Dilatación - Resuelto
IES Simón Bolívar
Trabajo Experimental
Práctico de Laboratorio n° 1
Autor: Facundo Sanabria – 3° año del Profesorado de Física
Catedrático: Alejandro Diego Menoyo
Fecha: 21/11/2014
Resumen:
La dilatación es un proceso general a toda sustancia, en este práctico intentaremos visualizar este proceso y calcular el coeficiente de dilatación volumétrico de un líquido.
Introducción:
En este práctico experimental vamos a visualizar la dilatación de una sustancia y calcular el coeficiente de dilatación volumétrico de un líquido. Para ello introduciremos diferentes líquidos (queroseno, vaselina liquida, alcohol etílico), en un tubo de ensayo que cerraremos con un tapón de goma y al que le hemos agregado una pipeta graduada. Cuando el líquido se dilate, este deberá subir por pipeta, lo que nos permitirá medir la diferencia de volúmenes al aumentar la temperatura.
Para poder controlar y registrar las temperaturas, introduciremos el tubo de ensayo en diferentes recipientes con agua, la que calentaremos o enfriaremos a nuestra necesidad.
Debemos tener en cuenta que el aumento de volumen será la dilatación aparente del líquido, ya que también el recipiente también se ha dilatado aumentado su capacidad.
Objetivos:
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Calcular el coeficiente de dilatación volumétrico de un líquido.
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Realizar mediciones con el instrumental requerido.
Marco teórico
Casi todos los materiales se expanden al aumentar su temperatura. El aumento en la temperatura hace que el líquido se expanda en los termómetros de líquido en un tubo y que las tiras bimetálicas se doblen.
Expansión lineal :Suponga que una varilla de material tiene longitud L0 a una temperatura inicial T0. Si la temperatura cambia en ∆T, la longitud cambia en ∆L. Se observa experimentalmente que si ∆T no es muy grande (digamos, menos de 100 C°), ∆L es directamente proporcional a ∆T. Si dos varillas del mismo material tienen el mismo cambio de temperatura, pero una es dos veces más larga que la otra, su cambio de longitud también será del doble. Por lo tanto, ∆L también debe ser proporcional a Lo. Si introducimos una constante de proporcionalidad ∆ L= α Lo ∆T
La constante α que describe las propiedades de expansión térmica de un material dado, se denomina coeficiente de expansión lineal
Expansión de Volumen
Un aumento de temperatura suele aumentar el volumen de materiales tanto líquidos como sólidos. Al igual que en la expansión lineal, se ha visto experimentalmente que, si el cambio de temperatura ∆T no es muy grande (menos de 100 C°), el aumento de volumen ∆V es aproximadamente proporcional al cambio de temperatura ∆T y al volumen inicial Vo:
∆V = β Vo ∆T
La constante β caracteriza las propiedades de expansión de volumen de un material dado; se llama coeficiente de expansión de volumen
Equipo y materiales
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Presición = 1/100 ml ±0,006
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Presición= ± 0,1
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Presición= 1 ° C
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Procedimiento experimental
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Introducir alcohol etílico en un tubo de ensayo que cerraremos con un tapón de goma y al que le hemos agregado una pipeta graduada.
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Estimar cuánto debe ser el cambio de temperatura a la que deberemos someter nuestro líquido.
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Colocar el instrumento, con una cantidad conocida de sustancia, en un recipiente con agua a temperatura ambiente.
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Calentar, con un mechero de Bunsen, otro recipiente con agua a la temperatura necesaria para producir el dT estimado.
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Registrar la temperatura del agua después de haber sumergido el tubo de ensayo y esperar que alcancen el equilibrio térmico.
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Calcular el coeficiente de dilatación del líquido
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Demostrar que:
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Donde V0 es el volumen inicial del recipiente
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es el coeficiente de dilatación volumétrica del líquido -
es el coeficiente de dilatación lineal del vidrio
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Tabla u hoja de datos
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Volumen [ ml ]
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Temperatura [°C]
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0,02
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17,7
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0,18
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28,5
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0,31
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36,1
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0,35
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37,9
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0,5
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46
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Procesamiento datos experimentales
Estimación Previa
Los datos a registrar para calcular el coeficiente de dilatación volumétrico de la sustancia a estudiar son:
ΔV0 liquido, ΔV0 vidrio y Δt
Para estimar el cambio de temperatura a la que debemos someter el líquido, debemos cuantificar el volumen del tubo de ensayo.
Diámetro: 1,5 cm
Largo: 15 cm
V= Pi r2 h
V = 26,4 cm3 = 26,4 ml
Determinar el Δt
La pipeta tiene una graduación de 1/100 ml ± 0,006
ΔV = 0,4 ml
β = 1,1 x 10 ^ -3 1/°c
ΔV = V0 (1 + β Δt) ΔV = V0 + V0 β Δt ΔV- V0 = V0 β Δt 
Δt = 0,4 ml / 26,4 ml x 1,1 x 10 ^ -3 1/°c Δt = 13,8 °CAl no coincidir el cero en la pipeta y 2,3 es la distancia nos queda:
2,3-----------0,1 ml
0,4-----------x= 0,017 ml aprox 0,02 ml
En la probeta se observa 0,31ml, debemos agregar los 0,02 ml y en total nos
queda 0,33 ml
Calculo del coeficiente volumétrico del alcohol
ΔV- V0 = V0 β Δt
0,5 – (0,02)= 26,4 β (46°C – 17,7°C) β= 0,0008 Δ β rel = [0,01/0,48] + [0,1/28,3] + [0,1/21,2] =
Δ β rel = 0,029
Δ β abs = 0,000023 =23 x 10 ^-6 Δβ = 0,000800±0,000023 = 800±23 x 10^-6Conclusiones
La realización de ésta experiencia práctica nos permitió identificar la importancia de estimar cuánto debe ser el cambio de temperatura a la que deberemos someter nuestro líquido. Para poder estimar debimos conocer en forma aproximada el volumen del tubo de ensayo, y decidir cuantas graduaciones de la pipeta son necesarias para que el proceso sea claramente medible. Es decir, precisamos saber cual es el T necesario para que el V sea observable. Otra cuestión con la que nos encontramos es la de trabajar en equipo de manera eficiente para tener el menor margen de error ya que los datos que presisamos dependían de la observación directa y la medición de distintas temperaturas.
Esta actividad experimental nos permitió consolidar los fundamentos teóricos referidos al proceso de dilatación volumétrico que experimentan las sustancias liquidas y la posibilidad de obtener datos desconocidos a partir de la utilización de estrategias matemáticas.
BIBLIOGRAFÍAS
Física universitaria Sear-Zemansky Volumen 1 Decimo segunda edición