Contracion Y Expancio Termica Del Aire

CONTRASION Y EXPANSION TERMICA DE AIRE Y GASES

1. INTRODUCCION

1.1. El aire como un gas casi perfecto

No existe un gas al 100% perfecto, o sea, un gas donde sus variables estén relacionadas. Los gases ideales, y su formulismo físico-matemático, nos sirven para estudiar a los gases reales. En esta línea, aire (seco o cargado de humedad) se comporta casi como un gas ideal y, para nuestros propósitos, la relación que existe a la que está sometido.

1.2. Procesos del aire a volumen constante: enfriamientos y calentamientos del aire

Supongamos que disponemos de una porción de aire encerrado en cilindro a un volumen, constante a unas condiciones iníciales de presión y temperatura. Al aumentar la del recipiente, el aire interior se calienta, se expande y ejercerá una presión. Esto es así para mantener constante su cociente según.

Supongamos ahora que el aire del recipiente de partida está a la misma presión atmosférica y temperatura que el exterior, respectivamente. A la cara del cilindro superior se le permite leves deslizamientos verticales. Si suministramos calor al cubo o cilindro y elevamos la temperatura del aire de su interior. Al ser un gas perfecto, y según lo comentado anteriormente, (presión exterior). La superficie móvil ascenderá al ser la presión del interior mayor que la exterior, al ser calentado el gas del recipiente. El gas se ha expandido.

El mismo proceso se puede repetir si enfriamos en interior del cilindro: el aire pasará y La superficie móvil se desplazará verticalmente hacia abajo al contraerse el aire interior por ser la presión externa superior.

Para nuestros propósitos, despreciaremos la fuerza de resistencia que ofrece el vidrio de la botella al paso del huevo por su cuello.

2. TEORIA

2.1. Principios básicos del experimento. Los gases ideales

Los gases ideales, para nuestro propósito, son aquellos en que la relación entre la presión a la que están sometidos, P, el volumen que ocupan, V, y su temperatura, T, que poseen están relacionadas por una expresión matemática muy simple:

PV=KT

Siendo K una constante. Para nuestros propósitos esta fórmula puede ser suficiente.

De esta relación podemos obtener otras tantas, como vamos a ver a continuación. Históricamente se obtuvieron las tres siguientes leyes que vamos a enumerar, que las unifica de forma elegante. Así por ejemplo, si:

a.- Si mantenemos la T constante

Entonces: PV= c siendo “c” una constante.

Esta expresión nos dice que, si aumentamos la presión sobre el gas a temperatura constante, su volumen disminuirá inversamente para mantener el producto constante, y viceversa. En 1661, Robert Boyle y

Robert Hook, su ayudante, realizaron varios experimentos en Inglaterra que le llevaron a enunciar la primera ley

De los gases ideales. Al mismo tiempo, el francés Edme Mariotte llegaba a la misma conclusión. A esta ley se le denomina ley de Boyle-Mariotte en horno a sus descubridores.

La presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa, siempre y cuando se mantenga la temperatura constante. Pon el sonido activo en tu terminal.

b.- Si la presión, P, la mantenemos constante

En este caso: V=d T siendo d otra constante.

Esta ley nos dice que, si aumentamos la temperatura de un gas a presión constante, su volumen, V, aumentará y viceversa.

En 1787, Jacques Charles investigó la relación existente entre el volumen y la temperatura de un gas a presión constante. Al conservar la presión constante, el volumen aumenta y cuando la temperatura disminuye, el volumen también disminuye. Luego, había una proporcionalidad directa entre el volumen y la temperatura, a presión constante, a la cual se le conoce como Ley de Charles.

Un ejemplo típico lo tenemos en un globo: lleno de aire aumenta su volumen cuando se le calienta y lo disminuye cuando se le enfría.

Charles no publicó sus descubrimientos pero sí se le reconoce su esfuerzo por la Ley de Charles:

El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura (en grados kelvin).

c.- Si el volumen V, donde está contenido el gas, se hace constante

Tenemos: P=f T siendo f otra constante

Esta expresión nos dice que, a volumen constante, un aumento de temperatura de un gas ideal se corresponde inmediatamente con un aumento de la presión y viceversa.

Joseph Gay Lussac, francés, descubrió esta ley y sacó a la luz la anterior, que ya había sido descubierta por Charles.

3. BIBLIOGRAFIA

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