Laboratorio: Expansión Térmica

Summary

Este video describe un experimento de expansión térmica realizado en la Universidad Nacional Autónoma de Honduras, enfocado en la dilatación de metales al ser calentados. Se estudian las variaciones de longitud de barras de aluminio, cobre y latón al someterse a cambios de temperatura, utilizando equipos como un micrómetro digital y un multímetro. Se aborda el cálculo del coeficiente de dilatación lineal y se explica cómo la resistencia eléctrica de los materiales cambia con la temperatura. El video también incluye un ejemplo de interpolación lineal para determinar la temperatura a partir de valores de resistencia.

Takeaways

• 😀 La expansión térmica es el proceso por el cual el volumen de un cuerpo aumenta cuando su temperatura incrementa, y existe una relación directamente proporcional entre el volumen y la temperatura.
• 😀 El objetivo principal del experimento es comprobar la expansión térmica de metales al aumentar su temperatura y determinar el coeficiente de dilatación lineal (α) para diferentes metales.
• 😀 Se utilizaron barras metálicas de aluminio, cobre y latón para medir la expansión térmica a través de un experimento que incluye la medición de la resistencia eléctrica de un termistor.
• 😀 El cambio en la longitud de los metales debido a la expansión térmica se calcula usando la fórmula ΔL = α * L₀ * ΔT, donde α es el coeficiente de dilatación lineal.
• 😀 La resistencia eléctrica de los materiales también se ve afectada por la temperatura, ya que los materiales conductores tienen una mayor resistencia con el aumento de temperatura, mientras que los semiconductores muestran una disminución de la resistencia.
• 😀 Se utilizó un multímetro digital para medir la resistencia de un termistor, que cambia con la temperatura, para calcular la temperatura correspondiente a un valor de resistencia específico.
• 😀 El procedimiento experimental involucró el uso de una caldera y una manguera para calentar los tubos metálicos de forma controlada y medir la variación en la longitud y resistencia.
• 😀 La incertidumbre de las mediciones de longitud se toma como 1 mm, mientras que la incertidumbre del cambio de longitud es el 0.5%, y la incertidumbre de las mediciones de resistencia es el 1%.
• 😀 El tratamiento de datos experimentales incluye la interpolación lineal para estimar temperaturas intermedias a partir de mediciones de resistencia, especialmente cuando los valores exactos no se encuentran en las tablas.
• 😀 El coeficiente de dilatación lineal se calcula dividiendo el cambio de longitud por el producto de la longitud inicial y el cambio de temperatura, y se reporta junto con su incertidumbre en una forma estándar.

Q & A

¿Qué es la expansión térmica?

La expansión térmica es el aumento del volumen de un cuerpo cuando su temperatura incrementa, lo que provoca que las dimensiones de la materia cambien, existiendo una relación directamente proporcional entre el volumen y la temperatura.

¿Cómo se mide la dilatación térmica en sólidos según el experimento?

En el experimento se mide la dilatación térmica en barras metálicas de aluminio, cobre y latón mediante un micrómetro digital que registra la variación de la longitud de las barras al cambiar la temperatura.

¿Qué instrumento se utiliza para medir la variación de longitud durante el experimento?

Se utiliza un micrómetro digital, el cual permite medir con precisión el cambio en la longitud de las barras metálicas durante el calentamiento.

¿Cuál es la relación entre la longitud, la temperatura y el coeficiente de dilatación lineal?

La relación se expresa con la fórmula: delta L = alfa * L0 * delta T, donde delta L es el cambio de longitud, alfa es el coeficiente de dilatación lineal, L0 es la longitud inicial y delta T es el cambio de temperatura.

¿Por qué la expansión térmica de los sólidos ocurre?

La expansión térmica en sólidos ocurre debido a que, al aumentar la temperatura, los átomos del material oscilan con mayor amplitud, lo que incrementa la separación entre ellos y provoca un aumento en las dimensiones del objeto.

¿Cómo se determina el coeficiente de dilatación lineal en el experimento?

El coeficiente de dilatación lineal se determina a partir de la relación entre el cambio de longitud, la longitud inicial y el cambio de temperatura, utilizando la fórmula alfa = delta L / (L0 * delta T).

¿Cómo se realiza la medición de la resistencia en el experimento?

La resistencia se mide utilizando un multímetro, donde se conecta un extremo de las barras metálicas al multímetro para registrar los valores de resistencia antes y después de calentar las barras.

¿Qué ocurre con la resistencia de los materiales al aumentar la temperatura?

En los materiales conductores, el aumento de temperatura incrementa la resistencia debido a un mayor movimiento aleatorio de las partículas. En los semiconductores, la resistencia disminuye porque el número de portadores de energía aumenta.

¿Qué método se emplea para estimar valores intermedios de temperatura en el experimento?

Se emplea la interpolación lineal para estimar las temperaturas correspondientes a resistencias intermedias entre dos valores conocidos, utilizando la fórmula de la pendiente de la recta que conecta los puntos extremos.

¿Cómo se calcula la incertidumbre en las mediciones de temperatura y resistencia?

La incertidumbre en las mediciones de temperatura y resistencia se calcula mediante la fórmula de incertidumbre asociada a la pendiente de la recta de interpolación, y se incorpora en el cálculo del cambio de temperatura y coeficiente de dilatación lineal.