Pre-Informe Practica No 5

PRE-INFORME EXPERIENCIA No 5 DILATACION DE LIQUIDOS. DILATACION DEL AIRE A PRESION CONSTANTE.

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INTEGRANTES NOMBRE CODIGO Ángel Álvarez González 91310787

GRUPO: D1D

DOCENTE: LUIS CARLOS SIMANCAS CASTELLAR

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA II BARRANQUILLA 2013-09-10

Dilatación Térmica La dilatación en Física es el aumento de un cuerpo en su volumen, éste se hace más grande (más largo o ancho, o ambas cosas). La dilatación puede ocurrir por una variación de temperatura a presión constante. Esto se conoce como dilatación térmica. Cuando un cuerpo sólido (sobre todo plano) se calienta, se dilata en largo y ancho aumentando su superficie, pues el calor otorga a sus moléculas energía, lo que las hace vibrar intensamente, necesitando entre ellas un espacio mayor. El coeficiente medio de dilatación superficial es el aumento de su unidad de superficie, al aumentar su temperatura en un grado. La letra griega gamma es la que lo representa. La dilatación lineal (aumento de longitud) en un cuerpo alargado, es proporcional al aumento de temperatura en pequeños intervalos La dilatación de los gases es mucho mayor que la que sufren los líquidos o los sólidos. El agua presenta particularidades en su dilatación, pues al solidificarse, aumenta su volumen y disminuye su densidad. Cuando alcanza los 10 º C se equipara con otros fluidos su curva de dilatación. En resumen Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por cualquier medio. La contracción térmica es la disminución de propiedades métricas por disminución de la misma. Tipos de Dilatación Se denomina coeficiente de dilatación al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente experimentan un cambio de temperatura que lleva consigo una dilatación térmica. De forma general, durante una transferencia de calor, la energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos átomos cambia. Cuando la energía almacenada aumenta, también lo hace la longitud de estos enlaces. Así, los sólidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse; este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica. Dilatación de los sólidos: En las construcciones de puentes, viaductos, edificios, existen unas pequeñas separaciones, llamadas juntas de dilatación, las cuales se construyen en previsión de la dilatación de los cuerpos, evitando con ello la deformación o rotura de la estructura Es el incremento de la longitud (Primera Dimensión) de un cuerpo en forma de barra por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Lineal (K) al incremento de longitud que experimenta la unidad de longitud al aumentar su temperatura en 1°C. Nota: La unidad de medida de K es 1/°C, o también °C-1. Su fórmula es:

LF: Longitud final LO: Longitud Inicial

TF: Temperatura final TO: Temperatura inicial DILATACIÓN SUPERFICIAL Es el incremento del área (Segunda Dimensión) de un cuerpo en forma plana por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Superficial (KS) al incremento del área que experimenta la unidad de superficie al aumentar su temperatura en 1°C. El coeficiente de dilatación superficial KS es igual al doble del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea: KS = 2*K Su fórmula es:

AF: Área final AO: Área Inicial TF: Temperatura final TO: Temperatura inicial DILATACIÓN VOLUMÉTRICA

Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo. Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar un cubo metálico de volumen inicial V0 y la temperatura inicial θ0. Si lo calentamos hasta la temperatura final, su volumen pasará a tener un valor final igual a V. Es el incremento del volumen (Tercera Dimensión) de un cuerpo en forma de un sólido geométrico por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Cúbico (KC) al incremento del volumen que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en 1°C. El coeficiente de dilatación cúbico KC es igual al triple del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea: KC = 3 * K Su fórmula es:

VF: Volúmen final VO: Volúmen Inicial TF: Temperatura final TO: Temperatura inicial Dilatación Volumétrica de gases y líquidos Como la forma de un fluido no está definida, solamente tiene sentido hablar del cambio del volumen con la temperatura. La respuesta de los gases a los cambios de temperatura o de presión es muy notable, en tanto que el cambio en el volumen de un líquido, para cambios en la temperatura o la presión, es muy pequeño. β representa el coeficiente de dilatación volumétrica de un líquido,

Los líquidos se caracterizan por dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos. Sin embargo, el líquido más común, el agua, no se comporta como los otros líquidos. En la figura F, se muestra la curva de dilatación del agua. Se puede notar que, entre 0 y 4ºC el agua líquida se contrae al ser calentada, y se dilata por encima de los 4ºC, aunque no linealmente. Sin embargo, si la temperatura decrece de 4 a 0ºC, el agua se dilata en lugar de contraerse. Dicha dilatación al decrecer la temperatura no se observa en ningún otro líquido común; se ha observado en ciertas sustancias del tipo de la goma y en ciertos sólidos cristalinos en intervalos de temperatura muy limitados, un fenómeno similar. La densidad del agua tiene un máximo a 4ºC, donde su valor* es de 1 000 kg/m3. A cualquier otra temperatura su densidad es menor. Este comportamiento del agua es la razón por la que en los lagos se congela primero la superficie, y es en definitiva lo que hace posible la vida subacuática.

