Cero Absoluto

PRÁCTICA #3: “DETERMINACIÓN DEL CERO ABSOLUTO”

Instructora: xxxxxxxxxx.

Ayudante: xxxxxxxxxxxxxxxx.

Alumna: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx.

Fecha de entrega: Martes 22 de enero de 2013

Resumen. El presente reporte muestra lo realizado durante la práctica denominada “Determinación del cero absoluto”. Dicha práctica pretendía verificar experimentalmente el comportamiento de la relación P-T respecto a valores bajos de temperatura, en otras palabras observar el comportamiento de un gas a medida se aumentaba la temperatura; esto se lograría mediante la aplicación de la ley de Charles. Además, si se extrapolan todas las curvas de la gráfica V vs T se observa que cortan en un mismo punto: -273.15, el cual es conocido como el cero absoluto, punto en el que cualquier gas ideal posee un volumen igual a cero y en dónde las moléculas no poseen energía cinética. Es así como este reporte desarrollará a continuación la temática entorno al cero absoluto1 [Sears, Zemansky, Young, & Freedman, 2004].

Equipo, Reactivo y Metodología. El equipo utilizado en la práctica fue el siguiente:

Aparato demostrador del cero absoluto.

2 soportes universales.

3 pinzas de extensión.

3 pinzas sostén.

1 baño de temperatura constante.

1 termómetro.

2 mangueras.

La metodología seguida fue la siguiente: El baño a temperatura constante fue programado a modo de empezar las mediciones con una temperatura de 5°C. Posteriormente, a medida fuera incrementando a razón de 10°C la temperatura, se iba tomando nota de la presión dada a esa temperatura hasta obtener seis datos en total. Luego se tomaron los valores para la temperatura ambiente y presión atmosférica.

Cálculos y resultados. Según los datos obtenidos en la práctica, se tiene lo siguiente:

Presión atmosférica (mm Hg) 680.70

Temperatura ambiente (°C) 28.50

Temperatura mínima alcanzada (°C) 5.00

Tabla I. Presión atmosférica, temperatura ambiente y temperatura mínima.

T (°C) T (K) P (Psi)

5 278.15 12.20

10 283.15 12.50

15 288.15 12.90

20 293.15 13.10

25 298.15 13.40

30 303.15 13.80

Tabla II. Temperaturas en grados Celsius y Kelvin y presiones en Psi.

Con los datos anteriores se realizaron los siguientes cálculos:

Gráfico P vs T (°C)

Figura I. Gráfico de presión vs temperatura en escala Celsius

Gráfico P vs T (K)

Figura II. Gráfico de presión vs temperatura en escala Kelvin

Porcentaje de error

Se tiene:

Y=0.0623+11.893

Cuando P=0; T=-a/b

T=-11.893/0.0623

T=-190.90 °C

%error=|(-190.90-(-273.15))/((-273.15))|*100=30.11 %

Factores que interfieren en dicho porcentaje de error.

La ecuación está ajustada para la escala Celsius, si fuera en Kelvin, no existiría con el eje y. Comenzaría a temperatura de cero, una presión de cero. Además de que se sabe que el cero absoluto es una cantidad meramente teórica. Por lo tanto, el valor obtenido en la práctica difiere del real debido a que el proceso aplicado ha sido a un gas real y no un ideal como plantea la teoría. Otro factor que interfiere es la incerteza que puede tener el aparato mismo al momento de dar los datos.

Explique cómo podría usarse este aparato para medir la temperatura de un baño, sin utilizar un termómetro.

Usando un termómetro de gas, para medir la temperatura del baño es necesario poder medir la presión al sumergirlo, luego con la ayuda de tablas en las que se describa la presión y temperatura crítica de la sustancia con la que se esté trabajando (en este caso baño de agua). Finalmente se despeja la temperatura en función de la presión.

Análisis de resultados. Según lo obtenido en el apartado anterior, se tiene lo siguiente:

En la Tabla II se observa que los valores de presiones obtenidas iban aumentando a medida en que la temperatura del sistema incrementaba. Es así como queda en evidencia la relación entre presión-temperatura: a medida aumenta la temperatura, las presiones aumentan.

En las gráficas P vs T (°C) y escala Kelvin, se observa la relación lineal que existe entre la presión y la temperatura, evidenciando la proporcionalidad entre las variables.

El porcentaje de error obtenido fue de 30.11 %, lo cual indica que la diferencia de ambas es relativamente bajo. Esto se debe a que el modelo fue aplicado a un gas real; este simple hecho marca una diferencia significativa entre los valores experimentales y teóricos.

Cuestionario

1. ¿Qué es el cero absoluto?

Es la temperatura mínima posible que se puede tener en una sustancia; es la temperatura en la cual los átomos de una sustancia tienen su energía cinética mínima. La temperatura del cero absoluto es 0K, -273.17°C o -459.7 °F.

2. ¿Por qué se dice que el cero absoluto es un mínimo irreproducible?

Llegar al cero absoluto es completamente imposible desde el punto de vista práctico. Para entender por qué no debe recurrirse al Tercer Principio de la Termodinámica. Este principio dice que no se puede llegar al cero absoluto mediante ningún procedimiento que conste de un número finito de etapas. En otras palabras: se puede acercar a cierto valor pero nunca se llegará del todo. Existe una relación entre la temperatura y la presión del gas, de forma que si el volumen se mantiene constante, la presión disminuye a

...