Guía N3 Ciclo Térmico del Gas Ideal

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INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS

LABORATORIO DE FÍSICA.

Guía N3      

Ciclo Térmico del Gas Ideal

I.  OBJETIVO.

• Determinar los distintos procesos realizados durante el ciclo térmico de un gas Ideal contenido en una máquina de calor.

• Determinar el trabajo termodinámico realizado por el ciclo térmico del gas ideal contenido en una máquina de calor

II. INTRODUCCIÓN.

El principio que sustenta esta actividad experimental es la ley de los gases ideales con la restricción de que las presiones involucradas son más pequeñas que la presión atmosférica.

El volumen de un gas depende de la temperatura y la presión a la que se encuentra, de forma que al aumentar la temperatura aumentará su volumen (ley de Charles y Gay-Lussac) y al aumentar la presión el volumen disminuirá (ley de Boyle-Mariotte). Está claro que también dependerá de la cantidad de gas que tengamos: si aumentamos la cantidad de gas, debe aumentar su volumen.

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Pero la cantidad de gas que influye no es su masa, sino las moléculas de gas presentes: el número de moles: un mol de gas a 0 ºC y una atmósfera de presión ocupa siempre 22,4 litros. Por la ley de los gases sabemos que:

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Si tenemos un mol de gas a 0 ºC (273 K) y 1 atmósfera de presión, ocupa siempre 22,4 lt, por lo que sustituyendo en la ecuación anterior nos queda:

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Ese número se denomina constante de los gases ideales y se designa por la letra R (8,3144 J/molK). Podemos escribir entonces para n moles de un gas Ideal: [pic 5]

Ecuación esta última que se conoce como ecuación de los gases ideales.

Los cambios de estado experimentados por el gas ideal se realizan de tal forma que, según la primera ley de la termodinámica sólo son posibles si existe calor absorbido ó liberado por el gas, y si existe trabajo desarrollado por ó sobre el Gas es decir:

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A partir de la primera ley es posible identificar cuatro procesos importantes a estudiar:

Proceso Isocórico realizado a volumen constante

Proceso Isobárico realizado a Presión Constante

Proceso Isotérmico realizado a Temperatura constante

Proceso Adiabático sin transferencias de Calor durante el cambio de estado

III. MATERIALES.

Motor de Calor Pasco

2Recipientes de 1000 ml, para usar como reservorios

Sensor de baja presión PASCO

Juego de masa de 20, 50, 100, 200 grs

Sensor de Rotación con soporte de masas

2Termómetros digitales

Base con Pedestal

IV. ESQUEMA.

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V.  PROCEDIMIENTO.

1. Preparación experimental de la experiencia.
2. Construir el montaje del esquema.
3. Fijar el sensor de rotación tal que la polea mueva las masas verticalmente (la no verticalidad del movimiento de masas causa que el sistema no funcione correctamente)
4. Conectar el sensor de baja presión, y configurar el DS para realizar un gráfico Presión  v/s posición.
5. Verificar que ambos sensores estén debidamente calibrados y registrando los valores normales.
6. Realizar mediante ensayos, el proceso descrito en la siguiente figura:

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1. Verificar mediante ensayos procesos compresión a temperatura constante y de expansión a presión constante.
2. Realizar el ciclo generado en el pistón siguiendo los siguientes pasos:

1. Abrir el sistema y dejar que ingrese aire a presión atmosférica, registrar el nivel del pistón.
2. Iniciar el sistema de medición del DS, y ubicar una masa de 50….100 gr sobre la base del pistón, manteniendo el contenedor metálico en el reservorio de agua fría (directa de la llave). Observar en el grafico un aumento de la presión disminuyendo la altura.
3. Luego cambiar el deposito metálico al reservorio de aguan caliente (Agua calentada a una temperatura de 60ºC). Observar la expansión del pistón a presión constante.
4. Retirar la masa sobre la base del pistón, manteniendo el contenedor metálico en el agua caliente. Observar en el gráfico la expansión a temperatura constante.
5. Finalmente cambiar el contenedor metálico al agua fría. Observar en el gráfico una compresión a presión constante.

9.   Repetir los ensayos hasta lograr un ciclo térmico muy bien formado.

VII. ANÁLISIS.

• Con ayuda del profesor, registre la información obtenida y        utilizando un programa adicional (Excel, GA, etc.) realizar un gráfico P v/s V.
• Calcular el área encerrada por el gráfico P v/s V, y calcular el trabajo termodinámico realizado durante el ciclo.
• Calcular el calor neto absorbido por el pistón durante el ciclo completo.
• Calcular la variación de energía interna sufrida por el gas contenido en el recipiente durante el ciclo completo, justificar.

Identificar en el gráfico los distintos procesos realizados durante el ciclo.

VIII. CONCLUSIONES.

Enunciar conclusiones fundamentadas.

IX. PREGUNTAS PARA EL INFORME.

A.- Defina la primera ley de la Termodinámica, y describa las diferencias entre los procesos a Temperatura constante, Presión constante, Volumen constante y Adiabáticos.

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