5/24/2018 Pr ctica de Termodin mica: Proceso Isob rico.

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ResumenUn gas ideal es una sustancia imaginaria queobedece a la relacin Pv=RT. Un gas puede ser consideradocomo un gas ideal, cuando este se encuentra en unatemperatura considerablemente alta o con una presin menorrelativa a su temperatura y presin crtica.

Un proceso isobrico, es un proceso en el que el volumen(junto con la energa interna) sufre una variacin, mientras quela presin se mantiene constante.

I. OBJETIVOS.*Comprender el comportamiento de un gas ideal en un

proceso a presin constante.*Determinar la relacin entre el volumen y la temperatura deun gas ideal.*Aplicar la ley de Charles.*Determinar de manera experimental el cero absoluto detemperatura.

II. CUESTIONARIO PREVIO1.- Mencione cuatro caractersticas de un gas ideal.a) Es una sustancia imaginaria que obedece a la relacinPV=RT.

b) La relacin de gas ideal se aproxima mucho al

comportamiento P-v-T de los gases reales a bajas densidades.c) El modelo de gas ideal tiende a fallar a temperaturasmenores o a presiones elevadas, la relacin de las fuerzasintermoleculares y el tamao intermolecular es importante.d) Es un compuesto de un conjunto de partculas puntualescon desplazamiento aleatorio que no interactan entre s.e) Se puede considerar a un gas como gas ideal, cuando este seencuentra en una temperatura considerablemente alta o conuna presin menor relativa a su temperatura y presin crtica.2.- En general, En qu condiciones de presin y temperaturaun gas se considera como ideal?En 1802 los franceses J. Charles y J. Gay Lussac determinaronde modo experimental que a bajas presiones el volumen de ungas es proporcional a su temperatura. Mediante la ecuacin deestado de un gas ideal, podemos decir que la presin latemperatura se relacionan cuando el producto de la presincon el volumen esta igualado con el producto de latemperatura con la constante del gas (una constante especfica

para cada gas).En conclusin, un gas puede ser considerado como un gasideal, cuando este se encuentra en una temperaturaconsiderablemente alta o con una presin menor relativa a sutemperatura y presin crtica.

3.- Existen en la realidad los gases ideales? Por qu sestudian?Experimentalmente se ha observado que la relacin de gaideal se aproxima mucho al comportamiento P-v-T de logases reales a bajas densidades: ya que bajo condiciones quimplican presiones bajas y temperaturas altas, la densidad dun gas disminuye y se comporta como un gas ideal. Parintereses prcticos, muchos gases familiares como el airenitrgeno, oxigeno, hidrgeno, helio, argn, nen, criptn incluso algunos ms pesados como el dixido de carbono

pueden tratarse como gases ideales con un margen de erroinsignificante.

El estudio de los gases ideales es bastante amplio, una de laaportaciones ms importantes de estos gases tericos, es ecomportamiento de las mezclas de gases, donde se aadealgunos otros factores a la ecuacin de gas ideal, como lo es efactor de compresibilidad. Por ejemplo, una de las mltipleutilidades de este concepto, es en el anlisis volumtrico dOrsat, el cual nos sirve para determinar la composicin de unmezcla de gases ideales como los gases de escape que salen duna cmara de combustin, o la produccin de trabajo en unturbina adiabtica donde entran una mezcla de gases.4.- Explique en qu casos un proceso se lleva a cabo a presiconstante.Un proceso se lleva acabo a presin constante cuando en usistema, tenemos una diferencia de energa interna, resultantde una sustraccin de un calor (Q) transferido con el productde la presin (que se mantiene constante en todo el procesocon la diferencia de volumen (de la sustancia pura en esistema).Otro caso anlogo al anterior,se da cuando obtenemos unadiferencia de calor resultantede una diferencia de energainterna de la sustancia alinterior del sistema, adicionalal producto de la diferencia devolumen del sistema.En ambos casos se trata de

una expansin (o en sudefecto contraccin)isobrica, es decir, un procesoen el que el volumen (junto con la energa internaincrementan o disminuyen), mientras que la presin smantiene constante.5.- Defina el cero absoluto de temperatura.El cero absoluto es la temperatura terica ms baja posible. Aesta temperatura el nivel de energa interna del sistema es ems bajo posible, por lo que las partculas, segn la mecnicclsica, carecen de movimiento.

Ley de Charles (Proceso Isobrico)Por: Lpez Toledano Miguel

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III. FUNCIONAMIENTOEl termmetro de gas es un dispositivo que se utiliza paracalcular la variacin del volumen del aire, el cual, encondiciones ambientales, puede considerarse como gas ideal.Consiste en un capilar de vidrio dentro de un tubo cuya parte

superior se ensancha y puede conectarse con sistemas internoso el medio ambiente. Contiene slica gel con el fin de absorberla humedad del aire.

IV. MARCO TERICOA fines del siglo XVIII, Jaques Charles estudi el

comportamiento de un gas en un proceso isobrico (a presinconstante) y postul su ley:

A presin constante, la temperatura absoluta de una masa

constante de un gas ideal es directamente proporcional a suvolumen.

Es decir:Si

2

2

1

1,T

V

T

VKP

Dnde: V1 y V2 representan el volumen inicial y final,

respectivamente, del gas. T1 y T2 son la temperatura inicial yfinal del gas.

