COMPROBACIÓN DE LA LEY DE BOYLE - MARIOTTE.

Práctica  7

COMPROBACIÓN DE LA LEY DE BOYLE  - MARIOTTE.

OBJETIVO:

Comprobar la relación existente entre la presión y el volumen en gases a baja presión.

COMPETENCIA:

1. Manejar el equipo para la comprobación de la Ley de Boyle - Mariotte.

FUNDAMENTOS  TEÓRICOS

En 1662, Robert Boyle investigó la relación entre la presión y el volumen en los gases y encontró que para una cantidad fija de gas mantenida a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales.

P V  =  K     ;          a  M y θ constantes

Donde V es el volumen del sistema y P es la presión absoluta del gas, mientras que K es un factor de proporcionalidad cuyo valor depende de  la temperatura θ y de la masa M del gas, su naturaleza y las unidades en que se expresan P y V.

La ley de Boyle puede entenderse imaginando un gas que consista en un número muy grande de moléculas moviéndose independientemente entre sí. La presión del gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes. Si se disminuye el volumen, las moléculas chocan con las paredes con más frecuencia y aumenta, por consiguiente, la presión.

En realidad existen fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas del gas, por lo que la ley de Boyle no se cumple con exactitud. A baja presión, las moléculas del gas están infinitamente alejadas  ( con relación a su tamaño  ) y las  fuerzas de atracción y repulsión son despreciables por lo que la ley de  Boyle se cumple exactamente. Así podemos decir que cuando la presión tiende a cero la presión y el volumen varían de manera  inversamente proporcional y decimos que el comportamiento es ideal, es decir cumple con un modelo matemático muy simple,  P V = K.

La ley de Boyle se puede expresar de la siguiente manera cuando se realiza un cambio de estado.

P1 V1 = P2 V2

REQUERIMIENTOS:

• Equipo para determinar la ley de Boyle.
• Bomba de vacío
• Manómetro diferencial tipo U con mercurio como fluido de medición.
• Barómetro.

[pic 1]

   Tanque 1                Tanque 2

                                  Equipo para determinar la ley de Boyle

ORGANIZACIÓN PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:

•        El material y el  equipo necesario para la práctica debe estar dispuesto.

•        Dividir el grupo de trabajo, de acuerdo al número de alumnos, en 2  o más equipos, con un promedio de 6 a 8  integrantes, se reparte el trabajo y se asignan roles: 2 operadores, 2 calculadores y el resto serán observadores. Si la práctica lo permite, se cambiarán los roles a los alumnos con la finalidad de que todos sean operadores, calculadores y observadores.

•        Los operadores deben montar el equipo e ir realizando la práctica paso a paso.

•        Los calculadores deben ir anotando los datos y resultados que se vayan obteniendo.

•        Los observadores deben estar atentos a la práctica, ayudar a los operadores si es necesario así como realizar anotaciones de los datos y resultados que se vayan obteniendo.

•        Al finalizar la práctica y, estando todo el equipo  reunido, los calculadores deben realizar los cálculos, llenar tablas, hacer gráficas y obtener los resultados.

•        Entre todos deben llenar los cuestionarios y establecer la conclusión de la práctica.

•        Seleccionar un representante de cada equipo quien deberá realizar un informe.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

• Leer la presión atmosférica en el barómetro de fortín.
• Cerciorarse que todas las válvulas del equipo experimental estén cerradas. Ver figura del equipo experimental
• Abrir la válvula de aguja del tanque 1  del equipo experimental para que entre aire* a presión atmosférica.
• Conectar el manómetro tipo U y el sistema de vacío a la terminal del tanque  2.
• Abrir la válvula que conecta el tanque 2 con el sistema de vacío.
• Mediante una bomba de vacío, hacer el máximo vacío en el tanque 2 y tomar la lectura de la presión de vacío. Cerciorarse que la válvula que conecta a ambos tanques esté cerrada.
• Cerrar la válvula de aguja que conecta el  tanque 2 con el sistema de vacío.
• Cerrar la válvula de aguja del tanque 1.
• Esperar que el sistema alcance el equilibrio térmico.
• Leer la temperatura en los termómetros de cada tanque T1.
• Abrir la válvula de aguja que interconecta los dos tanques  (al realizar esta operación se está incrementando el volumen del sistema).
• Esperar a que el sistema alcance el equilibrio térmico.
• Abrir la válvula de aguja que conecta el  tanque 2 con el sistema de vacío.
• Tomar la lectura de la presión de vacío y la temperatura en cada tanque.

*Se pueden estudiar otros gases, conectando el tanque del gas mediante tubería al tanque 1 del equipo experimental.

Tabla de resultados experimentales.

Se reportan las lecturas manométricas  experimentales de la ley de Boyle

Lectura del barómetro de fortín. Presión atmosférica = P1

P1 =

Dimensiones de los tanques:

Tanque 1:                                                   V1  = 1.666 litros

Tanques interconectados manqueras:         V2 = 3.763 litros

CÁLCULOS:

1.- Determinar la presión absoluta en el estado 1 y 2.

                                P1absoluta = Patmosférica =

 P2absoluta   = Patm – ΔP2

La bomba de vacío del laboratorio es muy potente de manera que ΔP1= Patmosférica,  es decir, se hace un vacío total.

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