figura 3.7 Esta propiedad es importante en la ingeniería, recordemos que los dos fluidos más importantes para un ingeniero son el agua y el aire, el primero prácticamente incompresible y el segundo sensiblemente compresible. Como el líquido carece de forma propia, solo puede tener sentido hablar de dilatación cúbica, pues sus dimensiones dependen del recipiente que lo contiene, observándose un ascenso del nivel del fluido debido a que en general, los líquidos se dilatan más que los sólidas y en particular, que el vidrio.En consecuencia. Para determinar la dilatación absoluta o verdadera de un líquido se deberá considerar la dilatación que experimenta el recipiente que lo contiene. Si Vo es el volumen que ocupa el fluido a la temperatura de 0 ºC, es evidente que deberá ser Vo o Vro, si se aumenta la temperatura en t ºC, el volumen verdadero del líquido a esa temperatura, será: Vt = Vo ( 1 + βr.t ), volumen verdadero del líquido Vrt = Vro ( 1 + βr. t), volumen del recipiente dilatado Vrt – Vt = Vro.βr. t = ΔVr, diferencia de volumen Como el volumen aparente es menor que el volumen verdadero que ocupa el líquido debido a que el recipiente se ensancha al dilatarse, por lo tanto el nivel del liquido disminuye, el volumen verdadero del líquido a temperatura t será la suma del volumen aparente medido mas el aumento del volumen que experimenta el recipiente. Vt = Vot + ΔVr [3.16] Si reemplazo en cada término de esta igualdad sus correspondiente expresiones equivalentes, tendremos: Vo ( 1 + βr.t ) = Vao ( 1 + βa.t ) + Vro ( 1 + βr.t ) Como los volúmenes iniciales a 0 ºC son iguales al del recipiente Voo = Vao = Vro, simplificando Vo , la unidad y la temperatura, se tendrá:

βv = βa + βr [3.17] o sea el coeficiente de dilatación cúbica absoluto o verdadero de un líquido es igual a la suma de los coeficientes aparente y del recipiente que lo contiene Coeficientes de dilatación Se denomina coeficiente de dilatación al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura que lleva consigo una dilatación térmica. De forma general, durante una transferencia de calor, la energía que está almacenada en los enlaces intermoleculares entre dos átomos cambia. Cuando la energía almacenada aumenta, también lo hace la longitud de estos enlaces. Así, los sólidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse;1 este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatación térmica (típicamente expresado en unidades de °C-1):

Unidades de medidas Según su naturaleza cada cuerpo posee lo que se llama coeficiente de dilatación térmica, cuyo símbolo es a y su unidad de medida es 1/°C o °C-1

RESPONDA EL SIGUIENTE CUESTIONARIO 1. Explique usted porqué la columna de mercurio de un termómetro desciende inicialmente y luego sube cuando este se somete al calentamiento. Porque al transferirle energía calórica, las moléculas se reordenan para la libre oscilación de esta, por ello la disminución del mercurio para luego poder expandirse volumétricamente de forma exponencial, ya que el mercurio es uno de los elementos que poseen un coeficiente de expansión volumétrica muy alto.

2. Los líquidos y gases son fluidos. ¿Cuál sería la diferencia entre ellos? ¿Cuál sería su semejanza? Explique su respuesta. Sus semejanzas son justamente las características generales de los fluidos, Se llaman fluidos al conjunto de sustancias donde existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Se difieren en que los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propios. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales)

3. Si usted somete al calentamiento una esfera de metal, hueca, su diámetro exterior aumentara al aumentar su temperatura, ¿Que le sucederá a su diámetro interior? ¿Aumentará o disminuirá? Explique su respuesta.

Se reducirá el diámetro interno, puesto que la expansión volumétrica tiene una dirección que va desde el centro de masa del material, hacia el exterior de este, es decir, las moléculas se alejan entre sí para la libre oscilación, y al no poder moverse hacia adentro por falta de espacio, dichas moléculas se reubican mas y mas alejadas hacia el exterior del cuerpo, lo que ocasiona la expansión volumétrica en todos los sentidos del cuerpo, es por ello que el diámetro interno se reduce , porque las paredes del recipiente se expanden en las dos direcciones

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