Práctica 1 Relación entre las capacidades caloríficas de un gas

Práctica 1  

Relación entre las capacidades caloríficas de un gas.

OBJETIVO.

 Determinar el valor de la relación   para el aire, por el método de Clément y Desormes.[pic 1]

INTRODUCCIÓN Y MARCO TEÓRICO:

La termodinámica es una de las disciplinas de mayor trascendencia en la educación del ingeniero. Está materia trata acerca de la transformación de la energía y sus limitaciones, así como de las diferentes propiedades de la sustancia.

Manrique Valdez nos dice, “La termodinámica es la ciencia que trata de la transformación de la energía y de las propiedades de las sustancias involucradas.

Uno de los axiomas de mayor importancia en esta materia es la primera ley de la termodinámica  o principio de la conservación de la energía. Dicha ley establece, de forma clásica, que la energía no se crea ni se destruye en los procesos solo se transforma, o que la variación de la energía interna “ΔE” es la diferencia entre el calor “Q” y el trabajo involucrados en un proceso.

Proceso adiabático: Cuando un gas es sometido a un proceso reversible, donde hay transmisión de calor, el proceso con frecuencia se desarrolla de tal manera que en un plano log P contra log V  da una línea recta, como se muestra en la gráfica 1. Para cada uno de los procesos PVγ = constante.

 [pic 2]

 Este se llama proceso politrópico. Un ejemplo de él, es la expansión de los gases de combustión en el cilindro de una máquina de émbolos enfriada con agua. Si medimos la presión y el volumen en el proceso politrópico durante la expansión con un indicador, y dibujamos los logaritmos de la presión y del volumen, el resultado es similar al de la gráfica 1. De esa figura se tiene que:

[pic 3]

[pic 4]

Si γ es constante (lo cual implica una línea recta en el plano log P contra log V), puede integrarse, y nos da la siguiente relación.

[pic 5]

De aquí que podamos escribir las siguientes relaciones para un proceso

[pic 6]

[pic 7]

Dónde γ es el exponente politrópico.

Para un proceso isotérmico el exponente politrópico γ es igual a la unidad, esto debido a que no existe una transferencia de energía entre el sistema y la frontera, este proceso se rige por la ley de charles y su expresión:

[pic 8]

Para un proceso adiabático sin fricción y para un gas ideal con calores específicos constantes, el exponente politrópico en este caso es igual al cociente de los calores específicos

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

1. Se instaló el equipo como se muestra en la figura.
2. Se bombeó aire mediante la perilla hasta alcanzar una diferencia de alturas en el manómetro aproximadamente entre 30-40cm.
3. Registré la diferencia de alturas en cuanto el sistema se estabilizo.
4. Destapamos el garrafón y se colocó de manera inmediata.
5. Cuando se estabilizo el sistema se registraron nuevamente la diferencia de alturas nuevamente.
6. Se repitieron los pasos anteriores 2 veces por cada integrante.

Diagrama de bloques:

Cálculos: 

CUESTIONARIO

1. ¿En qué momento del experimento se llevan a cabo los procesos adiabático e isométrico?

El proceso adiabático se lleva desde el punto en que se abre la tapa del garrafón, y hasta que se estabiliza, el proceso isométrico de da inmediato al adiabático donde a volumen constante aumenta la presión.

1. ¿Por qué no se lleva de manera física el proceso isotérmico? Porque sería tardaría mucho tiempo en completarse este proceso.

1. En una expansión adiabática un gas se enfría ¿Cómo explica esto si Q=0?

La expansión adiabática se da porque la presión disminuye a medida que el volumen aumenta, si tomamos como ejemplo las tablas del inciso 5, veremos que para cada punto P V existe una T diferente y va disminuyendo, Q=0 representa que no se aplica calor al sistema.

1. Calcule el porcentaje de desviación entre el valor obtenido para γprom.  en comparación con el valor teórico esperado.

[pic 18]

1. Calcule los volúmenes  y las temperaturas para dos procesos de expansión de 1 mol de aire que inicialmente está a condiciones normales de presión y temperatura, uno isotérmico y otro adiabático utilizando el valor obtenido para γ.

Proceso isotérmico, n=1 mol de aire, T=273 K, PV=cte, P1V1=, P2V2

Dado que se nos indica que es un proceso isotérmico la temperatura es constante, no tomaremos en cuenta la cantidad de masa= 1 mol, ya que el comportamiento del proceso es igual para n número de moles.

De la expresión de la ley de Boyle: P1V1=, P2V2  deseamos conocer V2

Quedando      Sustituyendo los valores obtenemos los valores de la siguiente tabla.[pic 19]

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