El documento describe un experimento para determinar el coeficiente de dilatación lineal de diferentes sólidos. El equipo incluye un termostato, termómetro y medidor de longitud. Al calentar las varillas metálicas su longitud aumenta. Midiendo este aumento a diferentes temperaturas, se grafica ΔL vs Δt para calcular α. El esfuerzo de corte también se determina para el aluminio entre 26.5°C y 80°C.

1. COEFICIENTE DE DILATACION LINEAL
I.- OBJETIVO
1.- Determinar el coeficiente de dilatación lineal y la fatiga térmica de diferentes sólidos.
II.- EQUIPO
-Equipo para la medición de dilatación lineal, que consta de los siguientes componentes:
. Una cubeta de vidrio acoplado a un termostato.
.Un termometro :0-100°C.
.Una base lineal metalica , que sirve para colocar los tubos metálicos.
.Dos mangueras.
.Un medidor de longitud de precisión,en forma de reloj.

2. .Una varilla metalica de 1m de longitud (tubos de cobre,aluminio.y vidrio).
cobre aluminio vidrio
.22 cojines de 250 ml de agua destilada (1ml = 2 cm³).
III.- FUNDAMENTO TEÓRICO
Las dimensiones de los cuerpos aumentan
cuando se eleva su temperatura.
La figura adjunta representa una barra cuya
longitud es L₀, a una cierta temperatura de
referencia t₀ (por ejemplo la temperatura
del medio ambiente) y pasa a ser L a una
temperatura más alta t .
La diferencia L - L₀ = ΔL es el aumento de longitud de la barra por el calentamiento:
Experimentalmente se encuentra que el aumento de longitud, proporcional al aumento de
temperatura ΔL , es proporcional a la longitud inicial L₀ , y muy aproximadamente
proporcional al aumento de temperatura Δt = t - t₀ . Esto es,
ΔL = α L₀ ΔL (1)
La constante de proporcionalidad α se denomina coeficiente de dilatación lineal y es
distinta para cada sustancia o material.

3. De la ecuación (1) puede despejarse el valor de α y escribir:
α =
𝚫𝐋
𝐋₀
𝟏
𝚫𝐭
(2)
Las dimensiones de α son grados reciprocos (centígrados o Fahrenheit),por ejemplo (℃)¯¹.
De la ecuación (1) se puede encontrar la siguiente relación:
L=L₀(1 +𝛂∆𝐭) (3)
La fatiga o esfuerzo normal se define ,por:
𝛕 =
𝐅
𝐀
(4)
Donde F es la fuerza aplicada a la barra, paralela a su eje, y A la sección transversal de la
barra.
Supongamos que una barra a la temperatura t tiene sus extremos rígidamente fijos, y que
mientras se mantiene asi, se reduce la temperatura a un valor menor t₀.
La variación relativa de longitud, si la barra pudiera contraerse libremente,seria:
∆𝐋
𝐋₀
= 𝛂(𝐭 −t₀)= 𝛂∆𝐭
Puesto que la barra no puede contraerse, la tensión ha de aumentar hasta producir un
valor suficiente para producirla misma variación relativa de longitud. Como la
deformación de la barra pequeña se cumple la ley de Hooke, es decir:
𝛕 = 𝐘
∆𝐋
𝐋₀
ό 𝛕 = 𝐘𝛂∆𝐭 (5)
Donde Y es el modulo de Young del material.

4. IV.-PROCEDIMIENTO
1.- Instalar el equipo como se muestra en la figura adjunta.
2.- llenar la cubeta con agua destilada, hasta 2 o 3 cm por debajo del borde superior.

5. 3.- Acoplar las mangueras al tubo de cobre y al termostato.
4.- Calibrar el dispositivo que registra la variación de longitud de la varilla (la aguja debe
coincidir con el cero del instrumento).
5.- Medir la temperatura inicial t₀ (temperatura del medio ambiente) a la que se
encuentra la varilla.

6. 6.- Medir la longitud inicial de la varilla , L₀ , correspondiente a la temperatura inicial, t₀.
7.- Con la perilla del termostato, seleccionar una determinada temperatura, por ejemplo
30℃ ; iniciar luego el calentamiento del agua conectando el enchufe del termostato a la
corriente alterna y presionando el botón de encendido del termostato. Cuando el
termómetro registra 30℃ que es la temperatura del agua y también de la varilla, anotar
el cambio de longitud.
8.-Repetir el paso 6 haciendo variar la temperatura del termostato, y anotar sus datos en
la TABLA N° 1.
40℃ 50℃

7. 60℃ 70℃
80℃
9.- Graficar en un papel milimetrado ∆𝑳 en función de ∆𝒕. A partir de la grafica,
determinar el coeficiente de dilatación lineal 𝜶.
10.- Determine el esfuerzo de corte en el intervalo de temperatura t₀ = temperatura
ambiente y t=80℃, mediante la siguiente ecuación:
𝜏 = 𝑌𝛼∆𝑡
YCu = 11× 1010
N/m2
; YAl = 7.0× 1010
𝑁/𝑚2
; YVidrio =6.0× 1010
𝑁/𝑚2
𝜏 = 7.0× 1010 𝑁
𝑚2 × 23.96(℃)−1
× (80℃ − 26.5℃)
𝜏 = 8.97× 1013
𝑁/𝑚2
…………………….(esfuerzo de corte del aluminio)

8. V.- REULTADOS
L₀ = 62 𝑐𝑚 t₀ = 26.5℃
N t℃ ∆𝑡℃ ∆𝐿 𝑚𝑚 𝛼(℃)−1
1 30 3.5 0.052 23.96× 10−6
2 40 13.5 0.19 22.70 × 10−6
3 50 23.5 0.32 21.96 × 10−6
4 60 33.5 0.45 21.67× 10−6
5 70 43.5 0.54 20.02 × 10−6
6 80 53.5 0.575 17.33 × 10−6
TABLA N° 1
VI.-CUESTIONARIO
1.- ¿Qué mecanismo de transferencia de calor ocurre en el calentamientodel tubo
utilizado en el experimento?.
Convección
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se
produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con
diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo
que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por
ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está
en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que
está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos
macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el
intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba,
un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
2.- Cuando la barra se está dilatando, ¿Está a tensión o compresión?.
Tensión
La dilatación se define como el aumento de las dimensiones de un cuerpo cuando este
absorbe calor. Lo cual se demostró en el experimento q la barra de aluminio aumento su
longitud debido al aumento de temperatura del termostato.