Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

GANOT, A.: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º ed. París 1871.

Aparece en la web http://www.itclucca.lu.it/museo/termo0.htm

DILATOSCOPIO PARA MEDIR LA DILATACIÓN LINEAL

COLECCIÓN

Termología

TEORÍA Definición de calor         y         Efectos generales del calor

FUNCIONAMIENTO

Es un instrumento que permite estudiar la dilatación lineal de los sólidos. Se le aplica calor a la barra. Por medio de un acoplamiento mecánico que amplifica la pequeña dilatación de la barra, aparece en la escala graduada el movimiento proporcional que se ha producido en la barra.

FUNDAMENTO MATEMÁTICO La dilatación o contracción de una barra de longitud L viene dada por: Long(Tf)=Longo(1+α(Tf-To)) o también ΔLong=LoαΔT      donde: α=coeficiente dilatación lineal   Longo=longitud a temperatura=To       ΔT=Tf-To    ΔLong=valor de cambio de la longitud al incrementarse la temperatura desde To a Tf
LA EXPERIENCIA HOY Determinación del coeficiente de dilatación térmica. Estudiaremos la variación de longitud de un tubo hueco delgado de aluminio, o también de una varilla hueca de aluminio. Según la figura, por un extremo, la varilla está fija. La longitud la medimos entre los dos extremos de la varilla. Pero es más exacto medir con el goniómetro el ángulo θ entre el fiel y la vertical. De esta manera se demuestra que la relación entre el alargamiento del tubo y el ángulo que gira el goniómetro es θ=ΔL/(d). [θ=ΔL/(diámetro del clavo que sujeta el fiel)]. Después colocamos un termómetro en la mitad de la varilla para saber cual es la temperatura media de esta. Calentamos la varilla con una pistola generadora del flujo de aire caliente. Ahora toda ella esta caliente, tanto por fuera, como por dentro, pues circula aire caliente por el interior. Ahora podemos representar θ, en radianes, en función de la temperatura medida. Como se ha visto arriba ΔLong=LoαΔT, y si despejamos α=ΔLong/LoΔT. El cambio de longitud está relacionado con el ángulo de desviación del goniómetro. ΔL=θ·(d). Ahora relacionamos el ángulo con la variación de temperatura. θ=(Longα/d)ΔT. La ecuación de la recta es y=mx. m(pendiente)=Longα/d   donde α=mxd/Long. En una tabla representamos la temperatura, el ángulo y el incremento de temperatura.
APLICACIONES

Termómetro registrador: en este tipo de termómetros se juzga el estado calorífico por la forma o la longitud que presenta un vástago metálico fijo. En el dispositivo registrador de Richard, las variaciones de temperatura hacen experimentar a un tubo lleno de petróleo, y de la forma de un arco de curva, variaciones de curvatura. Esas variaciones de curvatura son tanto mayores cuanto que el petróleo, dilatándose más que su envoltura, ejerce sobre ella, en su interior, una presión que disminuye la curvatura. Amplifican la deformación producida de esta suerte una serie de palancas, la última de las cuales, provista de una pluma, inscribe en un cilindro rotatorio una línea que permite seguir las variaciones de temperatura con el tiempo.

APLICACIONES

Soldadura del platino al vidrio: Las dilataciones iguales que presentan el platino y el vidrio han permitido soldar esos dos cuerpos entre si sin temor a que las variaciones de temperatura hagan saltar la soldadura. Se aprovecha esta particularidad en la construcción de los tubos de electrodos (de Geissler, Crookes, Röntgen), cuyo empleo se halla tan generalizado actualmente.

APLICACIONES

Se tiene en cuenta la dilatación en la fijación de las piezas metálicas. El hierro expuesto a los rayos del sol puede alcanzar la temperatura de 50 o 60 grados. En los climas extremos, en invierno se puede alcanzar los -20, o incluso,  -30 grados. Para preservar las construcciones metálicas de las dislocaciones que pueden producir las dilataciones y contracciones sucesivas, hay que adoptar ciertas precauciones:

Las vigas  de los raíles de la vía del tren deben estar separadas para que debido a la dilatación por calor en el verano no se compriman unas con otras y deformen la vía.   Sin embargo, en los recorridos cortos de los tranvías, los rieles pueden estar más próximos, o incluso unidos.

Detalle de la junta de dilatación. Cabe observar los refuerzos longitudinales en la cara comprimida de la viga. El acoplamiento está en tensión, pero esto garantiza que no existen momentos en la unión y tampoco esfuerzos axiales (Área de la bahía de San Francisco, California)   En los puentes metálicos, no se pone los suelos metálicos en contacto directo con los estribos, sino que se les coloca apoyados en rodajas que ruedan sobre zapatas fijas. De ese modo, las dilataciones y contracciones no tienen consecuencias perjudiciales. En las construcciones de hierro las piezas metálicas están articuladas en parhilera.

A los cables que cuelgan de las torretas de alta tensión hay que hacerle un doble cálculo. Por un lado, no sobrepasar la FLECHA máxima por la dilatación que experimentan en verano, y por otro, no debe estar muy tensos por la contracción que presentan en invierno

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.
FELIU Y PÉREZ, B: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. 6º ed. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.

TURPAIN, ALBERTO: Tratado teórico-práctico de física. Casa editorial Araluce. Barcelona 1931

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