Efecto De La Presion En El Voumen De Un Gas

Laboratorio de Termodinámica

Efecto de la Presión en el Volumen de un Gas

Resumen

La relación cuantitativa entre la presión y el volumen gaseosa se resumen en la ley de

Boyle que dice “a temperatura constante el volumen de una muestra gaseosa varia inversamente con la presión ejercida sobre el gas”.

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Palabras clave: Temperatura constante, presión, volumen.

Introducción

Definición de gas

Un gas es aquel estado de la materia en el que este ocupa todo el volumen del recipiente en el que esta contenido.

Ley de los gases y postulados

Postulados:

*Los gases se componen de moléculas cuyo tamaño es despreciable comparado con la distancia media entre ellas.

*Las fuerzas intermoleculares son débiles o despreciables salvo en el momento de colisiones.

*Cumplen con las leyes de los gases.

Diferencias entre gas ideal y real

Un gas ideal obedece la ley de los gases, todas las colisiones serian perfectamente elásticas por que no tienen otra forma de almacenar energía salvo por su energía cinética; en el comportamiento del gases real existen pequeñas fuerzas entre moléculas y en los gases poliatómicos por tanto las colisiones entre ellas son en cierto grado “inelásticas”; la presión y la temperatura modifican el comportamiento del gas; obedecen la ecuación de Van Der Waals.

Ley de Charles

En 1787, el físico francés J. Charles propuso por primera vez la relación proporcional entre el volumen y la temperatura de los gases a presión constante.

Charles fue el inventor del globo aerostático de hidrógeno. Como no publicó los resultados de sus investigaciones sobre gases, se atribuye también esta ley a Gay-Lussac, quien comprobó el fenómeno en 1802.

A presión constante, el volumen se dobla cuando la temperatura absoluta se duplica.

Figura 1. A presión constante el volumen de un gas aumenta con la temperatura.

La expresión matemática de la ley de Charles es:

Donde k = constante.

Ley de boyle

Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle-Mariotte.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

Donde k = constante.

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

Unidades de presión

Bar

Pascal (Pa)

Atmosfera (atm)

Torr

Psi

(Pa) (bar) (mbar) (atm) (Torr) (psi)

1 Pa ≡ 1 N/m2

10−5 10−2 9,8692×10−6 7,5006×10−3 145,04×10−6

1 bar 100.000 ≡ 106 dyn/cm2 103 0,98692 750,06 14,5037744

1 mbar 100 10−3 ≡ hPa

0,00098692 0,75006 0,0145037744

1 at 98.066,5 0,980665 980,665 0,96784 735,56 14,223

1 atm 101.325 1,01325 1.013,25 ≡ 1 atm

760 14,696

1 torr 133,322 1,3332×10−3 1,3332 1,3158×10−3 ≡ 1 Torr; ≈ mm Hg

19,337×10−3

1 psi 6,894×103 68,948×10−3 68,948 68,046×10−3 51,715 ≡ 1 lbf/in2

VALOR DE R UNIDADES

8,31434 J mol-1 K-1

8,31434 Pa m3 mol-1 K-1

1,98717 cal mol-1 K-1

1,98584 BTU lbmol-1 ºR-1

0,0820562 atm L mol-1 K-1

82,0562 atm cm3 mol-1 K-1

10,7314 psia pie3 lbmol-1 ºR-1

Procedimiento

Parte I.- Observaciones cualitativas sobre comprensibilidad.

1. Jalar el émbolo de la jeringa hasta la escala de lectura máxima de la jeringa. Tape con un dedo el extremo de la jeringa y trate de empujar el émbolo. En esta forma se está ejerciendo presión sobre el gas de la jeringa.

2. Quitar el dedo del extremo de la jeringa y empuje hacia el fondo el émbolo tanto como sea posible. Colocar el dedo nuevamente sobre la jeringa y trate de sacar el émbolo.

Parte II. Relación cuantitativa entre la presión y el volumen de un gas.

1. Montar el aparato como se muestra en la figura, empleando una jeringa seca sin colocar todavía ni el émbolo ni el libro. Asegúrese de que el extremo de la jeringa penetre completamente en el agujero del tapón de caucho, de tal forma que no se escape aire cuando se haga presión con el émbolo.

2. Asigne a cada libro una letra para fines de identificación.

3. Coloque el émbolo en la escala de lectura máxima.

4. Centre con cuidado el primer libro en la parte superior del émbolo. Lea con la mayor precisión posible y anote el volumen del aire atrapado en la jeringa. Registre el volumen del gas en mililitros y la letra de identificación del libro. Repita este proceso 3 veces para tener 3 lecturas.

5. Coloque un segundo libro sobre el primero y repita el procedimiento de medición y registro del punto 4. De igual forma, repita el proceso 3 veces. Si la jeringa no vuelve al volumen original cuando se hayan retirado los libros, no se preocupe, esto se debe a la fricción entre la jeringa y el émbolo.

6. Continué en esta forma hasta haber usado todos los libros que haya traído.

7. Es posible mejorar la estadística haciendo mediciones similares pero para diferentes grupos (pares, triadas, etc.) de libros.

Figura 2. Aparato a utilizar.

Resultados

Tabla de resultados

Vp (L) P (atm) 1/Vp P*V

0.015 0.000287433 66.66666667 4.31149E-06

0.01283333 0.000427263 77.92207792 5.48321E-06

0.0125 0.000488261 80 6.10326E-06

0.01141667 0.000583364 87.59124088 6.66007E-06

...