Es importante notar que esta ley exige 4 condiciones:*Gas ideal*Masa constante*Temperatura absoluta (K o R)*Presin absoluta:La presin absoluta es la suma de las presiones existentes

en un sistema, tanto en su interior como en su exterior. Puedecalcularse de 2 maneras:

amanomtricaatmosfricabsoluta PPP vacoaatmosfricabsoluta PPP

Por otra parte, el cero absoluto es la temperatura terica msbaja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor(cero entropa). Es la temperatura a la cual cesa el movimientode las partculas. Aqu el nivel de energa es el ms bajo

posible. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamentea la temperatura de 273.16 C. Nunca se ha alcanzado taltemperatura y la termodinmica asegura que es inalcanzable.

En la grfica anterior se muestra que, al extrapolar la lnea

del diagrama T vs V de un gas ideal, sta toca al eje X(volumen cero) en un valor de -273.15C.

Uno de los objetivos de esta prctica, es determinar tal valode manera experimental.

V. PROCEDIMIENTOS Y DESARROLLO EXPERIMENTALA. Material y Equipo- Termmetro de Gas.

- Termmetro de mercurio.

- Mechero de Bunsen.

- Soporte Universal.

- Pinzas para Soporte Universal.

- Bomba de vaco manual.

- Vaso de precipitados de 400 ml.

B. Compactar la gota de mercurio del capilarEn la parte superior del capilar del termmetro de gas existuna burbuja de vidrio que contiene slica gel de color azuusada para evitar que la humedad entre al capilar. La partterminal de la burbuja de vidrio se encuentra cerrada con utapn del algodn.

*Para compactar la gota de mercurio es necesario mantener etapn de algodn e invertir el capilar golpeando suavementcon los dedos hasta que la totalidad del mercurio se deslice pogravedad. La trampa de mercurio, especialmente diseadevitar que ste pueda salir del capilar.

*Con el capilar invertido, colocar la manguera de la bomba dvaco manual, accionndola varias veces con la finalidad d

producir un vaco parcial.

*Girar el capilar suavemente hasta su posicin normal sipermitir que el vaco se fugue.*Desconectar la manguera de la bomba de vaco y dejar ecapilar abierto a la atmsfera, con lo cual la gota de mercuricompactada se equilibrar por s misma.

C. Armar el equipo mostrado en la figura.

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D. El equipo se arma, colocando el tubo de ensayo en elsoporte universal; posteriormente, se introduce el

termmetro de gas y de mercurio segn la figura.

Cuidar que el tubo y los termmetros estn bien sujetos conlas pinzas y que el soporte universal no se venza hacia uno delos lados.

E. Agregar agua a temperatura ambiente en el tubo deensaye hasta un 75% de su capacidad, ya que el agua, alllegar a su punto de ebullicin, no debe derramarse.

F. Encender el mechero y calentar lentamente. El procesoes isobrico ya que el capilar estar abierto a la atmsfera

en todo momento.

G. Cada 5C, tomar mediciones de la altura de la gota demercurio (en cm.) producto de la expansin del gas.

H. Calcular el volumen del aire confinado:h

dV

4

2

Dnde: d = dimetro del capilar = 2.7 x 10-3 m.

h = altura de la gota en el capilar.Para obtener el cero absoluto es necesario:*Graficar los datos experimentales T (C) vs V.*Corregir por mnimos cuadrados.*Obtener la ecuacin de ajuste.*Graficar los datos corregidos que darn una lnea recta.*Prolongar la lnea hasta que toque el eje de las X y anotar elvalor obtenido que debe ser cercano a -273.15 C. Calculartambin el error relativo y anotarlo.

I. Comprobacin de la ley de Charles: dado que el volumeny la temperatura son directamente proporcionales.

La raznT

V debe ser constante.

VI. REGISTROSTabla de registros obtenidos a partir de las observacionesexperimentales.

Temperatura Altura

93 30.4

90 30.3

87 30.2

84 29.9

81 29.6

76 29.273 28.8

70 28.3

67 27.9

64 27.2

VII. RESULTADOST (K) V

3cm TV

Error

relativo (%)

2

2

1

1

T

V

T

V

366.15 1.740 0.004752 0.00%

363.15 1.734 0.004774 0.46%360.15 1.729 0.004800 1.01%357.15 1.711 0.004790 0.7%354.15 1.694 0.004783 0.65%349.15 1.671 0.004785 0.69%346.15 1.648 0.004760 0.16%343.15 1.620 0.004720 0.67%340.15 1.597 0.004694 1.22%337.15 1.557 0.004618 2.81%A continuacin se muestra el diagrama de Temperatura egrados Celsius contra el volumen en cm^2. Con uncorreccin de mnimos cuadrados en ajuste dcomportamiento lineal (como se puede mostrar, hay una lne

recta en el grfico).

La ecuacin de ajuste de recta obtenida (a manera algebricafu la siguiente:y = 155.22x - 180.73 que en trminos de volumen temperatura puede ser expresada: T= 155.33V 180.73Donde T es temperatura y V es volumen en cm^3.Si prolongamos la lnea hasta el eje de las abscisas tendriamoque dar valor nulo o 0 al volumen en la ecuacin, por lo tantel valor final de la temperatura ser de -180.73 C, que corecpecto al volor terico de -273.15C tiene un margen derror del 33.83%.

REFERENCIAS

[1] Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, TermodinmicaSptima Edicin. Editorial McGraw-Hill, 2012, p 7, 60 70.

[2] http://www.fidena.edu.mx/biblioteca/LibrosMaquinas/libos%20curricula/5o.%20semestre/Quimica/Fisica%20Y%20Quimica%20-%20Termodinamica%20Basica.PDF

[3] http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/i.-la-energia-y-los-recursos-energeticos

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[4] http://estudiarfisica.wordpress.com/2009/01/29/fisica-general-14-primer-principio-de-la-termodinamica-trabajo-termodinamico-trabajo-adiabatico-energia-interna-concepto-de-calor-capacidad-calorifica-calor-especifico-entalpia/