Expansiunea liniara a tuburilor la cresterea temperaturii

Expansiunea liniara a tuburilor la cresterea temperaturii – Experiment demonstrativ

Expansiunea liniara a tuburilor la cresterea temperaturii este o activitate captivanta si educativa care exploreaza expansiunea longitudinala a tuburilor de cupru, otel si sticla atunci cand sunt incalzite. Aceasta experienta ofera oportunitatea de a intelege mai bine proprietatile materialelor si modul in care acestea reactioneaza la schimbarile de temperatura, aducand beneficii semnificative in domeniul educatiei.

Obiectivele experimentului

• 

  Obiectivul experimentului consta in investigarea expansiunii longitudinale a tuburilor de cupru, otel si sticla in functie de temperatura la care sunt expuse.

• Prin acest experiment, se urmareste intelegerea modului in care diverse materiale reactioneaza la schimbarile de temperatura si cum acest lucru influenteaza dimensiunile lor fizice.
• Principala preocupare este evaluarea si compararea schimbarilor de lungime ale tuburilor in raport cu temperatura, pentru a determina coeficientii de dilatare liniara ai materialelor.
• Acesti coeficienti sunt esentiali pentru proiectarea si constructia diferitelor dispozitive si structuri, asigurandu-se ca acestea pot functiona eficient in diverse conditii termice.
• Experimentul ofera, astfel, date practice si controlate pentru a intelege fenomenul de expansiune termica si pentru a dezvolta teorii si modele explicative in acest sens.

Instructiuni de precautie

Structura experimentului asigura o desfasurare sigura si eficienta. Inainte de a incepe, este important sa se respecte precautiunile de siguranta, cum ar fi manipularea tuburilor de expansiune incalzite cu o bucata de panza pentru a evita arsurile.

Desfasurarea experimentului

Realizarea experimentului “Dovezi de flotabilitate in aer” urmeaza o serie de pasi bine structurati pentru a asigura desfasurarea corecta si precisa a activitatii:

1. Pregatirea echipamentului si a materialelor:

   • Se incepe prin pregatirea echipamentului necesar, inclusiv a balonului Erlenmeyer, a tuburilor de cupru, otel si sticla, a stoperului si a arzatorului cu cartus.
   • Se verifica starea de functionare a tuturor componentelor si se asigura ca sunt curate si in conditii bune.

2. Umplerea balonului Erlenmeyer cu apa:

   • Se adauga aproximativ 300 ml de apa in balonul Erlenmeyer.
   • Balonul este inchis etans cu ajutorul stoperului pentru a evita scurgerile de apa in timpul experimentului.

3. Pregatirea si montarea tubului de cupru:

   • Tubul de cupru este introdus in aparatul de expansiune.
   • Prin intermediul tuburilor, tubul de cupru este conectat la balonul Erlenmeyer, astfel incat sa existe un flux de apa intre cele doua componente.
   • Tubul de cupru este fixat in clema cu arc intr-o pozitie stabila, cu canelura tubului odihnindu-se pe lamela indicatorului.

4. Ajustarea pozitiei indicatorului:

   • Se ajusteaza pozitia tubului de expansiune pana cand indicatorul arata zero pe scara.

5. Incalzirea apei:

   • Se foloseste arzatorul cu cartus pentru a incalzi apa din balon pana cand aceasta incepe sa fiarba.
   • In timpul incalzirii, se monitorizeaza atent temperatura si procesul de fierbere.

6. Observarea si inregistrarea deflectiei indicatorului:

   • Pe masura ce apa se incalzeste si tubul de cupru se dilata, indicatorul va inregistra o deflectie.
   • Observatiile si masuratorile sunt inregistrate cu atentie, iar valorile citite de pe scara sunt notate.

7. Repetarea procedurii cu tuburile de otel si sticla:

   • Dupa finalizarea experimentului cu tubul de cupru, aceeasi procedura este repetata cu tuburile de otel si sticla.
   • Se urmareste si se inregistreaza deflectia indicatorului pentru fiecare material.

Evaluarea rezultatelor

Aceasta etapa a experimentului implica analiza si interpretarea datelor colectate in timpul desfasurarii activitatii si formularea unor observatii semnificative. Structura evaluarii poate fi detaliata astfel:

1. Compararea schimbarilor de lungime:

   • Se analizeaza datele obtinute pentru fiecare material investigat (cupru, otel, sticla) pentru a identifica diferentele in schimbarile de lungime in functie de temperatura la care au fost expuse.
   • Se observa si se compara deflectiile indicatorului inregistrate pentru fiecare material.

2. Dependenta schimbarilor de material:

   • Se evidentiaza faptul ca schimbarile de lungime ale tuburilor sunt dependente de materialul din care acestea sunt fabricate.
   • Se remarca ca, in cazul unui tub de cupru, schimbarea in lungime este mai mare decat in cazul tuburilor de otel sau sticla.

3. Determinarea coeficientilor de dilatare liniara:

   • Se subliniaza ca datele colectate permit calcularea coeficientilor de dilatare liniara ai materialelor (cupru, otel, sticla).
   • Se mentioneaza ca acesti coeficienti sunt esentiali pentru a intelege modul in care materialele se dilata in raport cu temperatura si pentru a aplica aceste cunostinte in diverse domenii practice.

4. Interpretarea rezultatelor:

   • Se interpreteaza semnificatia rezultatelor obtinute si se evidentiaza importanta acestora in contextul studiului fenomenului de expansiune termica.
   • Se subliniaza ca experimentul ofera oportunitatea de a valida teoriile si modelele existente despre dilatarea termica a materialelor si de a dezvolta noi intelegeri in acest domeniu.

5. Sintetizarea concluziilor:

   • Se formuleaza concluziile principale ale experimentului, evidentiind rezultatele observate si implicatiile acestora.
   • Se subliniaza relevanta si aplicabilitatea rezultatelor in contextul educational si in domeniile practice in care este importanta cunoasterea comportamentului termic al materialelor.

Nota suplimentara

Din modificarile de lungime obtinute in acest experiment se pot determina coeficientii de dilatare liniara   ai materialelor cupru, otel si sticla: 

: modificarea lungimii tubului de expansiune

lungimea initiala a tubului de expansiune

diferenta dintre temperatura tubului incalzit si temperatura camerei

Valorile din tabel pentru materialele utilizate in experiment:

Cupru:

Otel:

Sticla:

Explorarea conceptele fundamentale ale dilatarii termice

Experimentul “Dovezi de flotabilitate in aer” reprezinta o modalitate captivanta si eficienta de a explora conceptele fundamentale ale dilatarii termice intr-un context educational. Prin intermediul acestei activitati, elevii isi pot dezvolta competentele stiintifice si abilitatile practice, pregatindu-i pentru succesul in invatarea ulterioara si in carierele lor viitoare in domeniul stiintei si ingineriei.