cualquier medio.
De una forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o
líquido), aumentamos la agitación de las partículas (átomos, iones y/o moléculas) que
forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partículas, resultando en un
aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatación térmica). Por otra parte, una
disminución en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones
(contracción térmica)
En la construcción civil, por ejemplo, para prevenir posibles trincas y rupturas por causa
de dilatación térmica de los materiales, se utilizan “folgas” llamadas como juntas de
dilatación.
Tipos de Dilatación
1. Dilatación Lineal
Más allá que la dilatación de un sólido suceda en todas las dimensiones, puede
predominar la dilatación de apenas una de sus dimensiones sobre las demás. O aún,
podemos estar interesados en una única dimensión del sólido. En este caso, tenemos la
dilatación lineal.

3. Física II – Dilatación Térmica 3
2. Dilatación Superficial
La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una placa, cuando
sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación, representan una
placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.

4. Física II – Dilatación Térmica 4
3. Dilatación Volumétrica
En este tipo de dilatación, vamos a considerar la variación del volumen, esto es, la
dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud, ancho y altura). Veamos el ejemplo
del cuadro debajo:
III. Equipos y Materiales:
 Vernier
 Calienta líquidos “Orbegozo”
 Termómetro
 Varilla de bronce 7,020 cm
 Tubo de aluminio 7,050 cm
 Alicate
IV. Procedimiento y Toma de Datos:
Utilizando el vernier se procede a medir la varilla de bronce y el tubo de aluminio, además
a la varilla de bronce se le mide el diámetro, luego empleando el calienta líquidos se lo
llena de aproximadamente medio litro de agua de caño la cual se toma con el termómetro
su temperatura inicial y luego se colocan la varilla de bronce y el tubo de aluminio hasta
que el agua hierva (100 C°), se procede a retirar ambos con ayuda del alicate y
nuevamente se mide con el vernier, con lo que tenemos las siguientes medidas:

5. Física II – Dilatación Térmica 5
Material Aluminio Bronce
Longitud Inicial 7.050 cm 7.020 cm
Longitud Final 7.062 cm 7.029 cm
Diámetro Inicial - 0.596 cm
Diámetro Final - 0.597 cm
* Sólo se midió el diámetro a la varilla de bronce.
V. Análisis y Resultados:
Dado que desconocemos en el experimento el coeficiente de dilatación del bronce y el
aluminio procedemos a realizar los cálculos respectivos para determinarlos.
a) Según fórmula de dilatación lineal:
∆L = L0 α ∆T
Donde:
∆L : Variación de la longitud
L0 : Longitud Inicial
∆T : Variación de la temperatura
α : Coeficiente de dilatación térmica
Para el aluminio:
7.062 - 7.050 = 7.050 α (100° C - 27° C)
0.012 = 7.050 α (73)
0.012 = 514.65 α
α = 0.012/514.65
α = 2.3 x 10-5 °C-1

6. Física II – Dilatación Térmica 6
Para el bronce:
7.029 – 7.020 = 7.020 α (100° C - 27° C)
0.009 = 7.020 α (73)
0.009 = 512.64 α
α = 0.009/512.64
α = 1.75 x 10-5 °C-1
b) Según fórmula de dilatación volumétrica:
∆V = V0 γ ∆T
V - V0 = V0 γ ∆T
V - V0 = V0 3α∆T
Para el Bronce:
Procedemos a calcular el volumen inicial del bronce por fórmula del volumen del cilindro:
Vc = π r2
h
Donde:
Vc = Volumen del cilindro
r = radio (el cual obtenemos de dividir el diámetro entre 2)
hi = altura inicial del cilindro (en este caso la longitud inicial de la varilla de bronce)
ϕ i = diámetro inicial
ϕ i = 0,596 cm → r = 0.596/2 = 0.298 cm
Entonces:
Vi = 3.14 (0.298 cm)2
(7.020cm)
Vi = 1.96 cm3
Ahora calculamos el volumen final del cilindro, para ello debemos calcular primero su
radio:
ϕf = 0,597 cm → r = 0.597/2 = 0.2985 cm

7. Física II – Dilatación Térmica 7
Entonces:
Vf = 3.14 (0.985 cm)2
(7.029 cm)
Vf = 1.97 cm3
Por lo tanto aplicando fórmula de dilatación volumétrica:
1.97 – 1.96 = 1.96 * 3α * 100 – 27
0.01 = 429.24 α
α = 2.33 x 10-5 C-1
VI. Conclusiones y Sugerencias:

El coeficiente de dilatación térmica del bronce es α = 1.75 x 10-5 °C-1

El coeficiente de dilatación térmica del aluminio es α = 2.3 x 10-5 °C-1
 La variación lineal en el tubo de aluminio es 0.012 cm
 La variación lineal en la varilla de bronce es de 0.009 cm

La variación volumétrica del cilindro de bronce es de 0.01 cm3
 En la comprobación del coeficiente de dilatación del cilindro de bronce
tenemos como resultado 2.33 x 10-5 C-1
cuando debería aproximarse a 1.75 x
10-5 °C-1
, esto podría deberse a que no hemos trabajado con un cilindro de
proporciones perfectas lo que puede afectar el cálculo de su volumen o a una
variación en la cantidad de cobre y/o estaño en la varilla de bronce del
experimento afectando esta aleación.
VII. Referencias Web:
http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/dilatacion-termica
http://es.termodinamica.wikia.com/wiki/Dilatacion_termica