PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 03 TERMODINAMICA. GASES IDEALES.

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 03

TERMODINAMICA. GASES IDEALES.

1. OBJETIVOS

1. Verificar la Ley de Boyle de los gases ideales.
2. Determinar el trabajo realizado sobre el sistema en un proceso isotérmico.
3. Calcular el número de moles de una cantidad de aire.
4. Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta el software Data Studio.
5. Utilizar el software PASCO CapstoneTM para verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada.

1. MATERIALES

• Computadora personal con programa PASCO CapstoneTM instalado
• Interfase USB Link (2)
• Sensor de presión absoluta
• Sensor de temperatura
• Jeringa

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

La termodinámica

La termodinámica es una ciencia experimental que estudia los cambios producidos en un sistema por el intercambio de calor. En ella se mide magnitudes macroscópicas como la presión el volumen y la temperatura, sin importarle la causa microscópica  de los fenómenos observados.

A pesar que los sistemas térmicos resultan ser muy complejos, la termodinámica ha tenido gran éxito en resumir estas observaciones en algunas sencillas  leyes muy generales para dar una explicación a los fenómenos de origen térmico.

Existe una teoría microscópica de los gases ideales y en sí de todos los procesos térmicos, la mecánica estadística, pero nuestro enfoque será netamente macroscópico.

Gases ideales

Reciben este nombre los gases que se encuentran muy expansionados (enrarecidos), es decir que posean muy poca densidad y ejerzan poca presión. En otras palabras es un gas en el cual las interacciones entre las moléculas son despreciables y esto ocurre cuando la separación promedio de las moléculas sea mucho mayor que el tamaño de los átomos y esto hace que las moléculas interactúen muy poco con las demás.

La ecuación de estado del gas ideal:

P V = R T n                                        (1)

Donde

P: Presión del gas

V: Volumen ocupado por el gas en el recipiente que lo contiene

n: Numero de moles

R: Constante Universal de los gases

T:  Temperatura absoluta en Kelvin

        Con valores de:

[pic 1]

Robert Boyle hizo estudios sobre gases ideales mantenidos a temperatura constante (proceso isotermo) y obtuvo la ley que lleva su nombre.

P V = cte                                        (2)

De la cual podemos afirmar la dependencia de  P vs 1/V o una V vs 1/P es lineal y la grafica son rectas que pasan por el origen. Las pendientes de las rectas dependen de la temperatura y se determinan de la ley del gas ideal.

Existen otras escalas de temperaturas además de la Celsius y la Kelvin como la Fahrenheit y la Rankine. Es únicamente cuando usamos la escala de Kelvin que obtenemos la proporcionalidad entre volúmenes y temperatura, la demás escalas solo dan una dependencia lineal.

El hecho de que todas las graficas de presión vs temperatura para gases ideales eran rectas cortando el eje temperatura en el mismo punto (-273.15 ºC) llevo a la idea del cero absoluto de temperatura y la escala de Kelvin.

Ojo: La diferencia entre proporcional y linealmente independiente es que una grafica de dos variables proporcionales es una recta que pasa por el origen de coordenadas, mientras que dos variables con dependencia lineal la grafica una recta con un punto de intersección diferente de cero.

1. PROCEDIMIENTO

1. 4.1 Experiencia de la ley de Boyle.

Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el icono tabla y gráfica y seguidamente reconocerá el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase 850 Interface. 

Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACION y configuramos el de temperatura para que registre un periodo de muestreo de 10 Hz en K.

Luego presione el icono del SENSOR DE TEMPERATURA luego seleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, según datos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 ºC a 135 ºC con un paso de 0.01 ºC.

Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luego determina la temperatura ambiental T0 del laboratorio, para lo cual mide durante 30 segundos con el sensor de temperatura en el aire y luego calcula el promedio. Una vez anotado este dato borramos la grafica y la medición de nuestros datos. Retire el sensor de temperatura.

Ahora insertamos el sensor de presión absoluta. Entramos al icono CONFIGURACION  luego seleccione velocidad de muestreo a 10 Hz, luego vaya a opciones y en muestreo manual seleccione conservar valores de datos solo si se solicita. Renombre la medida a tomar como volumen y las unidades en mL, según como lo puede ver en la figura 4.1

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